CN116604058A - 切削锋利的断屑槽刀具 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机械工具技术领域，具体涉及切削锋利的断屑槽刀具。本发明提供的切削锋利的断屑槽刀具，设有横贯侧面的梯形断屑槽形成两个拐点，由于第一个有25°锋利的前角，易于切入金属表面；被分离的金属薄片到达第一个拐点时会因突然的折弯而产生连续的折叠增加排屑的厚度；在经过第二拐点时发生折断成瓦片状，然后顺着冷却液排出。本发明对刀片基体进行表面纳米化渗氮涂层处理，通过渗氮处理，可有效提高刀片基体表面的耐磨性，进而可以承受较大冲击载荷，提高刀刃的润滑性耐热性和硬度，纳米化处理一方面提高渗氮层与刀具基体表面的结合性能，另一方面纳米化处理在渗氮层表面形成多孔结构，进而达到耐磨，去应力，耐冲击的作用。
Description
技术领域
本发明属于机械工具技术领域，具体涉及切削锋利的断屑槽刀具。
背景技术
切削过程中所形成的切屑，由于经过了比较大的塑性变形，它的硬度将会有所提高，而塑性和韧性则显著降低，这种现象叫冷作硬化。经过冷作硬化以后，切屑变得硬而脆，当它受到交变的弯曲或冲击载荷时就容易折断。切屑所经受的塑性变形越大，硬脆现象越显著，折断也就越容易。在切削难断屑的高强度、高塑性、高韧性的材料时，应当设法增大切屑的变形，以降低它的塑性和韧性，便于达到断屑的目的。迫使切屑经受附加变形的最简便的方法，就是在前刀面上磨出(或压制出)一定形状的梯形断屑槽，迫使切屑流入梯形断屑槽时再卷曲变形。切屑经受附加的再卷曲变形以后，进一步硬化和脆化，当它碰撞到工件或后刀面上时，就很容易被折断了。
机械加工中经常遇到很多难切削材料，比如一些不锈钢或结构钢。材质粘性大韧性强，切削中很难断屑，经常导致缠绕、拖拽、堵塞，中断加工过程甚至造成报废。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供了切削锋利的断屑槽刀具，目的是为了解决机械加工中经常遇到很多难切削材料，由于材质粘性大韧性强，切削中很难断屑，经常导致缠绕、拖拽、堵塞，中断加工过程甚至造成报废的技术问题。
本发明提供的切削锋利的断屑槽刀具，具体技术方案如下：
切削锋利的断屑槽刀具，包括刀具基体和涂覆在所述刀具基体上的涂层，所述刀具基体包括一个直四棱柱型的刀体，所述刀体包括平行设置的上下两个端面和四个侧面，所述刀体的中心开设有安装孔，至少一组相对的两个所述侧面上开设有平行于所述端面的梯形断屑槽，所述梯形断屑横贯所在侧面，所述梯形断屑槽的一侧面沿伸至一个所述端面且与该端面的夹角为25°，所述梯形断屑槽的另一侧面与所在侧面的夹角为45°，所述涂层为纳米化渗氮涂层。
在某些实施方式中，两组相对的所述侧面均设有所述梯形断屑槽。
进一步，一组所述梯形断屑槽的一侧面沿伸至一个所述端面，另一组所述梯形断屑槽的一侧面沿伸至另一个所述端面。
在某些实施方式中，所述端面与相邻的侧面通过圆弧面过渡连接。
在某些实施方式中，所述纳米化渗氮涂层的制备方法包括如下步骤：
S1，将刀具基体经过蒸馏水超声清洗和碱溶液浸泡清洗后，在氮气氛围下进行烘干，获得预处理基材；
S2，将步骤S1中的预处理基材表面磨砂预处理，然后放入蒸馏水中超声清洗，并滴加盐酸，过滤后氮气吹干得到表面粗糙的基材；
S3，将氯化铵-乙醚液均匀涂在步骤S2中的基材表面并晾干，最后将胶液喷雾在基材表面形成覆盖，经低温晾干和挤压后得到双膜基材；所述胶液为高取代羟丙基纤维素和氯化钠的甲醇溶液；
S4，将步骤S3中的表面缠绕耐高温密封带，并微波加热处理，然后超声洗涤得到含渗氮层的基材；
S5，将步骤S4中的含渗氮层的基材面磨平、抛光，用酒精清洗，然后进行表面纳米化处理，得到渗氮涂层。
进一步，步骤S1中，超声清洗的时间为20-30min，超声清洗的60-90kHz，温度为50-80℃；碱溶液为pH为9-10的氢氧化钠溶液，浸泡温度为20-40℃；清洗采用蒸馏水，烘干温度为110-120℃。
进一步，步骤S2中，超声清洗的时间为20-30min，超声清洗的超声频率为70-80kHz，温度为20-30℃；所述滴加盐酸后的pH为6，氮气吹干的温度为90-100℃，速度为10-30mL/min。
进一步，步骤S3中，所述氯化铵与乙醚的质量比为1:5-8，所述胶液中的高取代羟丙基纤维素的浓度为100-150g/L，氯化钠的浓度为20-40g/L所述氯化铵-乙醚液中的氯化铵与胶液中的高取代羟丙基纤维素在双膜中的质量比为1:4-7，低温晾干的温度为10-20℃，挤压的压力为0.2-0.4MPa。
进一步，步骤S4中，所述微波加热的功率为200-400W，温度为200-220℃；超声洗涤采用蒸馏水，超声频率为50-80kHz，温度为30-50℃。
进一步，步骤S5中，所述表面纳米化是采用摩擦头沿圆形轨迹反复运动3-5h，然后在300-500℃下真空热处理3-5h。
本发明具有以下有益效果：本发明提供的切削锋利的断屑槽刀具，设有横贯侧面的梯形断屑槽形成两个拐点，并且由于第一个有25°锋利的前角，易于切入金属表面；被分离的金属薄片到达第一个拐点时会因突然的折弯而产生连续的折叠，相当于增加了排屑的厚度；因为排屑折叠增厚硬度提高，在经过第二拐点时发生折断成瓦片状，然后顺着冷却液排出。由于排屑的冲击，两个拐角会有一定程度的损耗，本发明对刀片基体进行表面纳米化渗氮涂层处理，通过刀体基材进行渗氮处理，可有效降低刀片基体表面摩擦系数，延长刀片基体使用寿命，降低生产成本，提高产品竞争力，耐磨性提高、可以承受较大冲击载荷，提高刀刃的润滑性耐热性和提高硬度，纳米化处理一方面提高渗氮层与刀具基体表面的结合性能，另一方面纳米化处理在渗氮层表面形成多孔结构，进而达到耐磨，去应力，耐冲击的作用。
附图说明
图1是本发明刀具基体的立体结构示意图；
图2是本发明刀具基体的立体结构示意图；
图3是本发明刀具基体的侧视图；
图中的标记为：1、端面；2、安装孔；3、侧面；31、梯形断屑槽。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图1-3，对本发明进一步详细说明。
实施例1
本实施例提供的切削锋利的断屑槽刀具，具体技术方案如下：
切削锋利的断屑槽刀具，包括刀具基体和涂覆在刀具基体上的涂层，刀具基体包括一个直四棱柱型的刀体，刀体包括平行设置的上下两个端面1和四个侧面3，刀体的中心开设有安装孔2，至少一组相对的两个侧面3上开设有平行于端面1的梯形断屑槽31，梯形断屑槽31横贯所在侧面3，梯形断屑槽31的一侧面3顶端与相邻的端面1连接且形成25°夹角，梯形断屑槽31的另一侧面3的倾斜角度为45°（梯形断屑槽31的一侧面与所在侧面的夹角为45°），涂层为纳米化渗氮涂层。
具体地，两组相对的侧面3均设有梯形断屑槽31。并且在两组相对的侧面3上的梯形断屑槽31呈中心对称分布（一组梯形断屑槽31的一侧面沿伸至一个端面1，另一组梯形断屑槽31的一侧面沿伸至另一个端面1）。端面1与相邻的侧面3通过圆弧面过渡连接。进而本实施例中的刀具使用过程中无需区分上下端面1，即上下两个方位都可使用。
本实施例中，纳米化渗氮涂层的制备方法包括如下步骤：
步骤1，将基材放入蒸馏水中超声清洗20min，取出后放入碱溶液中浸泡20min，取出后清洗烘干得到表面洁净的基材，超声清洗的超声频率为90kHz，温度为80℃；碱溶液为pH为10的氢氧化钠溶液，浸泡温度为40℃；清洗采用蒸馏水，烘干温度为110℃；且烘干在氮气氛围下进行；
步骤2，将基材表面磨砂预处理，然后放入蒸馏水中超声清洗20min，并滴加盐酸，过滤后氮气吹干得到表面粗糙的基材，磨砂预处理采用钢丝刷，超声清洗的超声频率为80kHz，温度为30℃；滴加盐酸后的pH为6，氮气吹干的温度为90℃，速度为30mL/min；
步骤3，将氯化铵加入乙醚中得到氯化铵-乙醚液；将高取代羟丙基纤维素和氯化钠加入至甲醇中得到胶液；然后将氯化铵-乙醚液均匀涂在基材表面并晾干，最后将胶液喷雾在基材表面形成覆盖，经低温晾干和挤压后得到双膜基材，氯化铵与乙醚的质量比为1:5，胶液中的高取代羟丙基纤维素的浓度为100g/L，氯化钠的浓度为20g/L氯化铵-乙醚液中的氯化铵与胶液中的高取代羟丙基纤维素在双膜中的质量比为1:4，低温晾干的温度为10℃，挤压的压力为0.2MPa；
步骤4，将双膜基材表面缠绕耐高温密封带，并微波加热处理1h，然后超声洗涤得到含渗氮层的基材，微波加热的功率为400W，温度为220℃；超声洗涤采用蒸馏水，超声频率为80kHz，温度为50℃；
步骤5，将上述基材表面磨平、抛光，用酒精清洗，然后进行表面纳米化处理，得到渗氮涂层；表面纳米化是采用摩擦头沿圆形轨迹反复运动3h，然后在500℃下真空热处理3h。
实施例2
本实施例提供的切削锋利的梯形断屑槽31刀具，具体技术方案如下：
切削锋利的断屑槽刀具，包括刀具基体和涂覆在刀具基体上的涂层，刀具基体包括一个直四棱柱型的刀体，刀体包括平行设置的上下两个端面1和四个侧面3，刀体的中心开设有安装孔2，至少一组相对的两个侧面3上开设有平行于端面1的梯形断屑槽31，梯形断屑槽31横贯所在侧面3，梯形断屑槽31的一侧面3顶端与相邻的端面1连接且形成25°夹角，梯形断屑槽31的另一侧面3的倾斜角度为45°（梯形断屑槽的一侧面与所在侧面的夹角为45°），涂层为纳米化渗氮涂层。
具体地，两组相对的侧面3均设有梯形断屑槽31。并且在两组相对的侧面3上的梯形断屑槽31呈中心对称分布（一组梯形断屑槽31的一侧面沿伸至一个端面1，另一组梯形断屑槽31的一侧面沿伸至另一个端面1）。端面1与相邻的侧面3通过圆弧面过渡连接。进而本实施例中的刀具使用过程中无需区分上下端面1，即上下两个方位都可使用。本实施例中，纳米化渗氮涂层的制备方法包括如下步骤：
步骤1，将基材放入蒸馏水中超声清洗30min，取出后放入碱溶液中浸泡30min，取出后清洗烘干得到表面洁净的基材，超声清洗的超声频率为60kHz，温度为50℃；碱溶液为pH为9的氢氧化钠溶液，浸泡温度为20℃；清洗采用蒸馏水，烘干温度为120℃；且烘干在氮气氛围下进行；
步骤2，将基材表面磨砂预处理，然后放入蒸馏水中超声清洗30min，并滴加盐酸，过滤后氮气吹干得到表面粗糙的基材，磨砂预处理采用钢丝刷，超声清洗的超声频率为70kHz，温度为20℃；滴加盐酸后的pH为6，氮气吹干的温度为100℃，速度为10mL/min；
步骤3，将氯化铵加入乙醚中得到氯化铵-乙醚液；将高取代羟丙基纤维素和氯化钠加入至甲醇中得到胶液；然后将氯化铵-乙醚液均匀涂在基材表面并晾干，最后将胶液喷雾在基材表面形成覆盖，经低温晾干和挤压后得到双膜基材，氯化铵与乙醚的质量比为1:5-8，胶液中的高取代羟丙基纤维素的浓度为150g/L，氯化钠的浓度为40g/L氯化铵-乙醚液中的氯化铵与胶液中的高取代羟丙基纤维素在双膜中的质量比为1:7，低温晾干的温度为20℃，挤压的压力为0.4MPa；
步骤4，将双膜基材表面缠绕耐高温密封带，并微波加热处理3h，然后超声洗涤得到含渗氮层的基材，微波加热的功率为200W，温度为200℃；超声洗涤采用蒸馏水，超声频率为50kHz，温度为50℃；
步骤5，将上述基材表面磨平、抛光，用酒精清洗，然后进行表面纳米化处理，得到渗氮涂层；表面纳米化是采用摩擦头沿圆形轨迹反复运动5h，然后在300℃下真空热处理3-5h。
实施例3
本实施例提供的切削锋利的梯形断屑槽31刀具，具体技术方案如下：
切削锋利的断屑槽刀具，包括刀具基体和涂覆在刀具基体上的涂层，刀具基体包括一个直四棱柱型的刀体，刀体包括平行设置的上下两个端面1和四个侧面3，刀体的中心开设有安装孔2，至少一组相对的两个侧面3上开设有平行于端面1的梯形断屑槽31，梯形断屑槽31横贯所在侧面3，梯形断屑槽31的一侧面3顶端与相邻的端面1连接且形成25°夹角，梯形断屑槽31的另一侧面3的倾斜角度为45°（梯形断屑槽的一侧面与所在侧面的夹角为45°），涂层为纳米化渗氮涂层。
具体地，两组相对的侧面3均设有梯形断屑槽31。并且在两组相对的侧面3上的梯形断屑槽31呈中心对称分布（一组梯形断屑槽31的一侧面沿伸至一个端面1，另一组梯形断屑槽31的一侧面沿伸至另一个端面1）。端面1与相邻的侧面3通过圆弧面过渡连接。进而本实施例中的刀具使用过程中无需区分上下端面1，即上下两个方位都可使用。
本实施例中，纳米化渗氮涂层的制备方法包括如下步骤：
步骤1，将基材放入蒸馏水中超声清洗25min，取出后放入碱溶液中浸泡25min，取出后清洗烘干得到表面洁净的基材，超声清洗的超声频率为70kHz，温度为60℃；碱溶液为pH为9.5的氢氧化钠溶液，浸泡温度为30℃；清洗采用蒸馏水，烘干温度为115℃；且烘干在氮气氛围下进行；
步骤2，将基材表面磨砂预处理，然后放入蒸馏水中超声清洗25min，并滴加盐酸，过滤后氮气吹干得到表面粗糙的基材，磨砂预处理采用钢丝刷，超声清洗的超声频率为75kHz，温度为25℃；滴加盐酸后的pH为6，氮气吹干的温度为95℃，速度为20mL/min；
步骤3，将氯化铵加入乙醚中得到氯化铵-乙醚液；将高取代羟丙基纤维素和氯化钠加入至甲醇中得到胶液；然后将氯化铵-乙醚液均匀涂在基材表面并晾干，最后将胶液喷雾在基材表面形成覆盖，经低温晾干和挤压后得到双膜基材，氯化铵与乙醚的质量比为1:6，胶液中的高取代羟丙基纤维素的浓度为120g/L，氯化钠的浓度为30g/L氯化铵-乙醚液中的氯化铵与胶液中的高取代羟丙基纤维素在双膜中的质量比为1:5，低温晾干的温度为15℃，挤压的压力为0.3MPa；
步骤4，将双膜基材表面缠绕耐高温密封带，并微波加热处理2h，然后超声洗涤得到含渗氮层的基材，微波加热的功率为300W，温度为210℃；超声洗涤采用蒸馏水，超声频率为70kHz，温度为40℃；
步骤5，将上述基材表面磨平、抛光，用酒精清洗，然后进行表面纳米化处理，得到渗氮涂层；表面纳米化是采用摩擦头沿圆形轨迹反复运动4h，然后在400℃下真空热处理4h。
综上所述，本发明提供的切削锋利的断屑槽刀具，设有横贯侧面的梯形断屑槽形成两个拐点，并且由于第一个有25°锋利的前角，易于切入金属表面；被分离的金属薄片到达第一个拐点A时会因突然的折弯而产生连续的折叠，相当于增加了排屑的厚度；因为排屑折叠增厚硬度提高，在经过第二拐点B时发生折断成瓦片状，然后顺着冷却液排出。由于排屑的冲击，两个拐角会有一定程度的损耗，本发明对刀片基体进行表面纳米化渗氮涂层处理，通过刀体基材进行渗氮处理，可有效降低刀片基体表面摩擦系数，延长刀片基体使用寿命，降低生产成本，提高产品竞争力，耐磨性要求高、可以承受较大冲击载荷，提高刀刃的润滑性耐热性和提高硬度，纳米化处理一方面提高渗氮层与刀具基体表面的结合性能，另一方面纳米化处理在渗氮层表面形成多孔结构，进而达到耐磨，去应力，耐冲击的作用。
上述仅本发明较佳可行实施例，并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的技术人员，在本发明的实质范围内，所作出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.切削锋利的断屑槽刀具，其特征在于，包括刀具基体和涂覆在所述刀具基体上的涂层，所述刀具基体包括一个直四棱柱型的刀体，所述刀体包括平行设置的上下两个端面和四个侧面，所述刀体的中心开设有安装孔，至少一组相对的两个所述侧面上开设有平行于所述端面的梯形断屑槽，所述梯形断屑横贯所在侧面，所述梯形断屑槽的一侧面沿伸至一个所述端面且与该端面的夹角为25°，所述梯形断屑槽的另一侧面与所在侧面的夹角为45°，所述涂层为纳米化渗氮涂层。
2.根据权利要求1所述的切削锋利的断屑槽刀具，其特征在于，两组相对的所述侧面均设有所述梯形断屑槽。
3.根据权利要求2所述的切削锋利的断屑槽刀具，其特征在于，一组所述梯形断屑槽的一侧面沿伸至一个所述端面，另一组所述梯形断屑槽的一侧面沿伸至另一个所述端面。
4.根据权利要求1所述的切削锋利的断屑槽刀具，其特征在于，所述纳米化渗氮涂层的制备方法包括如下步骤：
S1，将刀具基体经过蒸馏水超声清洗和碱溶液浸泡清洗后，在氮气氛围下进行烘干，获得预处理基材；
S2，将步骤S1中的预处理基材表面磨砂预处理，然后放入蒸馏水中超声清洗，并滴加盐酸，过滤后氮气吹干得到表面粗糙的基材；
S3，将氯化铵-乙醚液均匀涂在步骤S2中的基材表面并晾干，最后将胶液喷雾在基材表面形成覆盖，经低温晾干和挤压后得到双膜基材；所述胶液为高取代羟丙基纤维素和氯化钠的甲醇溶液；
S4，将步骤S3中的表面缠绕耐高温密封带，并微波加热处理，然后超声洗涤得到含渗氮层的基材；
S5，将步骤S4中的含渗氮层的基材面磨平、抛光，用酒精清洗，然后进行表面纳米化处理，得到渗氮涂层。
5.根据权利要求4所述的切削锋利的断屑槽刀具，其特征在于，步骤S1中，超声清洗的时间为20-30min，超声清洗的60-90kHz，温度为50-80℃；碱溶液为pH为9-10的氢氧化钠溶液，浸泡温度为20-40℃；清洗采用蒸馏水，烘干温度为110-120℃。
6.根据权利要求4所述的切削锋利的断屑槽刀具，其特征在于，步骤S2中，超声清洗的时间为20-30min，超声清洗的超声频率为70-80kHz，温度为20-30℃；所述滴加盐酸后的pH为6，氮气吹干的温度为90-100℃，速度为10-30mL/min。
7.根据权利要求4所述的切削锋利的断屑槽刀具，其特征在于，步骤S3中，所述氯化铵与乙醚的质量比为1:5-8，所述胶液中的高取代羟丙基纤维素的浓度为100-150g/L，氯化钠的浓度为20-40g/L所述氯化铵-乙醚液中的氯化铵与胶液中的高取代羟丙基纤维素在双膜中的质量比为1:4-7，低温晾干的温度为10-20℃，挤压的压力为0.2-0.4MPa。
8.根据权利要求4所述的切削锋利的断屑槽刀具，其特征在于，步骤S4中，所述微波加热的功率为200-400W，温度为200-220℃；超声洗涤采用蒸馏水，超声频率为50-80kHz，温度为30-50℃。
9.根据权利要求4所述的切削锋利的断屑槽刀具，其特征在于，步骤S5中，所述表面纳米化是采用摩擦头沿圆形轨迹反复运动3-5h，然后在300-500℃下真空热处理3-5h。
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