CN211889172U - 一种氧化锆陶瓷平头立铣刀 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种氧化锆陶瓷平头立铣刀，由氧化锆陶瓷磨削制成，包括由右至左依次连接的导向部、用于刀具与刀柄安装的柄部、避空和切削刃部，切削刃部包括若干螺旋后刀面和螺旋刀刃，相互之间通过螺旋槽连接，切削刃部端部且与螺旋刀刃位置对应处设有端刃，端刃处设有0°凹角的修光刃，平头立铣刀的周刃前角为2～6°，周刃后角为10～20°的圆弧后角，芯厚比例为刃径的80％。本实用新型提供的氧化锆陶瓷平头立铣刀，小前角、大芯厚，设有修光刃，氧化锆陶瓷具有更低的化学亲和力，在高速加工石墨材料时，氧化锆陶瓷平头立铣刀更难发生氧化和扩散磨损，刃口锋利光滑，刀具寿命更高，可以保证产品的加工精度。

Description

一种氧化锆陶瓷平头立铣刀

技术领域

本实用新型属于数控铣刀技术领域，具体涉及一种氧化锆陶瓷平头立铣刀。

背景技术

随着核能源行业的快速发展，高性能、耐高温的材料需求量增大，由于核反应堆内部的温度很高，可高达900℃左右，这对核反应堆内炉腔材料本身的耐高温性能要求很高，石墨凭借其耐高温、硬度高、导电性好、耐辐射、耐腐蚀、导热性能好、成本低、可加工性等特点，成为核电炉内胆的首选材料。石墨的熔点为3850±50℃,即使经超高温电弧灼烧，其重量损失很小，热膨胀系数也很小。石墨强度随温度提高而加强，在2000℃时，石墨强度提高一倍。石墨导热系数随温度升高而降低，甚至在极高的温度下，石墨变成绝热体。因此，采用石墨材料制作核电炉内胆，极大减小了内胆变形，阻隔了温度的传递。

但由于石墨材料的耐高温性能和导热系数变化的特点，在高温下具有很高的强度，同时随着温度的升高，导热系数变差，导致常规机械加工铣削刀具切削时，加工区域温度高，硬度高、散热差，刀具磨损快、精度差、寿命低、效率低，制造成本提高。

对于石墨内胆的铣削加工工艺，目前主要采用硬质合金及硬质合金加金刚石涂层平头立铣刀来加工，如图1-3所示，现有的立铣刀的周刃前角6～12°，周刃后角为15～25°的直后角，端刃7处设有凹角，且无修光刃，芯厚为刃径的50％，切削端刃强度低，刀具刃口强度低，刚性差，容易崩刃，加工寿命短，刀具更换频率高，一次换刀不能加工完一个零件，需要进行多工序加工才能完成，远远不能满足加工要求，极大的降低了生产效率，并且零件加工的精度不高，工件加工表面粗糙，切削声音大，机床和工件损伤大，生产成本高。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种氧化锆陶瓷平头立铣刀。

为实现上述目的，达到上述技术效果，本实用新型采用的技术方案为：

一种氧化锆陶瓷平头立铣刀，由氧化锆陶瓷磨削制成，包括由右至左依次连接的用于安装导向的导向部、用于刀具与刀柄安装的圆柱形柄部、避空和切削刃部，切削刃部为平头立铣刀切削刃，为和工件直接接触的部分，避空用于切削刃过渡，切削刃部包括周向螺旋形排布的若干螺旋后刀面、螺旋刀刃和螺旋槽，螺旋刀刃通过螺旋后刀面和螺旋槽形成，相互之间通过螺旋槽连接，通过螺旋后刀面形成周刃后角，周刃后角为10～20°的圆弧后角，通过螺旋槽形成周刃前角，周刃前角为2～6°，相比现有技术明显减小，切削刃部端部且与螺旋刀刃位置对应处设有端刃，端刃处设有0°凹角的修光刃，端刃与螺旋刀刃相交形成刀尖，平头立铣刀大芯厚，芯厚为刃径的80％，刚性好，加工石墨表面质量好，采用流体抛光工艺，有效去除刃口毛刺，可以防止加工零件塌边。

进一步的，所述平头立铣刀的刃径为2～20mm且刃部长度为刃径的1～4倍，平头立铣刀刀具螺旋角为20～55°，可提高平头立铣刀在高速切削加工石墨时的强度，提高刀具寿命。

进一步的，所述螺旋刀刃设有1～8根，螺旋槽设有1～8个。

进一步的，所述螺旋槽为圆弧型，螺旋槽磨削时，达到镜面效果，槽抛光后可减少切削时的摩擦，减小切削温度；精抛光刀具刃口，采用D10精密磨削砂轮，并在线修正砂轮，保证刃口达到镜面效果。

进一步的，所述端刃角度为174～177°。

进一步的，所述平头立铣刀0°凹角的修光刃长度1～3mm，宽度0.1～1mm。

进一步的，所述刀尖角度45°，刀尖大小0.05～0.2mm。

进一步的，所述端刃Gash底部为R圆弧过渡，形状为U形，Gash前角为0～10°。

进一步的，所述端刃主长刃刀刃之间的距离(B值)为0.05～0.3mm，端刃Gash到中心的距离(C值)为-0.3～0mm。

进一步的，所述端刃刃口和螺旋刀刃刃口分别采用圆形状刃口，圆形半径R为0.001～ 0.02mm。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1、氧化锆陶瓷有很高的红硬性，即使在1200℃时，硬度仍达HRA80，并且颗粒度很细，大大提高了本实用新型刀具的耐磨性；

2、氧化锆陶瓷密度为6g/cm³，仅为硬质合金的1/2，使得氧化锆陶瓷平头立铣刀可以满足高速加工需求；

3、氧化锆陶瓷硬度高，不需要涂层，节约了大量的加工成本和原料；

4、氧化锆陶瓷摩擦系数低，可达到0.1，加工表面粗糙度可达到Ra0.05；

5、氧化锆陶瓷具有极低的化学亲和力，抗黏结、扩散、氧化磨损，磨削后的刃口锋利光滑，可以保证产品的加工精度；

6、氧化锆陶瓷平头立铣刀可修磨，解决了现有技术中由于有金刚石涂层刀具不能修磨而造成的生产制造成本增加的难题。

附图说明

图1为现有技术的立铣刀的结构示意图；

图2为现有技术的立铣刀芯厚的局部示意图；

图3为现有技术的立铣刀的周刃前后角的局部示意图；

图4为本实用新型的整体结构示意图；

图5为本实用新型的左视图；

图6为本实用新型图5中Ⅰ的局部截图；

图7为本实用新型的端刃的局部截图；

图8为本实用新型的修光刃的局部截图；

其中，1-导向部；2-柄部；3-避空；4-切削刃部；5-螺旋后刀面；6-螺旋刀刃；7-螺旋槽；8-端刃；9-修光刃；10-刀尖。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图4-8所示，一种氧化锆陶瓷平头立铣刀，由氧化锆陶瓷磨削制成，采用陶瓷结合剂金刚石砂轮进行精密磨削，材料硬脆，韧性低，磨削进给速度20～30mm/min，保证刃口的光滑无崩口，平头立铣刀包括由右至左依次连接的用于安装导向的导向部1、用于刀具与刀柄安装的柄部2、避空3和切削刃部4，避空3用于切削刃过渡，切削刃部4为平头立铣刀切削刃，与工件接触，切削刃部4包括周向螺旋形排布的若干螺旋后刀面5、螺旋刀刃6和螺旋槽7，螺旋刀刃6通过螺旋后刀面5和螺旋槽7形成，相互之间通过螺旋槽7连接，通过螺旋后刀面5形成周刃后角，周刃后角为10～20°的圆弧后角，通过螺旋槽7形成周刃前角，周刃前角为2～6°，切削刃部4端部(顶端)且与螺旋刀刃6位置对应处设有端刃8，端刃8处设有0°凹角的修光刃9，修光刃9长度1～3mm，宽度0.1～1mm，可以使被加工的表面质量大大提高，达到Ra0.05以上，端刃8与螺旋刀刃6相交形成刀尖 10，刀尖10角度45°，刀尖大小0.05～0.2mm，平头立铣刀采用小前角、大芯厚，芯厚比例为刃径的80％，切削时，刃口强度高，不容易崩刃，刀具寿命长，平头立铣刀的刃径 dc为2～20mm且刃部长度lc为刃径dc的1～4倍，螺旋角为20～55°。

螺旋刀刃6设有1～8根，螺旋槽7设有1～8个，螺旋槽7为圆弧型，螺旋槽7磨削时，达到镜面效果。

端刃8角度为174～177°，端刃8Gash底部为圆弧过渡，形状为U形，Gash前角r5 为0～10°，端刃8的主长刃刀刃之间的距离(B值)为0.05～0.3mm，端刃8的Gash到中心的距离(C值)为-0.3～0mm，端刃8刃口和螺旋刀刃6刃口分别采用圆形状刃口，圆形半径R为0.001～0.02mm。

实施例1

如图4-8所示，一种氧化锆陶瓷平头立铣刀，由氧化锆陶瓷磨削制成，包括由右至左依次连接的用于安装导向的导向部1、用于刀具与刀柄安装的柄部2、避空3和切削刃部4，平头立铣刀为4刃，螺旋刀刃6有4根，避空3用于切削刃过渡，切削刃部4为平头立铣刀切削刃，与工件接触，切削刃部4包括周向螺旋形排布的若干螺旋后刀面5、螺旋刀刃 6和螺旋槽7，螺旋刀刃6通过螺旋后刀面5和螺旋槽7形成，相互之间通过螺旋槽7连接，通过螺旋后刀面5形成周刃后角，通过螺旋槽7形成周刃前角，切削刃部4端部(顶端)且与螺旋刀刃6位置对应处设有端刃8，端刃8处设有0°凹角的修光刃9，端刃8与螺旋刀刃6相交形成刀尖10。

本实用新型针对性设计了刀具前角、后角、端面修光刃9、芯厚、B值、C值、Gash 角，具体的，周刃前角记为r1，周刃后角记为r2，端刃后角a记为r3，取值范围为16～23°，端刃后角b记为r4，取值范围为5～10°，Gash前角记为r5，取值范围为0～10°，端刃8 宽度记为d1，取值范围为0.01-1mm，本实用新型的平头立铣刀的刃径dc为2～20mm且刃部长度lc为刃径dc的1～4倍，从而可以提高平头立铣刀在高速切削加工石墨时的强度，提高刀具寿命，平头立铣刀的周刃前角r1为2～6°，周刃后角r2为10～20°的圆弧后角，精度提高，采用大芯厚，芯厚(h)为刃径dc的80％，刀具螺旋角为20～55°，刚性好，加工石墨表面质量好，保证了刃口的锋利度和强度的完美统一，精度提高了30％，刀具寿命提高了20％。

图5为螺旋刀刃6上的螺旋后刀面5的结构，刀具后刀面支持强度高，间隙大，加工寿命长；如图6和图8所示，0°凹角的修光刃9的长度是1～3mm，宽度0.1～1mm，防止刀尖10直接接触工件，保护了刀尖10的刃口，本实用新型设计了0°凹角的修光刃9，使端面接触刃口由点变成线，增加了和工件表面的摩擦挤压面积，加工表面更光滑平整，更耐磨；如图7所示，本实用新型的平头立铣刀大芯厚，刀具去除材料少，刚性更好，加工时不会振动和变形，工件表面质量好；如图8所示，平头立铣刀端刃8刃口和螺旋刀刃 6刃口采用了圆形状刃口(R圆角)设计，圆形半径R为0.001～0.02mm，刃口由线变圆弧状，将刀具刃口的强度大大加强，刃口表面更光滑，加工摩擦系数更小，切削温度低。

如表1所示，与现有硬质合金材料的属性相比，本实用新型的氧化锆陶瓷摩擦系数仅有硬质合金的1/4～1/5，可以减小氧化锆陶瓷平头立铣刀切削时与工件的摩擦，降低切削区域的温度，保持刀具本身的红硬性，降低刀具刃口的磨损，提高刀具加工寿命。另外，在密度方面，氧化锆陶瓷只有硬质合金的1/2，高速切削时的离心力小，加工振动小，零件表面质量好。与硬质合金材质相比，氧化锆陶瓷具有更低的化学亲和力，在高速加工石墨材料时，氧化锆陶瓷平头立铣刀更难发生氧化和扩散磨损，使刀具寿命更高。

表1

作为本实用新型的氧化锆陶瓷平头立铣刀的具体实施案例，通过对比两款刀具材质分别为硬质合金涂覆金刚石涂层和氧化锆陶瓷的D10平头立铣刀在切削加工石墨时的加工工艺如表2所示，可以发现，相比现有技术，本实用新型的氧化锆陶瓷平头立铣刀加工工件表面粗糙度仅Ra0.04，提高了加工效率100％，降低了生产成本，另一方面，氧化锆陶瓷平头立铣刀加工后的磨损量更低，刀具寿命比现有技术的硬质合金平头立铣刀涂覆金刚石涂层高30～40％，充分说明了本实用新型的氧化锆陶瓷平头立铣刀设计合理，可以极大程度地提高石墨材料加工的精度，提高加工效率，延长刀具使用寿命，减少换刀次数，降低生产成本。

表2

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种氧化锆陶瓷平头立铣刀，其特征在于，由氧化锆陶瓷磨削制成，包括由右至左依次连接的用于安装导向的导向部(1)、用于刀具与刀柄安装的柄部(2)、避空(3)和切削刃部(4)，所述切削刃部(4)包括周向螺旋形排布的若干螺旋后刀面(5)、螺旋刀刃(6)和螺旋槽(7)，螺旋刀刃(6)通过螺旋后刀面(5)和螺旋槽(7)形成，相互之间通过螺旋槽(7)连接，切削刃部(4)端部且与螺旋刀刃(6)位置对应处设有端刃(8)，端刃(8)处设有0°凹角的修光刃(9)，端刃(8)与螺旋刀刃(6)相交形成刀尖(10)，通过螺旋后刀面(5)形成的周刃后角为10～20°的圆弧后角，通过螺旋槽(7)形成的周刃前角为2～6°。

2.根据权利要求1所述的一种氧化锆陶瓷平头立铣刀，其特征在于，所述平头立铣刀的刃径为2～20mm且刃部长度为刃径的1～4倍，螺旋角为20～55°，芯厚为刃径的80％。

3.根据权利要求1所述的一种氧化锆陶瓷平头立铣刀，其特征在于，所述螺旋刀刃(6)设有1～8根，螺旋槽(7)设有1～8个。

4.根据权利要求1所述的一种氧化锆陶瓷平头立铣刀，其特征在于，所述螺旋槽(7)为圆弧型，螺旋槽(7)磨削时，达到镜面效果。

5.根据权利要求1所述的一种氧化锆陶瓷平头立铣刀，其特征在于，所述端刃(8)角度为174～177°。

6.根据权利要求1所述的一种氧化锆陶瓷平头立铣刀，其特征在于，所述修光刃(9)长度1～3mm，宽度0.1～1mm。

7.根据权利要求1所述的一种氧化锆陶瓷平头立铣刀，其特征在于，所述刀尖(10)角度45°，刀尖(10)大小0.05～0.2mm。

8.根据权利要求1所述的一种氧化锆陶瓷平头立铣刀，其特征在于，所述端刃(8)Gash底部为圆弧过渡，形状为U形，Gash前角为0～10°。

9.根据权利要求1所述的一种氧化锆陶瓷平头立铣刀，其特征在于，所述端刃(8)主长刃刀刃之间的距离为0.05～0.3mm，端刃(8)Gash到中心的距离为-0.3～0mm。

10.根据权利要求1所述的一种氧化锆陶瓷平头立铣刀，其特征在于，所述端刃(8)刃口和螺旋刀刃(6)刃口分别采用圆形状刃口，圆形半径为0.001～0.02mm。

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