CN113500237A - 一种加工飞机发动机钛合金零件的高寿命涂层铣刀 - Google Patents

一种加工飞机发动机钛合金零件的高寿命涂层铣刀 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种加工飞机发动机钛合金零件的高寿命涂层铣刀，其包括切削部和柄部，切削部设有4个周刃且分别为一对短刃和一对长刃，短刃和长刃沿圆周方向交替设置，长刃与其面向切削旋转方向一侧的短刃所形成第一夹角，长刃与其背向切削旋转方向一侧的另一短刃形成第二夹角，第一夹角与第二夹角不相等，且第一夹角与第二夹角之和等于180度；分别与两个长刃相连的两个端刃在切削部的前端中心处相连，分别与两个短刃相连的两个端刃在切削部的前端相互间隔1/3以上的切削部外径。采用本发明，具有抗震性能好、使用寿命高、排屑方便、加工效果好、产品良品率高的优点。

Description

一种加工飞机发动机钛合金零件的高寿命涂层铣刀
技术领域
本发明属于加工刀具技术领域，特别是涉及一种加工飞机发动机钛合金零件的高寿命涂层铣刀。
背景技术
20世纪以来，航空航天工程的规模日益扩大，工程技术的复杂程度越来越高，在加速航空航天快速发展的过程中，发动机的技术创新始终是航空航天发展的核心，其主要在高温、高压、高转速环境中工作，并且相关零件为了满足使用安全性能要求，根据行业标准，对于相关重要的零件要同时保证精度与工作性能。同时由于钛合金密度小，高的热强性以及持久强度，对在振动载荷及冲击载荷作用下裂纹扩展的敏感性低，并且有良好的耐蚀性，因此在发动机及壳体结构中优先采用钛合金材料。但是在加工制造发动机时，由于钛合金具有导热性差，弹性模量小，弹性变形大等材料特性，会导致工件表面变形与振动，如在高温条件下加工，钛合金材料与刀具有发生化学反应的趋向，造成已加工表面质量不高，加速刀具磨损，缩短刀具的使用寿命的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于加工飞机发动机钛合金零件，具有抗震性能好、散热性能好、使用寿命高、排屑方便、加工效果好、产品良品率高等优点的高寿命涂层铣刀。
为了实现上述目的，本发明提供了一种加工飞机发动机钛合金零件的高寿命涂层铣刀，其包括涂覆有纳米级高硬涂层的切削部和柄部，所述切削部为右旋右切结构，所述切削部设有4个自其前端向柄部螺旋延伸设置的周刃排屑槽，所述周刃排屑槽朝向切削旋转方向的面为前刀面，所述周刃排屑槽背向切削旋转方向的面为后刀面，所述前刀面与所述后刀面相交形成周刃，所述周刃在所述切削部的前端对应连接有端刃，相邻的两个所述端刃之间形成有与所述周刃排屑槽相连的端刃排屑槽；4个所述周刃分别为一对短刃和一对长刃，所述短刃和所述长刃沿圆周方向交替设置，所述长刃与其面向切削旋转方向一侧的短刃所形成第一夹角，所述长刃与其背向切削旋转方向一侧的另一短刃形成第二夹角，所述第一夹角与所述第二夹角不相等，且所述第一夹角与所述第二夹角之和等于180度；分别与两个所述长刃相连的两个所述端刃在所述切削部的前端中心处相连，分别与两个所述短刃相连的两个所述端刃在所述切削部的前端相互间隔1/3以上的切削部外径。
作为本发明的优选方案，所述纳米级高硬涂层为AlTiN-Si。
作为本发明的优选方案，所述周刃的螺旋角为38度～42度。
作为本发明的优选方案，所述周刃的刃口高中心0.1±0.02mm。
作为本发明的优选方案，所述周刃设有周刃前角和周刃后角，所述周刃前角为6度；所述周刃后角自刃口向后刀面依次设有第一周刃后角和第二周刃后角，所述第一周刃后角为10度～12度，所述第二周刃后角为24度～26度；所述第一周刃后角对应的后刀面的宽度为0.6mm～0.7mm，所述第二周刃后角对应的后刀面的宽度为1.9mm～2.1mm。
作为本发明的优选方案，所述切削部设有位于前段的第一芯厚段和位于后段的第二芯厚段，所述第一芯厚段的芯厚小于所述第二芯厚段的芯厚。
作为本发明的优选方案，所述端刃与所述周刃的连接处设有过渡圆弧。
作为本发明的优选方案，所述端刃的前刀面上设有用于保护端刃的加强刃。
作为本发明的优选方案，所述端刃设有端刃前角和端刃后角，所述端刃前角为4度～6度；所述端刃后角包括自其刃口向向后刀面依次布置的第一端刃后角和第二端刃后角，所述第一端刃后角为8度～10度，所述第二端刃后角为20度～24度，所述第一端刃后角对应的后刀面的宽度为1.2mm～1.4mm。
作为本发明的优选方案，所述端刃设有内倾角，所述内倾角为1.8度～2.2度。
实施本发明提供的一种加工飞机发动机钛合金零件的高寿命涂层铣刀，与现有技术相比，其有益效果在于：
本发明将周刃设计为沿圆周方向交替设置的一对短刃和一对长刃，并且一个长刃分别与两个短刃所形成两个夹角不相等，两个夹角之和等于180度，这样的设计能够交替地改变每刃进给量，使每刃的铣削波形不再相同，可有效降低或避免刀具进行侧铣时的切削震动纹路，使刀具具有良好的抗震性能，适应钛合金已加工表面回弹量引起的变形及振动，有效降低硬化现象，抑制由于振动引起的表面粗糙度不良和刀具刃口崩损，切削效果好，而且由于短刃的进给量小于长刃的进给量，故短刃相较于长刃具有更大散热空间，方便刀具散热，有利于获得高质量的加工表面和提高刀具寿命；同时，与一对长刃相对的一对端刃在切削部的前端中心处相连，能够使端刃在加工平面不会出现凸起，保证了端刃平面铣削时的加工质量及加工效率；与一对短刃相连的两个端刃在切削部的前端相互间隔1/3以上的切削部外径，增大了端刃排屑槽的容屑空间，方便排屑，有效防止切屑堆积于前端对加工表面及端刃造成损伤。可见，本发明的高寿命涂层铣刀能够适用于加工飞机发动机钛合金零件，具有抗震性能好、散热性能好、使用寿命高、排屑方便、加工效果好、产品良品率高等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
图1是本发明提供的一种加工飞机发动机钛合金零件的高寿命涂层铣刀的主视图；
图2是于图1所示结构的左视图；
图3是于图1所示结构中切削部的横截面图；
图4是于图1所示结构中端刃的局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的机或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。
如图1和图2所示，本发明优选实施例的一种加工飞机发动机钛合金零件的高寿命涂层铣刀，其包括涂覆有纳米级高硬涂层的切削部1和柄部2，所述切削部1为右旋右切结构，所述切削部1设有4个自其前端向柄部2螺旋延伸设置的周刃排屑槽3，所述周刃排屑槽3朝向切削旋转方向的面为前刀面31，所述周刃排屑槽3背向切削旋转方向的面为后刀面32，所述前刀面31与所述后刀面32相交形成周刃4，所述周刃4在所述切削部1的前端对应连接有端刃5，相邻的两个所述端刃5之间形成有与所述周刃排屑槽3相连的端刃排屑槽6；4个所述周刃4分别为一对短刃4a和一对长刃4b，所述短刃4a和所述长刃4b沿圆周方向交替设置，所述长刃4b与其面向切削旋转方向一侧的短刃4a所形成第一夹角θ1(优选为83度)，所述长刃4b与其背向切削旋转方向一侧的另一短刃4a形成第二夹角θ2(优选为97度)，所述第一夹角θ1与所述第二夹角θ2不相等，且所述第一夹角θ1与所述第二夹角θ2之和等于180度；分别与两个所述长刃4b相连的两个所述端刃5在所述切削部1的前端中心处相连，分别与两个所述短刃4a相连的两个所述端刃5在所述切削部1的前端相互间隔1/3以上的切削部外径。
由此，本发明实施例将周刃4设计为沿圆周方向交替设置的一对短刃4a和一对长刃4b，并且一个长刃4b分别与两个短刃4a所形成两个夹角不相等，两个夹角之和等于180度，这样的设计能够交替地改变每刃进给量，使每刃的铣削波形不再相同，可有效降低或避免刀具进行侧铣时的切削震动纹路，使刀具具有良好的抗震性能，适应钛合金已加工表面回弹量引起的变形及振动，有效降低硬化现象，抑制由于振动引起的表面粗糙度不良和刀具刃口崩损，切削效果好，而且由于短刃4a的进给量小于长刃4b的进给量，故短刃4a相较于长刃4b具有更大散热空间，方便刀具散热，有利于获得高质量的加工表面和提高刀具寿命；同时，与一对长刃4b相对的一对端刃5在切削部1的前端中心处相连，能够使端刃5在加工平面不会出现凸起，保证了端刃5平面铣削时的加工质量及加工效率；与一对短刃4a相连的两个端刃5在切削部1的前端相互间隔1/3以上的切削部外径，增大了端刃排屑槽6的容屑空间，方便排屑，有效防止切屑堆积于前端对加工表面及端刃5造成损伤。
示例性的，所述纳米级高硬涂层优选为AlTiN-Si，从而能够有效降低刀具的摩擦性磨损，提高刀具的使用寿命，使用寿命的提高可达50％以上。
示例性的，如图1所示，所述周刃4的螺旋角α为38度～42度。这样的设计，一方面能够使周刃4刃口更加锋利，有利于刃口切入，提高加工表面质量；另一方面能够使周刃排屑槽3的排屑能力更加顺畅；
示例性的，如图2所示，所述周刃4的刃口高中心0.1±0.02mm(如图2中“h”所指)。这样的设计，能够增强周刃4的支撑性及牢固性，使用寿命高，而且加工出来的孔径稳定，表面粗糙度优异。
示例性的，如图3所示，所述周刃4设有周刃前角41和周刃后角(421和422)，所述周刃前角41为6度；所述周刃后角42自刃口向后刀面32依次设有第一周刃后角421和第二周刃后角422，所述第一周刃后角421为10度～12度，所述第二周刃后角422为24度～26度；其中，将周刃前角41设计为6度，一方面满足了钛合金本身的材料特性，另一方面保证了切削刃的锋利程度，使切削过程中不会出现毛刺、崩边等现象，加工效果好，产品报废率低；将周刃后角(421和422)设计为两个后角角度，能够保证周刃4具有足够的刚性，同时为周刃4提供足够避让空间，减少周刃4的后刀面32与工件上的加工表面的接触面积，有利于周刃4的切入。
示例性的，所述第一周刃后角421对应的后刀面32的宽度为0.6mm～0.7mm，所述第二周刃后角422对应的后刀面32的宽度为1.9mm～2.1mm。这样的设计能够保证周刃4正常切削前提下的使用寿命，同时使得周刃4具有足够的耐磨性和切削力。
示例性的，如图1所示，为了满足满刀铣的排屑空间，所述切削部1设有位于前段的第一芯厚段11和位于后段的第二芯厚段12，所述第一芯厚段11的芯厚小于所述第二芯厚段12的芯厚。优选地，将第一芯厚段11的芯厚设计为切削部1外径的60％左右，第二芯厚段12的芯厚设计为切削部1外径的75％左右，这样既能加大前端的容屑空间，又能保证后端的顺畅排屑，不会因为满刀加工造成排屑困难。本实施例中，所述切削部1的长度为70mm，外径为16mm；所述第一芯厚段11的芯厚为9.9mm，长度为25mm；所述第二芯厚段12的芯厚为12mm，长度为45mm。
示例性的，如图1所示，所述端刃5与所述周刃4的连接处设有过渡圆弧7，以防止刀尖的崩损。本实施例中，所述过渡圆弧7的半径为1mm。
示例性的，如图1所示，所述端刃5的前刀面31上设有用于保护端刃5的加强刃8。
示例性的，如图4所示，所述端刃5设有端刃前角51和端刃后角(521和522)，所述端刃前角51为4度～6度；所述端刃后角包括自其刃口向向后刀面32依次布置的第一端刃后角521和第二端刃后角522，所述第一端刃后角521为8度～10度，所述第二端刃后角522为20度～24度。其中，将端刃前角51设计为4度～6度，一方面满足了钛合金本身的材料特性，另一方面保证了切削刃的锋利程度，使切削过程中不会出现毛刺、崩边等现象，加工效果好，产品报废率低；将端刃后角(521和522)设计为两个后角角度，能够保证端刃5具有足够的刚性，同时为端刃5提供足够避让空间，减少端刃5的后刀面32与工件上的加工表面的接触面积，有利于端刃5的切入。
示例性的，所述第一端刃后角521对应的后刀面32的宽度为1.2mm～1.4mm。这样的设计能够保证端刃5正常切削前提下的使用寿命，同时使得端刃5具有足够的耐磨性和切削力。
示例性的，如图1所示，所述端刃5设有内倾角53，所述内倾角53为1.8度～2.2度。这样的设计能够减少端刃5与加工表面的接触面积，使端刃5更加锋利，有利于端刃5的切入，同时有效防止切屑堆积于前端，方便排屑。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种加工飞机发动机钛合金零件的高寿命涂层铣刀，其特征在于，包括涂覆有纳米级高硬涂层的切削部和柄部，所述切削部为右旋右切结构，所述切削部设有4个自其前端向柄部螺旋延伸设置的周刃排屑槽，所述周刃排屑槽朝向切削旋转方向的面为前刀面，所述周刃排屑槽背向切削旋转方向的面为后刀面，所述前刀面与所述后刀面相交形成周刃，所述周刃在所述切削部的前端对应连接有端刃，相邻的两个所述端刃之间形成有与所述周刃排屑槽相连的端刃排屑槽，4个所述周刃分别为一对短刃和一对长刃，所述短刃和所述长刃沿圆周方向交替设置，所述长刃与其面向切削旋转方向一侧的短刃所形成第一夹角，所述长刃与其背向切削旋转方向一侧的另一短刃形成第二夹角，所述第一夹角与所述第二夹角不相等，且所述第一夹角与所述第二夹角之和等于180度；分别与两个所述长刃相连的两个所述端刃在所述切削部的前端中心处相连，分别与两个所述短刃相连的两个所述端刃在所述切削部的前端相互间隔1/3以上的切削部外径。
2.根据权利要求1所述的一种加工飞机发动机钛合金零件的高寿命涂层铣刀，其特征在于，所述纳米级高硬涂层为AlTiN-Si。
3.根据权利要求1所述的一种加工飞机发动机钛合金零件的高寿命涂层铣刀，其特征在于，所述周刃的螺旋角为38度～42度。
4.根据权利要求1所述的一种加工飞机发动机钛合金零件的高寿命涂层铣刀，其特征在于，所述周刃的刃口高中心0.1±0.02mm。
5.根据权利要求1所述的一种加工飞机发动机钛合金零件的高寿命涂层铣刀，其特征在于，所述周刃设有周刃前角和周刃后角，所述周刃前角为6度；所述周刃后角自刃口向后刀面依次设有第一周刃后角和第二周刃后角，所述第一周刃后角为10度～12度，所述第二周刃后角为24度～26度；所述第一周刃后角对应的后刀面的宽度为0.6mm～0.7mm，所述第二周刃后角对应的后刀面的宽度为1.9mm～2.1mm。
6.根据权利要求1所述的一种加工飞机发动机钛合金零件的高寿命涂层铣刀，其特征在于，所述切削部设有位于前段的第一芯厚段和位于后段的第二芯厚段，所述第一芯厚段的芯厚小于所述第二芯厚段的芯厚。
7.根据权利要求1所述的一种加工飞机发动机钛合金零件的高寿命涂层铣刀，其特征在于，所述端刃与所述周刃的连接处设有过渡圆弧。
8.根据权利要求1所述的一种加工飞机发动机钛合金零件的高寿命涂层铣刀，其特征在于，所述端刃的前刀面上设有用于保护端刃的加强刃。
9.根据权利要求1所述的一种加工飞机发动机钛合金零件的高寿命涂层铣刀，其特征在于，所述端刃设有端刃前角和端刃后角，所述端刃前角为4度～6度；所述端刃后角包括自其刃口向向后刀面依次布置的第一端刃后角和第二端刃后角，所述第一端刃后角为8度～10度，所述第二端刃后角为20度～24度，所述第一端刃后角对应的后刀面的宽度为1.2mm～1.4mm。
10.根据权利要求6所述的一种加工飞机发动机钛合金零件的高寿命涂层铣刀，其特征在于，所述端刃设有内倾角，所述内倾角为1.8度～2.2度。
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