CN115351306B - 一种用于气膜槽加工的刀具前刀面卷屑槽设计方法及刀具 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种用于气膜槽加工的刀具前刀面卷屑槽设计方法及刀具，在刀具前刀面上设计有纵向卷屑槽，纵向卷屑槽的长度方向垂直于切削刃，刀具切削刃宽度取气膜槽设计宽度的纵向卷屑槽参数为：卷屑槽的槽弧直径为刀具切削刃宽度的2.5～3倍，卷屑槽的长度为卷屑槽槽弧直径的1～1.5倍，卷屑槽的最大深度为刀具切削刃宽度的0.08～0.1倍，卷屑槽的深度沿卷屑槽长度方向从刀具切削刃处的最大深度开始逐渐变浅直至为0。本发明在保证刀具强度的前提下，通过纵向卷屑槽的结构和尺寸设计，将切屑宽度缩小了0.1mm‑0.2mm，降低了加工过程卡屑现象的发生，提高了气膜槽加工过程排屑效率，降低加工过程的切削力，有效地抑制了气膜槽加工变形问题的发生。
Description
技术领域
本发明涉及航空航天数控加工技术领域，特别涉及一种用于航空发动机气膜槽加工的刀具前刀面卷屑槽设计方法及刀具。
背景技术
航空发动机机匣属于具备高附加值的典型薄壁件，在加工过程中其刚性较弱，导致其在加工过程中极易受到夹持力、切削力以及残余应力影响而变形，导致机匣报废而产生重大经济损失。
气膜槽作为发动机机匣加工过程中的重要特征，具备槽深、槽窄的特点，其加工过程极易发生卡屑导致切削力变大、进而导致气膜槽加工变形的问题。为了降低气膜槽加工过程中的切削力，在大切深的加工方式下，需要一种刀具设计方法，实现切屑的卷屑、使切屑的宽度小于加工宽度，有利于切屑的排除、避免卡屑行为的发生。
发明内容
为解决在大切深的加工方式下，气膜槽因卡屑导致切削力变大、进而导致加工变形的问题，本发明从刀具设计角度出发，提出一种用于气膜槽加工的刀具前刀面卷屑槽设计方法及刀具，可以在气膜槽大切深加工方式下，实现加工过程切屑卷曲，并将切屑宽度缩小，极大地降低了加工过程卡屑现象的发生。
本发明的技术方案为：
所述一种用于气膜槽粗加工的刀具前刀面卷屑槽设计方法，在刀具前刀面上设计有纵向卷屑槽，所述纵向卷屑槽的长度方向垂直于切削刃。
进一步的，所述纵向卷屑槽的参数根据以下过程确定：
根据刀具切削刃宽度，确定卷屑槽的槽弧直径R为刀具切削刃宽度的2.5～3倍；
根据刀具切削刃宽度，确定卷屑槽的最大深度D为刀具切削刃宽度的0.08～0.1倍；
根据设计的卷屑槽的槽弧直径R，确定卷屑槽的长度L为卷屑槽槽弧直径R的1～1.5倍；且卷屑槽的深度随卷屑槽的长度方向从刀具切削刃处的最大深度开始逐渐变浅、直至为0。
进一步的，所述刀具切削刃宽度根据气膜槽设计宽度确定，取气膜槽设计宽度的实现粗车加工时的大切深、左右赶刀的进刀方式。
所述一种用于气膜槽加工的刀具，刀具前刀面上有纵向卷屑槽，所述纵向卷屑槽的长度方向垂直于切削刃。
进一步的，所述刀具切削刃宽度取气膜槽设计宽度的
进一步的，所述纵向卷屑槽参数为：
所述卷屑槽的槽弧直径R为刀具切削刃宽度的2.5～3倍；
所述卷屑槽的长度L为卷屑槽槽弧直径R的1～1.5倍；
所述卷屑槽的最大深度D为刀具切削刃宽度的0.08～0.1倍；
所述卷屑槽的深度沿卷屑槽长度方向从刀具切削刃处的最大深度开始逐渐变浅、直至为0。
有益效果
本发明提出一种刀具前刀面卷屑槽的设计方法，并在此基础上形成了用于气膜槽加工的槽刀。本发明在保证刀具强度的前提下，通过纵向卷屑槽的结构和尺寸设计，在经过仔细分析选择的尺寸范围内，将切屑宽度缩小了0.1mm-0.2mm，极大地降低了加工过程卡屑现象的发生；通过卷屑槽的设计，提高了气膜槽加工过程排屑效率，降低加工过程的切削力，有效地抑制了气膜槽加工变形问题的发生。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为槽刀前刀面卷屑槽结构示意图；
图2为具有前刀面卷屑槽的槽刀结构示意图；
图3为粗加工工序示意图；
图4为中型发动机机匣气膜槽示意图；
图5为图3中的局部放大图。
具体实施方式
航空发动机机匣以及火焰筒等结构件内侧面上具有多组沿轴向分布的环形凸起，在环形凸起的上表面设计有环形气膜槽。一般而言，环形气膜槽的槽深d与槽宽w比在2.5～3.5，即且气膜槽的外侧壁面厚度较薄，本身加工难度较大；而且航空发动机机匣以及火焰筒等结构件材料往往采用镍基高温合金或钛合金等材料，单品价值高，机匣结构复杂、结构壁薄，在加工过程中极易受到夹持力、切削力以及残余应力影响而变形，导致机匣产品报废而产生重大经济损失。
下面以航空发动机机匣以及火焰筒等结构件中的气膜槽加工为例，详细说明本发明提出的刀具前刀面卷屑槽设计方法以及加工过程。
实施例1：机匣气膜槽数控加工
在立式车床上进行材料为镍基高温合金的机匣气膜槽进行数控加工，该气膜槽宽度为2.2mm、深度为6mm。
根据气膜槽槽宽，设计的槽刀切削刃宽度为1.5mm；槽刀前刀面上有纵向卷屑槽，所述纵向卷屑槽的长度方向垂直于切削刃；纵向卷屑槽的槽弧直径为4mm，最大深度为0.13mm，长度为5.5mm，沿着卷屑槽的长度方向，卷屑槽的深度逐渐减小，直至为0。
粗车加工的加工步骤如下：
步骤1：粗车
如图3a所示，选择前刀面带有圆弧纵向卷屑槽的槽刀对中型发动机机匣中气膜槽位置的靠近气膜槽定位面一侧进行第一次粗加工，其切削深度为2mm、切削宽度为1.5mm、切削速度为20m/min。
步骤2：粗车
如图3a所示，选择前刀面带有圆弧纵向卷屑槽的槽刀对中型发动机机匣中设计气膜槽位置的远离气膜槽定位面一侧进行第二次粗加工，其切削深度为4mm、切削宽度为1.5mm、切削速度为20m/min。
步骤3：粗车
如图3a所示，选择前刀面带有圆弧纵向卷屑槽的槽刀对中型发动机机匣中气膜槽位置的靠近气膜槽定位面一侧进行第三次粗加工，其切削深度为4mm、切削宽度为1.5mm、切削速度为20m/min。
步骤4：粗车
如图3a所示，选择前刀面带有圆弧纵向卷屑槽的槽刀对中型发动机机匣中设计气膜槽位置的远离气膜槽定位面一侧进进行第四次粗加工，其切削深度为2mm、切削宽度为1.5mm、切削速度为20m/min。
粗车工序采用大切深、左右赶刀的进刀思路，利用设计的具有纵向卷屑槽的槽刀，提高气膜槽加工过程的容屑空间，改善了粗加工排屑情况、降低了加工过程中切削力，有效避免了加工过程的卡屑、断刀现象。
实施例2：火焰筒气膜槽数控加工
在立式车床上进行材料为镍基高温合金的火焰筒气膜槽的数控加工，该气膜槽宽度为2.7mm、深度为7.6mm。
根据气膜槽槽宽，设计的槽刀切削刃宽度为1.8mm；槽刀前刀面上有纵向卷屑槽，所述纵向卷屑槽的长度方向垂直于切削刃；纵向卷屑槽的槽弧直径为4.8mm，最大深度为0.16mm，长度为6.5mm，沿着卷屑槽的长度方向，卷屑槽的深度逐渐减小，直至为0。
同样采用四步左右赶刀的粗加工方法进行气膜槽的粗加工，利用设计的具有纵向卷屑槽的槽刀，提高气膜槽加工过程的容屑空间，改善了粗加工排屑情况、降低了加工过程中切削力，有效避免了加工过程的卡屑、断刀现象。
实施例3：小型机匣气膜槽数控加工
在立式车床上上进行材料为钛合金的机匣气膜槽的数控加工，该气膜槽宽度为1.6mm、深度为4.5mm。
根据气膜槽槽宽，设计的槽刀切削刃宽度为1.2mm；槽刀前刀面上有纵向卷屑槽，所述纵向卷屑槽的长度方向垂直于切削刃；纵向卷屑槽的槽弧直径为3.6mm，最大深度为0.12mm，长度为5.4mm，沿着卷屑槽的长度方向，卷屑槽的深度逐渐减小，直至为0。
采用两步左右赶刀的粗加工方法进行气膜槽的粗加工(如图3c所示)：
第一刀加工为：在设计的气膜槽加工位置处，靠近气膜槽定位面的一侧，采用气膜槽槽深作为切削深度进行开槽加工；
第二刀加工为：在设计的气膜槽位置处，远离气膜槽定位面一侧，采用气膜槽槽深作为切削深度进行开槽加工。
利用设计的具有纵向卷屑槽的槽刀，提高气膜槽加工过程的容屑空间，改善了粗加工排屑情况、降低了加工过程中切削力，有效避免了加工过程的卡屑、断刀现象。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (3)
1.一种用于气膜槽粗加工的刀具前刀面卷屑槽设计方法，其特征在于：在刀具前刀面上设计有纵向卷屑槽，所述纵向卷屑槽的长度方向垂直于切削刃；所述纵向卷屑槽的参数根据以下过程确定：
根据刀具切削刃宽度，确定卷屑槽的槽弧直径R为刀具切削刃宽度的2.5～3倍；
根据刀具切削刃宽度，确定卷屑槽的最大深度D为刀具切削刃宽度的0.08～0.1倍；
根据设计的卷屑槽的槽弧直径R，确定卷屑槽的长度L为卷屑槽槽弧直径R的1～1.5倍；且卷屑槽的深度随卷屑槽的长度方向从刀具切削刃处的最大深度开始逐渐变浅、直至为0。
2.根据权利要求1所述一种用于气膜槽粗加工的刀具前刀面卷屑槽设计方法，其特征在于：所述刀具切削刃宽度根据气膜槽设计宽度确定，取气膜槽设计宽度的 实现粗车加工时的大切深、左右赶刀的进刀方式。
3.一种用于气膜槽加工的刀具，其特征在于：刀具前刀面上有纵向卷屑槽，所述纵向卷屑槽的长度方向垂直于切削刃；所述刀具切削刃宽度取气膜槽设计宽度的 所述纵向卷屑槽参数为：
所述卷屑槽的槽弧直径R为刀具切削刃宽度的2.5～3倍；
所述卷屑槽的长度L为卷屑槽槽弧直径R的1～1.5倍；
所述卷屑槽的最大深度D为刀具切削刃宽度的0.08～0.1倍；
所述卷屑槽的深度沿卷屑槽长度方向从刀具切削刃处的最大深度开始逐渐变浅、直至为0。
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