CN113427564A - 高精密聚晶金刚石复合丝锥 - Google Patents
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Abstract
高精密聚晶金刚石复合丝锥，包括：刀柄、PCD切削部位、倒角和真空焊接线，刀柄通过真空焊接线与PCD切削部位焊接连接，倒角与刀柄刀片槽内焊接连接。其中，PCD切削部位包括：钻削部分、铰削部分和螺纹部分。本发明与传统技术相比，换刀时间减少，生产效率高，加工质量稳定，降低生产成本十分显著，安全、环保，无粉尘，切屑则由吸尘器吸掉，有利于操作员工的身体健康。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，具体涉及高精密聚晶金刚石复合丝锥。
背景技术
我们经常会看到在PETG透明树脂和亚克力等高分子材料上需要钻孔-攻螺纹-倒角等复合工艺的切削抛光加工，在金属材料上复合切削加工工艺早已应用，但在高分子材料上应用非常鲜见，原因是很难达到透、光、亮的要求。而现代产业的高科技产品特别是医疗器械、仪器仪表、3C电子、文创产业展示产品等PETG透明树脂和亚克力产品需要用不锈钢螺钉固定时，往往出现的情况是螺钉非常漂亮而螺孔非常毛糙，凸显不出产品质量的高端水平，不但影响到仪器、医学输液输血系统、光学显示系统等的清晰度、可靠度和美观度，而且还影响到产品的表面精度等级和市场用户的感知度。
透明树脂PETG材料是由对苯二甲酸(TPA)、乙二醇(EG)和1.4环己烷二甲醇(CHDM)三种单体用脂交换的产物，目前仅美国伊士曼和韩国SK二家公司技术较成熟。现代消费领域和制造业对PETG材料的切削加工精度和光洁度要求越来越高，应用也越来越广。但是PETG透明树脂塑料的高光切削加工性能较差，主要体现在材料塑性韧性特别好，弹性变形大，切削力大；同时切削PETG透明塑料容易产生粘刀，切屑粘在刃口将加工表面拉毛。
同样亚克力也是一种高分子塑料(聚甲基丙烯酸甲酯)，具有较高的抗拉伸强度(50～80MPa)和抗弯曲强度(90～130MPa)，光学性能较好，在平行光线下的透光度可达92％以上，但机械力学性能较差，塑性延伸率仅2％～3％，硬而脆，熔点低，易变形(140℃～180℃)，软化温度仅80℃，切屑容易粘在刀刃上，不但尺寸精度难以保证，而且缺口敏感性非常大，容易产生爆口，按材料的切削可加工性能等级评定标准是属于切削性能较差的材料。所以亚克力作为切削加工的对象，切削加工较困难，要达到加工表面透、光、亮更是非常困难。
为了解决上述问题，我们做出了一系列改进。
发明内容
本发明的目的在于，提供高精密聚晶金刚石复合丝锥，以克服现有技术所存在的上述缺点和不足。
高精密聚晶金刚石复合丝锥，包括：刀柄、PCD切削部位、倒角和真空焊接线，所述刀柄通过真空焊接线与PCD切削部位焊接连接，所述倒角与刀柄刀片槽内焊接连接；
其中，所述PCD切削部位包括：钻削部分、铰削部分和螺纹部分，所述钻削部分的几何参数包括：主刀刃锋角2Φ、螺旋角β、轴向前角γp、后角αo、圆弧主刀刃R1、刀尖圆弧R2和前角γO；
所述铰削部分的几何参数包括：主后角αO、圆周刀刃的前角γO＇和切削锥齿的锥角ω；
所述螺纹部分的几何参数包括：丝锥大径顶刃R3和顶刃R3后角αo；
所述倒角的几何参数包括：倒角前角γO和倒角后角αo。
进一步，所述主刀刃锋角2Φ的角度为100°～130°，所述螺旋角β的角度为0°～10°，所述轴向前角γp的角度为6°～10°，所述后角αo的角度为7.5°～11°，所述圆弧主刀刃R1的长度为0.75mm～2mm，所述刀尖圆弧R2的长度为0.2mm～0.6mm，所述前角γO的角度为3°～5°，所述主后角αO的角度为7.5°～10°，所述圆周刀刃的前角γO＇的角度为2°～3°，所述切削锥齿的锥角ω的角度为17°～20°，所述丝锥大径顶刃R3的长度为0.05mm～1.0mm，所述顶刃R3后角αo的角度为11°～13°，所述倒角前角γO的角度为0°～7°，所述倒角后角αo的角度为7.5°～8.5°。
进一步，所述钻削部分包括：钻孔和钻心，所述钻心设置于钻孔上，所述钻孔与圆弧主刀刃R1连接，所述钻孔为山字形结构，所述钻心最高点与圆弧主刀刃R1的距离为0.3mm～0.8mm。
进一步，所述铰削部分包括：切削锥齿、校正齿、抛光齿和圆周刀刃，所述切削锥齿与圆周刀刃连接，所述切削锥齿与校正齿连接，所述抛光齿与校正齿连接，所述切削锥齿的轴向长度为3P，所述校正齿的轴向长度为2P～3P，所述抛光齿的轴向长度为2P～3P，其中P为螺距长度，所述圆周刀刃的长度为3mm～6mm。
进一步，所述倒角的材质为聚晶金刚石复合片，所述倒角的角度为45°。
本发明的有益效果：
本发明与传统技术相比，换刀时间减少，生产效率高，加工质量稳定，降低生产成本十分显著，安全、环保，无粉尘，切屑则由吸尘器吸掉，有利于操作员工的身体健康。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图。
附图标记：
刀柄100、PCD切削部位200、钻削部分210、钻孔211和钻心212。
铰削部分220、切削锥齿221、校正齿222、抛光齿223和圆周刀刃224。
倒角300和真空焊接线400。
主刀刃锋角2Φ1、螺旋角β2、轴向前角γp3、后角αo4、圆弧主刀刃R15、刀尖圆弧R26、前角γO7、主后角αO8、圆周刀刃的前角γO＇9、切削锥齿的锥角ω10、丝锥大径顶刃R312、顶刃R3后角αo13、倒角前角γO14和倒角后角αo15。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明作进步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。
实施例1
图1为本发明的结构示意图。
如图1所示，高精密聚晶金刚石复合丝锥，包括：刀柄100、PCD切削部位200、倒角300和真空焊接线400，刀柄100通过真空焊接线400与PCD切削部位200焊接连接，倒角300与刀柄100刀片槽内焊接连接；
其中，PCD切削部位200包括：钻削部分210、铰削部分220和螺纹部分230；
钻削部分210的几何参数包括：主刀刃锋角2Φ1、螺旋角β2、轴向前角γp3、后角αo4、圆弧主刀刃R15、刀尖圆弧R26和前角γO7；
铰削部分220的几何参数包括：主后角αO8、圆周刀刃的前角γO＇9和切削锥齿的锥角ω10；
螺纹部分230的几何参数包括：丝锥大径顶刃R312和顶刃R3后角αo13；
倒角300的几何参数包括：倒角前角γO14和倒角后角αo15。
主刀刃锋角2Φ1的角度为100°，螺旋角β2的角度为0°，轴向前角γp3的角度为6°，后角αo4的角度为7.5°，圆弧主刀刃R15的长度为0.75mm，刀尖圆弧R26的长度为0.2mm，前角γO7的角度为3°，主后角αO8的角度为7.5°，圆周刀刃的前角γO＇9的角度为2°，切削锥齿的锥角ω10的角度为17°，丝锥大径顶刃R312的长度为0.05mm，顶刃R3后角αo13的角度为11°，倒角前角γO14的角度为0°，倒角后角αo15的角度为7.5°。
倒角300的材质为聚晶金刚石复合片，倒角300的角度为45°。
刀柄100部分可以选择直柄刀柄和非直柄刀柄，本实施例选择直柄刀柄。直柄刀柄的直径Φ≤16，且直径Φ不为0，直柄刀柄的材质为K20整体硬质合金圆棒，直柄刀柄的抗弯强度σb≥2600～2800MPa，平均晶粒直径≤1.2μm，且平均晶粒直径不为0，硬度HRA≥90～91，密度14.96g/cm3。
本发明的创造性包括：钻削部分210包括：钻孔211和钻心212，钻心212设置于钻孔211上，钻孔211与圆弧主刀刃R15连接，钻孔211为山字形结构，钻心起定心作用，二尖和圆弧主刀刃起切削作用，钻心212最高点与圆弧主刀刃R15的距离为0.3mm。
铰削部分220包括：切削锥齿221、校正齿222、抛光齿223和圆周刀刃224，切削锥齿221与圆周刀刃224连接，切削锥齿221与校正齿222连接，抛光齿223与校正齿222连接，切削锥齿221的轴向长度为3P，校正齿222的轴向长度为2P～3P，抛光齿223的轴向长度为2P～3P，其中P为螺距长度，圆周刀刃224的长度为3mm～6mm。切削锥齿221的中径为d2，校正齿的完整螺纹牙型，作用中径d校2＝d2，切削锥齿221和校正齿222的中径采用等径设计。抛光齿223的中径尺寸较校正齿222的中径大0.005mm～0.06mm，即完整螺纹牙型，d抛2＝d2+0.005mm～0.06mm。圆周刀刃224的长度为3mm，起铰孔的修光和抛光作用。随着螺纹中径增大，丝锥抛光齿的中径尺寸在公差范围内也相应增大。丝锥的大径为d，大径的齿顶圆弧R3为0.05mm～1mm。本专利刀具适用于M5～M20的螺纹及其底孔和倒角切削抛光加工。
几何参数方面，钻削部分210中，前角γO7由空间几何得到下式：
因：Kr＝Φ＝50°～65°,γf＝0°，γp＝6°～10°
所以tgγO＝tgγpcoskr+tgγf sinKr＝tgγpcoskr+tg0°sinKr＝tgγpcoskr当γp＝6°～10°，Kr＝50°～65°时，可得到：γO＝3°～5°。
铰削部分220中，圆周刀刃的前角γO＇9相当于车刀的副前角γO＇，其前角则由下式算得：tgγO＇＝tgγOcos(Kr+Kr＇)+tgλSsin(Kr+Kr＇)
因λS＝0°,Kr＇＝0°,
所以tgγO＇＝tgγOcosKr，
当γO＝3°～5°，Kr＝50°～65°时
γO＇＝tg-1(tgγOcosKr)可得到：γO＇＝2°～3°。
螺纹部分230中，侧刃后角αo由下式计算：
αo＝tg-1(tgαosinε/2)
式中：αo＝11°～13°
ε-丝锥螺纹的牙型半角，常用英制55°或公制60°。
例如，公制螺纹牙型角60°时的丝锥侧刃工作时后角αo＝tg-1(tgαosinε/2)
＝tg-1(tgαosin30°)＝tg-1(tgαo/2)
则有：αo＝tg-1(tg11°/2)＝5.55°≥3°,符合使用要求。
综上，本发明结构简单，精度高，刀柄类型及其规格尺寸符合国家标准优选系列；加工工艺相对较简单，比较容易实现。钻头的钻尖部分采用山字型结构，钻削时定心非常稳定，不会产生滑移使孔的中心位置偏移。靠二个圆弧刀尖切削孔壁，同时与主刀刃和副刀刃相切，所以孔的尺寸非常精准。螺纹底孔壁的透光亮表面由钻头的圆周刀刃起到精密铰削的作用，既保证了孔径又起到了抛光切削。丝锥的切削锥齿和校正齿采用等径设计可方便制造，抛光齿作用中径则比校正齿中径大0.005～0.06mm左右，起到抛光和挤压的作用。PCD圆棒与刀柄的硬质合金或其它合金结构钢对接时采用45°坡面真空焊接，增加了焊接面积，提高了焊接强度。
实施例2
高精密聚晶金刚石复合丝锥，包括：刀柄100、PCD切削部位200、倒角300和真空焊接线400，刀柄100通过真空焊接线400与PCD切削部位200焊接连接，倒角300与刀柄100刀片槽内焊接连接；其中，PCD切削部位200包括：钻削部分210、铰削部分220和螺纹部分230，钻削部分210的几何参数包括：主刀刃锋角2Φ1、螺旋角β2、轴向前角γp3、后角αo4、圆弧主刀刃R15、刀尖圆弧R26和前角γO7；
铰削部分220的几何参数包括：主后角αO8、圆周刀刃的前角γO＇9和切削锥齿的锥角ω10；
螺纹部分230的几何参数包括：丝锥大径顶刃R312和顶刃R3后角αo13；
倒角300的几何参数包括：倒角前角γO14和倒角后角αo15。
主刀刃锋角2Φ1的角度为130°，螺旋角β2的角度为10°，轴向前角γp3的角度为10°，后角αo4的角度为11°，圆弧主刀刃R15的长度为2mm，刀尖圆弧R26的长度为0.6mm，前角γO7的角度为5°，主后角αO8的角度为10°，圆周刀刃的前角γO＇9的角度为3°，切削锥齿的锥角ω10的角度为20°，丝锥大径顶刃R312的长度为1.0mm，顶刃R3后角αo13的角度为13°，倒角前角γO14的角度为7°，倒角后角αo15的角度为8.5°。
钻削部分210包括：钻孔211和钻心212，钻心212设置于钻孔211上，钻孔211与圆弧主刀刃R15连接，钻孔211为山字形结构，钻心212最高点与圆弧主刀刃R15的距离为0.8mm。
铰削部分220包括：切削锥齿221、校正齿222、抛光齿223和圆周刀刃224，切削锥齿221与圆周刀刃224，切削锥齿221与校正齿222连接，抛光齿223与校正齿222连接，切削锥齿221的轴向长度为3P，校正齿222的轴向长度为2P～3P，抛光齿223的轴向长度为2P～3P，其中P为螺距长度，圆周刀刃224的长度为6mm。
倒角300的材质为聚晶金刚石复合片，倒角300的角度为45°。
本实施例选择非直柄刀柄。非直柄刀柄材质为合金结构钢38CrMoTi、40CrMo，非直柄刀柄热处理后的表面硬度为55HRC，非直柄刀柄与主轴的接触精度≥96％，非直柄刀柄与主轴孔配合的表面粗糙度Ra≤0.4μm，且RA不会为0，非直柄刀柄的形状误差直线度和圆度≤2～3μm，且形状误差直线度和圆度不会为0。
其他部分与实施例1相同。
以上对本发明的具体实施方式进行了说明，但本发明并不以此为限，只要不脱离本发明的宗旨，本发明还可以有各种变化。
Claims (5)
1.高精密聚晶金刚石复合丝锥，其特征在于，包括：刀柄(100)、PCD切削部位(200)、倒角(300)和真空焊接线(400)，所述刀柄(100)通过真空焊接线(400)与PCD切削部位(200)焊接连接，所述倒角(300)与刀柄(100)刀片槽内焊接连接；
其中，所述PCD切削部位(200)包括：钻削部分(210)、铰削部分(220)和螺纹部分(230)，所述钻削部分(210)的几何参数包括：主刀刃锋角2Φ(1)、螺旋角β(2)、轴向前角γp(3)、后角αo(4)、圆弧主刀刃R1(5)、刀尖圆弧R2(6)和前角γO(7)；
所述铰削部分(220)的几何参数包括：主后角αO(8)、圆周刀刃的前角γO＇(9)和切削锥齿的锥角ω(10)；
所述螺纹部分(230)的几何参数包括：丝锥大径顶刃R3(12)和顶刃R3后角αo(13)；
所述倒角(300)的几何参数包括：倒角前角γO(14)和倒角后角αo(15)。
2.根据权利要求1所述的高精密聚晶金刚石复合丝锥，其特征在于：所述主刀刃锋角2Φ(1)的角度为100°～130°，所述螺旋角β(2)的角度为0°～10°，所述轴向前角γp(3)的角度为6°～10°，所述后角αo(4)的角度为7.5°～11°，所述圆弧主刀刃R1(5)的长度为0.75mm～2mm，所述刀尖圆弧R2(6)的长度为0.2mm～0.6mm，所述前角γO(7)的角度为3°～5°，所述主后角αO(8)的角度为7.5°～10°，所述圆周刀刃的前角γO＇(9)的角度为2°～3°，所述切削锥齿的锥角ω(10)的角度为17°～20°，所述丝锥大径顶刃R3(12)的长度为0.05mm～1.0mm，所述顶刃R3后角αo(13)的角度为11°～13°，所述倒角前角γO(14)的角度为0°～7°，所述倒角后角αo(15)的角度为7.5°～8.5°。
3.根据权利要求1所述的高精密聚晶金刚石复合丝锥，其特征在于：所述钻削部分(210)包括：钻孔(211)和钻心(212)，所述钻心(212)设置于钻孔(211)上，所述钻孔(211)与圆弧主刀刃R1(5)连接，所述钻孔(211)为山字形结构，所述钻心(212)最高点与圆弧主刀刃R1(5)的距离为0.3mm～0.8mm。
4.根据权利要求1所述的高精密聚晶金刚石复合丝锥，其特征在于：所述铰削部分(220)包括：切削锥齿(221)、校正齿(222)、抛光齿(223)和圆周刀刃(224)，所述切削锥齿(221)与圆周刀刃(224)连接，所述切削锥齿(221)与校正齿(222)连接，所述抛光齿(223)与校正齿(222)连接，所述切削锥齿(221)的轴向长度为3P，所述校正齿(222)的轴向长度为2P～3P，所述抛光齿(223)的轴向长度为2P～3P，其中P为螺距长度，所述圆周刀刃(224)的长度为3mm～6mm。
5.根据权利要求1所述的高精密聚晶金刚石复合丝锥，其特征在于：所述倒角(300)的材质为聚晶金刚石复合片，所述倒角(300)的角度为45°。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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