CN118143332A - 一种具有仿生鱼尾鳍形微织构的螺旋铣孔曲面锥形刀具 - Google Patents

一种具有仿生鱼尾鳍形微织构的螺旋铣孔曲面锥形刀具 Download PDF

Info

Publication number
CN118143332A
CN118143332A CN202410354035.9A CN202410354035A CN118143332A CN 118143332 A CN118143332 A CN 118143332A CN 202410354035 A CN202410354035 A CN 202410354035A CN 118143332 A CN118143332 A CN 118143332A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cutter
texture
micro
fin
fish tail
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202410354035.9A
Other languages
English (en)
Inventor
周兰
吴言华
安国升
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lanzhou University of Technology
Original Assignee
Lanzhou University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lanzhou University of Technology filed Critical Lanzhou University of Technology
Priority to CN202410354035.9A priority Critical patent/CN118143332A/zh
Publication of CN118143332A publication Critical patent/CN118143332A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Milling Processes (AREA)

Abstract

本发明公开一种具有仿生鱼尾鳍形微织构的螺旋铣孔曲面锥形刀具,涉及螺旋铣孔专用刀具技术领域,包括刀杆;刀杆的一端与颈部的一端相连接,颈部的另一端设置有端刃,颈部的另一端的侧部设置有侧刃,颈部的另一端上位于相邻的侧刃之间设置有排屑槽;端刃的刀齿均包括前刀面,前刀面与第一后刀面的连接处为切削刃,第二后刀面设置于第一后刀面远离前刀面的一侧;第一后刀面上设置有盾鳞形微织构,可以减小刀屑之间的摩擦面积,减小摩擦力,降低螺旋铣孔温度,同时可以提高排屑能力,进而提高表面加工质量;第二后刀面上设置有鳍条形微织构,可减小空气阻力,可提高平稳性,减小刀具与工件之间的接触面积,减小摩擦,还可以提升散热效果。

Description

一种具有仿生鱼尾鳍形微织构的螺旋铣孔曲面锥形刀具
技术领域
本发明涉及螺旋铣孔专用刀具技术领域,特别是涉及一种具有仿生鱼尾鳍形微织构的螺旋铣孔曲面锥形刀具。
背景技术
碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)具有密度低、比模量高、比强度高、抗腐蚀与耐高温等优良性能,常作为结构或装配零件应用于航空航天等领域。但碳纤维增强复合材料作为难加工材料,在钻孔过程中,存在毛刺、撕裂与分层等加工缺陷。作为一种新型的孔加工技术,螺旋铣孔是通过刀具在绕刀轴自转的同时围绕孔轴线公转运动实现的。与传统钻孔相比,螺旋铣孔技术具有切削力小、加工质量好、制孔效率高、生产成本低等优点。
在螺旋铣孔过程中,温度上升、刀具与工件之间剧烈摩擦,会导致刀具磨损,影响刀具寿命,同时降低加工表面质量。而具有微织构的刀具可以减小刀具与工件之间的摩擦力以及降低螺旋铣孔温度,延长刀具寿命和提高加工质量。
如申请公布号为CN116100052A的专利文献公开了一种仿生燕尾形微织构刀具及其制备方法,属于金属切削刀具技术领域。该制备方法基于硬质合金刀具基体,结合燕尾结构的降低摩擦阻力加快气液流动的结构优点,在此基础上通过加工仿生燕尾形槽型和表面织构,制备相应功能刀具。所设计的刀具槽型用于排出切屑和存储输送切削液;表面织构用于减少切削加工时切屑与刀具间的摩擦力和促进切屑的排出,从而减小切削力提高刀具寿命和加工效率。相比于现有技术,本发明基于仿生原理,将刀具槽型与表面织构相结合,设计和制备一种功能刀具,达到了提高刀具耐热耐磨能力、延长刀具寿命、降低生产加工成本、实现绿色加工的功能要求,满足了生产加工需要。但该刀具的凹槽和直槽数量较少,散热和排屑效果不明显,不能满足现阶段高精度加工的需求。
如申请公布号为CN114535677A公开了一种带表面微织构的变螺旋不等齿距立铣刀,其技术方案要点是:包括刀柄部与铣削刀头,铣削刀头上设置有多个铣削刃,包括四个周铣削刃和四个底铣削刃,其中在铣刀圆柱面的周铣削刃采用变螺旋结构,相邻两底铣削刃之间采用变齿距结构,各铣削刃之间设置有排屑槽,在立铣刀端面上有扇形排列的多排圆形微织构。该铣刀内部设有多条冷却通道,冷却通道的上端与进液孔相连通,铣削刀头的底部设置有与冷却通道相连通的出口,在出口内部固定设置有过滤网。本发明可以有效减小铣削过程中的刀具振动,增强冷却液的润滑效果,减小刀具与工件之间的摩擦,降低加工过程中的铣削力,防止加工过程中产生的颗粒状杂质堵住冷却孔,延长刀具寿命。但该刀具的圆形微织构结构简单,减小摩擦和提高表面质量的效果不明显。
如申请公布号为CN113798802A公开了一种斜向厚度复合涂层仿生刀具设计方法,刀具基体材料为硬质合金或高速钢,其具体特征为:在刀具与切屑接触表面设计一种仿生鲨鱼皮盾鳞微织构,在切削刃设计微凹槽的仿生微织构,在基体与微织构表面采用物理气相沉积PVD(PhysicalVaporDeposition)与化学气相沉积CVD(Chemical VaporDeposition)相结合的方法沉积斜向不同厚度的复合涂层,设计出全新的斜向厚度复合涂层微织构刀具;鲨鱼皮微织构设计可以起到减摩减阻和超疏水的效果,斜向厚度复合涂层可以有效阻止刀具裂纹的扩展;该设计可以使切削液进入刀屑接触区,减小切削过程中刀具与切屑之间的摩擦和粘结,可以提高刀具减摩润滑及耐摩擦磨损性能,能够显著提高涂层刀具的切削性能,减少裂纹扩展,提高刀具使用寿命。但该刀具针对的是涂层微织构刀具,不适用于非涂层刀具。
发明内容
为解决以上技术问题,本发明提供一种具有仿生鱼尾鳍形微织构的碳纤维复合材料螺旋铣孔曲面锥形刀具,减小螺旋铣孔过程中的刀具振动,提高散热能力,降低刀具与工件之间的摩擦力,进而提高螺旋铣孔过程中的加工精度和工件表面质量。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
本发明提供一种具有仿生鱼尾鳍形微织构的螺旋铣孔曲面锥形刀具,包括端刃、侧刃、排屑槽、颈部和刀杆;所述刀杆的一端与所述颈部的一端相连接,所述颈部的另一端设置有所述端刃,所述颈部的另一端的侧部设置有所述侧刃,所述颈部的另一端上位于相邻的所述侧刃之间设置有所述排屑槽;所述端刃包括多个刀齿,每个所述刀齿均包括前刀面、第一后刀面和第二后刀面;所述前刀面与所述第一后刀面的连接处为切削刃,所述第二后刀面设置于所述第一后刀面远离所述前刀面的一侧;所述第一后刀面上设置有多个盾鳞形微织构;所述第二后刀面上设置有多个鳍条形微织构。
可选的,所述盾鳞形微织构包括上表面、下表面和底面;所述下表面和所述底面均位于所述上表面的下方;所述上表面为曲面,所述上表面的一端为半圆形结构,所述上表面的另一端的两侧沿圆弧向内收缩成尖端结构;所述上表面上设置有两条脊,所述两条脊在所述上表面上对称设置;所述下表面和所述底面均为曲面,所述底面的形状与所述上表面的一端的半圆形结构相同,所述下表面的形状与所述上表面的另一端的尖端结构相同;所述底面用于与所述第一后刀面相连接。
可选的,所述两条脊之间形成V型槽。
可选的,所述脊的高度为20μm,所述V型槽的深度为15μm,所述V型槽的角度为120°。
可选的,所述第一后刀面上的多个所述盾鳞形微织构等间距设置,或所述第一后刀面上的多个所述盾鳞形微织构从所述前刀面到所述第二后刀面间距依次递增。
可选的,所述鳍条形微织构包括多个并列设置的鳍条,所述鳍条为所述第二后刀面上凸起的条状结构。
可选的,所述鳍条为矩形结构。
可选的,所述鳍条的高度为20μm,所述鳍条的宽度为60μm。
可选的,所述鳍条形微织构与所述第一后刀面和所述第二后刀面之间的交线之间的夹角为60°~90°。
可选的,所述上表面与所述第一后刀面形成的锐角夹角为45°~53°;所述下表面与所述第一后刀面形成的锐角夹角为35°~43°。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果:
本发明中的具有仿生鱼尾鳍形微织构的碳纤维复合材料螺旋铣孔曲面锥形刀具,第一后刀面的盾鳞形微织构可以减小刀屑之间的摩擦面积,减小摩擦力,降低螺旋铣孔温度,同时可以提高排屑能力,进而提高表面加工质量;第二后刀面的仿生鱼尾鳍结构,可以使后刀面在振动时像鱼尾一样摆动,减小空气阻力,有利于提高螺旋铣孔过程的平稳性,可以减小刀具与工件之间的接触面积,减小摩擦,还可以提升散热效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是微织构刀具正视图;
图2是微织构刀具俯视图;
图3是第一种实施例中后刀面仿生鱼尾鳍形微织构示意图;
图4是第二种实施例中后刀面仿生鱼尾鳍形微织构示意图
图5是第一后刀面盾鳞形微织构示意图;
图6是第一后刀面盾鳞形微织构底面示意图;
图7是第二后刀面鳍条形微织构示意图。
附图标记说明:1、端刃;2、侧刃;3、排屑槽;4、颈部;5、刀杆;6、第一后刀面;7、第二后刀面;8、切削刃;9、盾鳞形微织构;10、鳍条形微织构;11、ad线;12、ab线;13、前刀面;14、bc线;15、第一后刀面与第二后刀面交线;16、上表面;17、脊;18、V型槽;19、底面;20、下表面;21、鳍条侧壁;22、鳍条底面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例一:
如图1至3以及图5至7所示,本实施例提供一种具有仿生鱼尾鳍形微织构的螺旋铣孔曲面锥形刀具,包括端刃1、侧刃2、排屑槽3、颈部4和刀杆5;刀杆5的一端与颈部4的一端相连接,颈部4的另一端设置有端刃1,颈部4的另一端的侧部设置有侧刃2,颈部4的另一端上位于相邻的侧刃2之间设置有排屑槽3;端刃1包括多个刀齿,每个刀齿均包括前刀面13、第一后刀面6和第二后刀面7;前刀面13与第一后刀面6的连接处为切削刃8,第二后刀面7设置于第一后刀面6远离前刀面13的一侧;第一后刀面6上设置有多个盾鳞形微织构9;第二后刀面7上设置有多个鳍条形微织构10。
于本具体实施例中,切削刃8的长度为1000μm,切削刃8到第一后刀面与第二后刀面交线15的距离为480μm。
如图3所示,曲面区域的ab线12与切削刃8相距20μm,长度为1000μm。ad线11和bc线14垂直于ab线12且和第一后刀面与第二后刀面交线15相交。
图5和图6所示,盾鳞形微织构9包括上表面16、下表面20和底面19;下表面20和底面19均位于上表面16的下方;上表面16为曲面,上表面16的一端为半圆形结构,上表面16的另一端的两侧沿圆弧向内收缩成尖端结构;上表面16上设置有两条脊17,两条脊17在上表面16上对称设置;下表面20和底面19均为曲面,底面19的形状与上表面16的一端的半圆形结构相同,下表面20的形状与上表面16的另一端的尖端结构相同;底面19用于与第一后刀面6相连接。于本具体实施例中,上表面16由一个大圆弧和两个小圆弧构成,其中大圆弧是半径50μm的圆的半圆弧,两个小圆弧是半径为50μm的圆的四分之一圆弧。脊17的高度为20μm,V型槽18深度为15μm,V型槽18的角度为120°。下表面20上的两个圆弧是半径为50μm的圆的四分之一圆弧。底面19上的圆弧是半径为50μm的圆的半圆弧。上表面16与第一后刀面6形成的锐角夹角为45°~53°,本具体实施例中,夹角为50°。下表面20与第一后刀面6形成的锐角夹角为35°~43°,本具体实施例中,夹角为40°。
第一后刀面6上的多个盾鳞形微织构9等间距设置。本具体实施例中,沿x轴排列的盾鳞形微织构9之间的间距为100μm。
如图3所示,沿y轴方向排列的盾鳞形微织构9之间的间距相等,间距大小是切削刃8到第一后刀面与第二后刀面交线15距离的八分之一,即60μm。
图7所示,鳍条形微织构10包括多个并列设置的鳍条,鳍条为第二后刀面7上凸起的条状结构。于本具体实施例中,鳍条为矩形结构;鳍条形微织构10包括鳍条侧壁21和鳍条底面22,鳍条的高度为20μm,鳍条的宽度为60μm。
鳍条形微织构10沿第一后刀面与第二后刀面交线15排列,鳍条形微织构10之间的间距是切削刃8的十分之二,即200μm。
鳍条形微织构10与第一后刀面6和第二后刀面7之间的交线之间的夹角为60°~90°,本具体实施例中,该夹角为70°,于其他具体实施例中,该夹角也可以采用65°或73°或80°或87°。
实施例二:
如图4所示,本实施例是在实施例一的基础上改进的实施例,本实施例中,第一后刀面6上的多个盾鳞形微织构9从前刀面13到第二后刀面7间距依次递增,沿y轴方向排列的盾鳞形微织构9之间的初始间距为60μm,随后的间距沿y轴方向依次增加15μm。
需要说明的是,对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内,不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种具有仿生鱼尾鳍形微织构的螺旋铣孔曲面锥形刀具,其特征在于,包括端刃、侧刃、排屑槽、颈部和刀杆;所述刀杆的一端与所述颈部的一端相连接,所述颈部的另一端设置有所述端刃,所述颈部的另一端的侧部设置有所述侧刃,所述颈部的另一端上位于相邻的所述侧刃之间设置有所述排屑槽;
所述端刃包括多个刀齿,每个所述刀齿均包括前刀面、第一后刀面和第二后刀面;所述前刀面与所述第一后刀面的连接处为切削刃,所述第二后刀面设置于所述第一后刀面远离所述前刀面的一侧;
所述第一后刀面上设置有多个盾鳞形微织构;所述第二后刀面上设置有多个鳍条形微织构。
2.根据权利要求1所述的具有仿生鱼尾鳍形微织构的螺旋铣孔曲面锥形刀具,其特征在于,所述盾鳞形微织构包括上表面、下表面和底面;所述下表面和所述底面均位于所述上表面的下方;
所述上表面为曲面,所述上表面的一端为半圆形结构,所述上表面的另一端的两侧沿圆弧向内收缩成尖端结构;所述上表面上设置有两条脊,所述两条脊在所述上表面上对称设置;
所述下表面和所述底面均为曲面,所述底面的形状与所述上表面的一端的半圆形结构相同,所述下表面的形状与所述上表面的另一端的尖端结构相同;
所述底面用于与所述第一后刀面相连接。
3.根据权利要求2所述的具有仿生鱼尾鳍形微织构的螺旋铣孔曲面锥形刀具,其特征在于,所述两条脊之间形成V型槽。
4.根据权利要求3所述的具有仿生鱼尾鳍形微织构的螺旋铣孔曲面锥形刀具,其特征在于,所述脊的高度为20μm,所述V型槽的深度为15μm,所述V型槽的角度为120°。
5.根据权利要求1所述的具有仿生鱼尾鳍形微织构的螺旋铣孔曲面锥形刀具,其特征在于,所述第一后刀面上的多个所述盾鳞形微织构等间距设置,或所述第一后刀面上的多个所述盾鳞形微织构从所述前刀面到所述第二后刀面间距依次递增。
6.根据权利要求1所述的具有仿生鱼尾鳍形微织构的螺旋铣孔曲面锥形刀具,其特征在于,所述鳍条形微织构包括多个并列设置的鳍条,所述鳍条为所述第二后刀面上凸起的条状结构。
7.根据权利要求6所述的具有仿生鱼尾鳍形微织构的螺旋铣孔曲面锥形刀具,其特征在于,所述鳍条为矩形结构。
8.根据权利要求6所述的具有仿生鱼尾鳍形微织构的螺旋铣孔曲面锥形刀具,其特征在于,所述鳍条的高度为20μm,所述鳍条的宽度为60μm。
9.根据权利要求6所述的具有仿生鱼尾鳍形微织构的螺旋铣孔曲面锥形刀具,其特征在于,所述鳍条形微织构与所述第一后刀面和所述第二后刀面之间的交线之间的夹角为60°~90°。
10.根据权利要求1所述的具有仿生鱼尾鳍形微织构的螺旋铣孔曲面锥形刀具,其特征在于,所述上表面与所述第一后刀面形成的锐角夹角为45°~53°;所述下表面与所述第一后刀面形成的锐角夹角为35°~43°。
CN202410354035.9A 2024-03-26 2024-03-26 一种具有仿生鱼尾鳍形微织构的螺旋铣孔曲面锥形刀具 Pending CN118143332A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410354035.9A CN118143332A (zh) 2024-03-26 2024-03-26 一种具有仿生鱼尾鳍形微织构的螺旋铣孔曲面锥形刀具

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410354035.9A CN118143332A (zh) 2024-03-26 2024-03-26 一种具有仿生鱼尾鳍形微织构的螺旋铣孔曲面锥形刀具

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN118143332A true CN118143332A (zh) 2024-06-07

Family

ID=91288485

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202410354035.9A Pending CN118143332A (zh) 2024-03-26 2024-03-26 一种具有仿生鱼尾鳍形微织构的螺旋铣孔曲面锥形刀具

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN118143332A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104999118B (zh) 一种用于碳纤维复合材料制孔的高效专用钻头
WO2019047557A1 (zh) 微齿排布可设计的碳纤维复合材料专用带端刃立铣刀
WO2010137429A1 (ja) 超硬合金製エンドミル及び該エンドミルを用いた切削加工方法
WO2011122457A1 (ja) エンドミル
US20110033251A1 (en) Rotary cutting tool with reverse chipbreaker pattern
JPH08507724A (ja) エンドミル
US10343225B2 (en) Monolithic ceramic end mill cutter set having a helix angle in the interval of 28° to 43°
CN112976357A (zh) 一种用于纤维增强陶瓷基复合材料的铣刀及其制造方法
CN211248471U (zh) 一种高效复合制孔的刀具
CN101767228A (zh) 聚晶金刚石螺纹成型刀具
CN114535677A (zh) 一种带表面微织构的变螺旋不等齿距立铣刀
CN215090921U (zh) 一种用于弱刚性构件叠层材料型面铣削的刀具
WO2021197215A1 (zh) 坯体以及具有螺旋状超硬材料前刀面的切削工具
CN118143332A (zh) 一种具有仿生鱼尾鳍形微织构的螺旋铣孔曲面锥形刀具
CN214557910U (zh) 一种组合式圆锯片
CN214053814U (zh) 一种立式安装刀片的螺旋铣削刀具
JP5302943B2 (ja) ラジアスエンドミル
CN216028323U (zh) 一种玻纤复合铣刀
CN114951782A (zh) 一种用于加工复合材料的铣刀
CN109551015A (zh) 一种用于加工复合材料的高效硬质组合钻头
JP7417707B2 (ja) エンドミル及び切削加工物の製造方法
CN211387180U (zh) 一种高效不等分多刃扩铰刀
JP5302941B2 (ja) ラフィングボールエンドミル
CN208513790U (zh) 一种齿条铣刀
CN110860723B (zh) 一种用于孔加工的切削刀片

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination