CN203578940U - 一种用于加工新型复合材料的pcd铰刀 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及工程技术领域，提供了一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀，其特征在于，包含：刀体的端部固定设有支撑臂；支撑臂，上方开有排屑槽和刀槽；刀片，是由聚晶金刚石制成的，并且被焊接在支撑臂的刀槽里面，与排屑槽相连接。刀片为4片，并且4片刀片之间的夹角分别为102°，78°，82°，98°。刀片还包括：前刀面、2个后刀面、2个切削刃、弧边；并且前刀面是切屑流出的面，后刀面正对已加工表面；前刀面与2个后刀面相交，2个切削刃分别位于前刀面和2个后刀面的交线上，弧边与切削刃和后刀面相连接。本实用新型具有高效、高精度、高寿命，并且加工表面质量好、毛刺少、切削力低的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种加工新型复合材料的机械加工刀具，特别涉及一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀。
背景技术
复合材料是由两种或者两种以上的具备不同特性的材料组合而成,因其具有轻质、高强度、高的抗疲劳强度和抗热强度以及几乎为零的热膨胀系数等优良特性，被广泛应用于航空航天，汽车，高端体育器材等领域。特别是复合材料在飞机制造领域占有越来越重要的地位，其可以明显减轻飞机的重量，提高飞机性能。目前，空中客机A380总量的15%是碳纤维复合材料，而复合材料在美国B787飞机上的用量甚至大于50%。
由于复合材料的基体中含有硬质成分如纤维、晶须、微粒或者织物，所以在加工复合材料的时候刀具必须具有很高的抗磨损能力以及足够的强度。另外复合材料本身具有各向异性，这也导致切削过程中切屑并非通过剪切而是通过折断纤维而形成。总之，切削复合材料与金属切削不一样，其在过程中易产生基体开裂、脱胶、分层、纤维断裂等破坏形式。目前加工复合材料主要有传统加工方式和特种加工方式。传统加工方式主要是用高速钢、硬质合金刀具来对复合材料进行切削加工，其中硬质合金比较适用于加工复合材料，通过加工碳纤维复合材料的钻削加工发现，采用硬质合金钻头加工时候分层少，毛刺以及钻头的磨损相对较少。但是传统加工刀具加工复合材料的质量越来越难以满足要求，特别是尺寸精度的要求，而且由于刀具和工件之间有接触，加工后会产生残余应力。特种加工方式主要包括激光束加工、高压水切割和高压水磨砂切割、电火花加工、超声波加工。相对于传统加工，特种加工方法具有加工质量高，容易监控等优点，但是其加工成本高，且操作复杂程度高。
最近德国实用新型了一种加工碳纤维复合材料的新方法，其主要是采用微波加工技术，这种方法可以最大限度的减少废料和污染的产生，但是在加工的过程中对零件的安放要求比较严格。
因此，工程技术领域急需一种高效、高精度、高寿命，并且加工表面质量好、毛刺少、切削力低的一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀。
实用新型内容
为了克服现有技术铰刀的缺点，本实用新型提供了一种用于加工新型复合材料的PCD 铰刀，技术方案如下：
一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀，其特征在于，包括：
刀体的端部固定设有支撑臂；
支撑臂上方开有排屑槽和刀槽；
刀片，是由聚晶金刚石制成的，并且被焊接在支撑臂的刀槽里面，与排屑槽相连接，还包括：前刀面、2个后刀面、2个切削刃、弧边；并且前刀面是切屑流出的面，后刀面正对已加工表面；前刀面与2个后刀面相交，2个切削刃分别位于前刀面和2个后刀面的交线上，弧边与切削刃和后刀面相连接。
如上所述的一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀，其中，刀片为4片，并且4片刀片之间的夹角分别为102°，78°，82°，98°。
如上所述的一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀，其中，弧边的宽度为0.2-0.5mm。
如上所述的一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀，其中，切削刃高度为1mm，且与刀片的端面成10-15°角度。
如上所述的一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀，其中，刀片厚度为1mm。
如上所述的一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀，其中，排屑槽为直槽，与中心线的夹角为0°。
如上所述的一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀，其中，排屑槽为斜槽，与中心线的夹角为10°-12°。
如上所述的一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀，其中，排屑槽的2个圆周角是90°-105°，另外2个圆周角是60°。
如上所述的一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀，其中，刀体内部具有内冷却孔，1个主冷却孔，4个为侧冷却孔，并且主冷却孔与排屑槽相连接，与侧冷却孔的夹角为20°。
本实用新型的有益效果是：
1.采用聚晶金刚石材质的刀片，提高了锋利度，能够切削难度系数高的加工件。
2.采用聚晶金刚石材质的刀片，切削速度达到12000rpm以上，比硬质合金高2～3倍，从而提高了工作效率。
3.通过具有弧边的刀片的作用，使加工件的表面粗糙度降到0.8以下，边缘毛刺长度减小到10um。
4.在同样的切削参数下，聚晶金刚石刀具的切削寿命是硬质合金刀具寿命的4倍以上，降低了报废率和维修率，从而降低成本。
5.本实用新型进给力平稳，振动小，适用于加工难度大、质量要求高的加工件，从而适用范围更广，具有更加广泛的适用性。
6.排屑槽的角度大，容屑能力大，排屑更加顺畅，适用性强。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本实用新型：
图1是本实用新型一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀的刀槽结构示意图。
图2是本实用新型一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀的结构示意图。
图3是本实用新型一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀的刀片与排屑槽的结构示意图。
图4、图5是本实用新型一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀的刀片的结构示意图。
图6是本实用新型一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀具有主冷却孔和侧冷却孔的的结构示意图。
图7是本实用新型一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀的排屑槽偏离中心线的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型技术实现的措施、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
图1是本实用新型一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀的刀槽结构示意图，图2是本实用新型一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀的结构示意图。一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀，包括：刀体1的端部固定设有支撑臂2；支撑臂2，上方开有斜的排屑槽4和刀槽5；刀片3，是由聚晶金刚石制成的，并且被焊接在支撑臂2的刀槽5里面，与排屑槽4相连接。
图3是本实用新型一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀的刀片与排屑槽的结构示意图，刀片3为4片，并且4片刀片3之间的夹角分别为102°，78°，82°，98°；排屑槽4为直槽，与中心线的夹角为0°；或者排屑槽4为斜槽，与中心线的夹角为10°-12°；排屑槽4的2个圆周角是90°-105°，另外2个圆周角是60°。
图4、图5是本实用新型一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀的刀片的结构示意图。刀片3还包括：前刀面6，2个后刀面7、11，2个切削刃8、10、弧边9；并且前刀面6是切屑流出的面，后刀面7、11正对已加工表面；前刀面6与2个后刀面7、11相交，2个切削刃8、10分别位于前刀面6和2个后刀面7、11的交线上，弧边9与切削刃8和后 刀面7相连接。
弧边9的宽度为0.2-0.5mm。
切削刃8、10的高度为1mm，且与刀片3的端面成10-15°角度。
刀片3厚度为1mm。
刀体1内部具有内冷却孔，1个主冷却孔12，4个为侧冷却孔13，并且主冷却孔12与排屑槽4相连接，与侧冷却孔13的夹角为20°。
下面结合具体实施例，对本实用新型进行具体阐述：
实施例1：
图1是本实用新型一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀的刀槽结构示意图，图2是本实用新型一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀的结构示意图，图3是本实用新型一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀的刀片与排屑槽的结构示意图。刀体1的端部固定设有支撑臂2，4片刀片3焊接在支撑臂2的刀槽5中，且沿中心线为非对称分布结构，4片刀片3都由聚晶金刚石制成，并且相互之间的夹角依次为102°，78°，82°，98°。排屑槽4的一端和刀片3相连，另一端和支撑臂2相连，并且与中心线成0°；刀体1和支撑臂2都采用精密数控磨床进行磨削外圆，圆跳动达到10微米以内。
4片刀片3的厚度相同，都为1mm。如图4和图5所示。刀片3主要包括前刀面6，后刀面7和11，切削刃8和10以及弧边9。刀片3的前角为0°，切削刃8的后角为15°，切削刃10的后角为10°，合理的后角的设置可以提高刀具的寿命。切削刃8和10分别位于前刀面6和后刀面7和11的交线上。PCD刀片3采用高频焊机焊接在刀槽5中，使用红外测温设备构成的闭环温度控制系统来控制温度范围为450～550℃，焊接完毕保温20分钟，保温时间如果太短，低于10分钟，会出现PCD刀片的断裂，保温时间过长直接影响加工生产效率。最后通过慢走丝切割机对PCD刀片线切割以达到要求。粗加工参数为脉冲电压180v，脉冲电流37A，磨削深度≤1mm。精加工参数：脉冲电压160V，脉冲电流6A，磨削深度≤0.05mm。
图3是本实用新型一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀的刀片与排屑槽的结构示意图。排屑槽4为直槽，与中心线成0°；圆周角为90°和60°，排屑槽4的角度不能开的太大和太小，太大会消弱铰刀的刚性，太小会影响铰刀的排屑性能。本实用新型铰刀由于直径较小，所以其中两个排屑槽的角度为60°，生产中可以根据排屑实际情况调整圆周角的大小以保证排屑的顺畅。由于刀槽5与排屑槽4相连，且刀片3的前刀面6通过圆心，故在切削的时候刀体1前角和刀片3的前角都为0°。
本实用新型，切削速度在12000rpm以上，进给速度可以达到3800mm/min，粗糙度为0.8以下，而且与硬质合金相比切削力更小，在切削速度为6000rpm，进给速度为1000毫米/分的情况下，本实用新型切削时的x方向的切削力最大为26N，远远低于其他形式铰刀的力。
实施例2：
图6是本实用新型一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀具有主冷却孔和侧冷却孔的的结构示意图。在实施例1的基础上，在刀体1的内部开有主冷却孔12和四个侧冷却孔13。刀具在铣削的时候高压冷却液经过机床的主轴、刀柄和内冷却孔对刀片进行冷却。主冷却孔12与排屑槽4相连，侧冷却孔13与主冷却孔12成20°角。内冷却孔的直径主要由切削需要多大的流量和冷却液的速度确定，采用电火花打孔机在中心打出主冷孔12及四个分别与主冷孔12夹角为20°的侧冷孔13。电火花打孔机在刀具加工过程中为耗时最多的工序，必须通过加工参数的调整来实现加工效率的提高。
实施例3：
图7是本实用新型一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀的排屑槽偏离中心线的结构示意图。在实施例1、2的基础上，排屑槽4为直槽，并且与中心线平行，但是为了保证刀具的前角，采用刀槽偏离中心面一段距离14来实现，即刀片的前刀面6不通过圆心，；或者采用具有倾斜角度为10°-12°的排屑槽。
本实用新型采用聚晶金刚石材质的刀片3，提高了锋利度，能够切削难度系数高的加工件。
本实用新型采用聚晶金刚石材质的刀片3，切削速度达到12000rpm以上，比硬质合金高2～3倍，从而提高了工作效率。
本实用新型通过具有弧边的刀片3的作用，使加工件的表面粗糙度降到0.8以下，边缘毛刺长度减小到10um。
在同样的切削参数下，聚晶金刚石刀具的切削寿命是硬质合金刀具寿命的4倍以上，降低了报废率和维修率，从而降低成本。
本实用新型进给力平稳，振动小，适用于加工难度大、质量要求高的加工件，从而适用范围更广，具有更加广泛的适用性。
本实用新型排屑槽4的角度大，容屑能力大，排屑更加顺畅，适用性强。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只 是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (9)
1.一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀，其特征在于，包括：
刀体的端部固定设有支撑臂；
该支撑臂上方开有排屑槽和刀槽；
刀片，是由聚晶金刚石制成的，并且被焊接在该支撑臂的刀槽里面，与该排屑槽相连接，还包括：前刀面、2个后刀面、2个切削刃、弧边；并且前刀面是切屑流出的面，后刀面正对已加工表面；前刀面与2个后刀面相交，2个切削刃分别位于前刀面和2个后刀面的交线上，弧边与切削刃和后刀面相连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀，其中，该刀片为4片，并且该4片刀片之间的夹角分别为102°，78°，82°，98°。
3.根据权利要求1的一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀，其中，该弧边的宽度为0.2-0.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀，其中，该切削刃高度为1mm，且与刀片的端面成10-15°角度。
5.根据权利要求1所述的一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀，其中，该刀片厚度为1mm。
6.根据权利要求1所述的一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀，其中，该排屑槽为直槽，与中心线的夹角为0°。
7.根据权利要求1所述的一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀，其中，该排屑槽为斜槽，与中心线的夹角为10°-12°。
8.根据权利要求1所述的一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀，其中，该排屑槽的2个圆周角是90°-105°，另外2个圆周角是60°。
9.根据权利要求1所述的一种用于加工新型复合材料的PCD铰刀，其中，该刀体内部具有内冷却孔，1个主冷却孔，4个为侧冷却孔，并且该主冷却孔与该排屑槽相连接，与该侧冷却孔的夹角为20°。
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