CN214640702U - 对含有色金属材料实施铰削孔加工的刀具 - Google Patents

Abstract

一种对含有色金属材料实施铰削孔加工的刀具，包括可安装到机械设备上的柄部，以及实施切削加工的切削部，在切削部上设置金刚石层以形成刃部，以及实施挤压加工的刃带部。刃部包括刃口，位于刀具径向截面所在平面坐标系X轴向的上方，在金刚石层上设置凹槽，对切屑实施断屑。凹槽包括第一边缘和第二边缘，第一边缘与刃口的距离为0.03mm～0.21mm，第二边缘与刃带部的距离为0.03mm～0.21mm。本实用新型的刀具，通过在切削部上设置断屑槽来解决具有软黏特性金属材料在切削加工时的断屑问题，利于对有色金属材料实施铰削孔加工。

Description

对含有色金属材料实施铰削孔加工的刀具

技术领域

本实用新型涉及一种孔加工工具，尤其涉及一种实施精密机加工的刀具，用于含有色金属材料的铰削孔加工。

背景技术

金刚石刀具即在基体材料(如：硬质合金)上安装金刚石片或金刚石涂层制得的机加工切削刀具。其具有极高的硬度和耐磨性、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、低热膨胀系数，以及与非铁金属亲和力小等优点，用于非金属硬脆材料如：石墨、高耐磨材料、复合材料、高硅铝合金及其它韧性有色金属材料的精密加工。

以铝合金材料的孔加工为例，需要实施铰削加工以提高孔的加工质量。与铁质金属相比，含铝金属相对软粘，机加工中不易断屑且容易粘刀，加工中，切屑既容易粘连于刀具刃部及孔壁，造成孔壁受损，又容易因排屑不畅导致堵孔造成工件报废，因而急需改善粘刀和断屑问题。

采用金刚石复合片等镜面材料提高刀具前后表面光洁度以减少粘刀；或设置多个主副刀槽实现分段切削，以减少切削阻力，防止切屑过热软粘化；或设置强力内冷实现对切屑的冲断以防止堵孔；或采用机械/超声振动设备以实现主动断屑并有效防止粘刀；亦或采用啄式加工等手段改善粘刀和断屑等。此外，断屑槽技术在铣加工刀具和车加工刀具上有较多应用，一般都是通过优化各种断屑槽形状来增强断屑能力。一般只在断屑槽的刃口方向设置断屑槽壁的刀具仅能形成片状切屑，这在车铣加工中不会造成困扰，而在孔加工中容易造成切屑堆积影响排屑。

这些技术从多种方面试图改善切屑粘连于刀具刃部的问题，但是在断屑方面，尚不具有较为简便和高效的实施方案。比如：机械/超声振动设备虽能实现断屑，但是需要引入新的设备，对加工工艺改变较大。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于提供一种对含有色金属材料实施铰削孔加工的刀具，用于有色金属的铰削孔加工，在不发生粘刀情况的同时提高刀具的断屑能力，改善加工精度。

本实用新型的另一个目的在于提供一种对含有色金属材料实施铰削孔加工的刀具，用于有色金属的铰削孔加工，在不发生粘刀情况的同时提高刀具的断屑能力，避免切屑堆积，改善孔堵塞情形的发生。

本实用新型的再一个目的在于提供一种对含有色金属材料实施铰削孔加工的刀具，用于有色金属的铰削孔加工，在不发生粘刀情况的同时提高刀具的断屑能力，实现连续机加工。

金属系由属于金属元素组成，大多数为电和热的优良导体，有延展性，密度较大，熔点较高。在汉字中，这些元素的名称大都具有“金字”偏旁(部首)。

有色合金属于金属，通常指除铁、铬和锰三种金属以外的所有金属，如：铝、镁、钾、钠、钙、锶、钡、铜、铅、锌、锡、钴、镍、锑、汞、镉、铋、金、银、铂、钌、铑、钯、锇、铱、铍、锂、铷、铯、钛、锆、铪、钒、铌、钽、钨、钼、镓、铟、铊、锗、铼、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇和钍，以及有色合金，如：但不限于铝合金、铜合金、镁合金、镍合金、锡合金、钽合金、钛合金、锌合金、钼合金和锆合金等。这些物质单独或组合应用于本实用新型，是本实用新型技术方案所直接作用的对象。

金刚石(diamond)，它是一种由碳元素组成的矿物，是石墨的同素异形体，化学式为C，也是常见的钻石的原身。石墨可以在高温、高压下形成人造金刚石。金刚石硬度具有方向性，八面体晶面硬度大于菱形十二面体晶面硬度，菱形十二面体晶面硬度大于六面体晶面硬度。

金刚石复合片又称聚晶金刚石复合片，采用金刚石微粉与硬质合金基片在超高压高温条件下烧结而成，既具有金刚石的高硬度、高耐磨性与导热性，又具有硬质合金的强度与抗冲击韧性，是制造切削刀具刃部的理想材料，一般都具有镜面抛光上表面以利于制作刀具。

一种刀具，包括可安装到机械设备上的柄部，以及实施切削加工的切削部，切削部包括前刀面，在切削部上设置金刚石层以形成刃部，以及实施挤压加工的刃带部(margin)。刃带部并不对材料实施切削加工，而是在刀具进给方向的两侧对材料实施挤压和摩擦，其与刃部通常位于切削部的不同部位上。通常，刃带也是刀具径向外圆的一部分。

金刚石层属于金刚石片的一部分，或者金刚石复合片上含有金刚石的部分。

以刀具转动中心为原点建立平面坐标系，前刀面与平面坐标系X轴平行，且位于X轴上方，与X轴的距离优先选择0.03mm～0.2mm。

在金刚石层上设置凹槽，对切屑实施断屑，槽深为0.015mm～0.065mm。

凹槽包括第一边缘和第二边缘。第一边缘与刃口的距离为0.03mm～0.21mm，第二边缘与刃带部的距离为0.03mm～0.21mm。

第一边缘与刃口平行，引导切屑流动方向。在第一边缘上设置锯齿状边沿，通过改变流屑流动方向使得切屑各处弯曲程度加剧。

第二边缘与刃带部平行，引导切屑流动方向。在第二边缘上设置锯齿状边沿，通过改变流屑流动方向使得切屑各处弯曲程度加剧。

凹槽的槽底包括圆弧面，其曲率半径(R)为0.05mm～3mm。

为了利于将切屑纳入凹槽，以及实施断屑，本实用新型的凹槽，其槽开口边缘与金刚石层上表面的夹角(即槽开口边缘入切材料的切入角)为6°～15°。

另一种刀具，其至少包括2个以上切削部，各个切削部沿刀具的轴向分布，不在同一径向的外圆面上。各个切削部至少包括一金刚石层以形成刃部，以及一实施挤压加工的刃带部。

在各个金刚石层上设置至少1个凹槽，对切屑实施断屑，包括第一边缘和第二边缘。单独或同时在第一边缘上和在第二边缘上设置锯齿条。

各个凹槽的槽底包括圆弧面，以利于容纳切屑和排屑。

各个凹槽的槽开口边缘与金刚石层上表面的夹角为6°～15°。

本实用新型技术方案实现的有益效果：

本实用新型的刀具，系一种金刚石刀具，通过在切削部上设置断屑槽来解决具有软黏特性金属材料在切削加工时的断屑问题，利于对有色金属材料实施铰削孔加工。

本实用新型的刀具，位于X轴上方的前刀面引导切削产生的切屑发生弯折，随后不仅受沿切削进给方向(即平行于刃口的方向)的断屑槽壁的作用力而增强弯折，还同时受沿着刀具外圆(即外径)方向的断屑槽壁的作用力而提高了切屑的自旋，进而形成螺旋条状的切屑，在长度大于和等于孔深度之前(如：切屑长度为孔径的80％～400％为宜)后折断，形成短条状切屑，并能顺利随着排屑槽排出被加工的孔体，能较好避免切屑堆积，因而更不易造成切屑堵孔。

本实用新型的刀具，显著减少或延缓孔加工中堵孔、粘刀和缠刀等情形的发生，使刀具在比目前加工参数更高的加工参数下(如：进给量：F＝1,500，转速：S＝4,000)稳定断屑，连续加工。

附图说明

图1为本实用新型对含有色金属材料实施铰削孔加工的刀具一实施例的示意图；

图2为图1所示的刀具一角度的放大示意图；

图3为图1中“O”处的局部放大示意图；

图4为图1中“P”处的局部放大示意图。

具体实施方式

以下结合附图详细描述本实用新型的技术方案。本实用新型实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。

图1为本实用新型对含有色金属材料实施铰削孔加工的刀具一实施例的示意图。如图1和图2所示，本实施例的刀具包括可安装到旋转机械上的柄部100、一条沿柄部100的纵向延伸的轴线200，一个切削主体300和切削部400。切削部400是实施切削加工的主要部件，分布于切削主体300上，其包括前刀面。通常在刀具上至少设置一个切削部400。根据加工的需求，在切削主体300上也设置多个(如：2个以上)切削部400，沿轴线200分布，且不在同一径向的外缘面上。对于同一个切削部400，其上还包括若干刃部和排屑槽，沿着刀具进给方向的径向分布。

在切削部400上设置金刚石层500以形成刃部510，以及实施挤压加工的刃带部520(margin)。刃带部并不对材料实施切削加工，而是在刀具进给方向的两侧(即径向)对材料实施挤压和摩擦的区域，其与刃部510通常位于切削部400的不同部位上，其也是形成后刀面的一部分。通常，刃带也是刀具径向外缘的一部分。

金刚石层属于金刚石片的一部分，或者金刚石复合片上含有金刚石的部分，其结合于基体材料上，并通过激光或线切割等手段加工形成刃部。图2为图1所示的刀具一角度的放大示意图，呈现刀具的切削端面。参见图1，如图2所示，以刀具转动中心为原点建立平面坐标系，前刀面与平面坐标系X轴平行，且位于X轴上方，与X轴距离A为0.03mm～0.2mm。

在金刚石层上设置凹槽600，对切屑实施断屑。图3为图1中“O”处的局部放大示意图，参见图1，如图3所示，凹槽600槽深F为0.015mm～0.065mm，尤其是0.01mm～0.05mm，如：但不限于0.02mm±0.005mm、0.03mm±0.005mm、0.04mm±0.005mm、0.05mm±0.005mm和0.06mm±0.005mm，本实施例中优先选择0.05mm±0.02mm。

凹槽600包括第一边缘610和第二边缘620。第一边缘610与刃口510的距离D为0.03mm～0.21mm，如：但不限于0.04mm±0.01mm、0.06mm±0.01mm、0.08mm±0.01mm、0.1mm±0.01mm、012mm±0.01mm、0.14mm±0.01mm、0.16mm±0.01mm、0.18mm±0.01mm和0.20mm±0.01mm等，本实施例中优先选择0.05mm±0.02mm。第二边缘620与刃带部520的距离E为0.03mm～0.21mm，如：但不限于0.04mm±0.01mm、0.06mm±0.01mm、0.08mm±0.01mm、0.1mm±0.01mm、012mm±0.01mm、0.14mm±0.01mm、0.16mm±0.01mm、0.18mm±0.01mm或0.20mm±0.01mm等，本实施例中优先选择0.03mm～0.08mm。

本实施例中，在第一边缘上设置锯齿边沿，有利于改变流屑流动方向使得切屑各处弯曲程度加剧。在第二边缘上设置锯齿边沿，有利于改变流屑流动方向使得切屑各处弯曲程度加剧。

凹槽600的槽底包括圆弧面630，其曲率半径C(R)为0.05mm～3mm，本实施例中优先选择0.25mm±0.2mm。

为了利于将切屑纳入凹槽，以及实施断屑，本实施例的凹槽，其槽开口边缘640与金刚石层上表面530的夹角B(即槽开口边缘入切材料的切入角)为6°～15°。

图4为图1中“P”处的局部放大示意图。参见图1，如图4所示，沿本实施例的刀具的纵向轴线200，还分布一处切削部400，对金刚石层500进行加工产生的刃口510和刃带部520而形成外缘轮廓与图3所示的切削部不同。依据其上刃口和刃带部的分布情况，设置若干个凹槽600，如：2个或2个以上。各个凹槽均包括第一边缘610和第二边缘620，各个第一边缘610根据刃口510的形态呈折线状，其与刃口510的距离为0.03mm～0.21mm，如：但不限于0.04mm±0.01mm、0.06mm±0.01mm、0.08mm±0.01mm、0.1mm±0.01mm、012mm±0.01mm、0.14mm±0.01mm、0.16mm±0.01mm、0.18mm±0.01mm和0.20mm±0.01mm等，本实施例中优先选择0.05mm±0.02mm。第二边缘620与刃带部520的距离为0.03mm～0.21mm，如：但不限于0.04mm±0.01mm、0.06mm±0.01mm、0.08mm±0.01mm、0.1mm±0.01mm、012mm±0.01mm、0.14mm±0.01mm、0.16mm±0.01mm、0.18mm±0.01mm和0.20mm±0.01mm等，本实施例中优先选择0.03mm～0.08mm。

本实施例中，在第一边缘上也设置锯齿条，有利于改变流屑流动方向使得切屑各处弯曲程度加剧，但也并不是必须的。在第二边缘上也设置锯齿条，有利于改变流屑流动方向使得切屑各处弯曲程度加剧，但也并不是必须的。

与图3所示的凹槽类似，图4中，凹槽的槽开口边缘640与金刚石层上表面的夹角(即槽开口边缘入切材料的切入角)为10°～15°。其槽底还包括圆弧面，其曲率半径(R)为0.05mm～0.5mm，尤其是0.01mm～3mm，本实施例中优先选择0.25mm±0.2mm。

将本实施例图1所示外形的刀具，分别制造不具断屑槽的刀具(记为：刀具1)、具有通常断屑槽(即一般铣车加工用断屑槽，仅有刃口方向的断屑槽壁)的刀具(记为：刀具2)、具有本案断屑槽但具有负心高前刀面的刀具(记为：刀具3)，以及本实施例的刀具(记为：刀具4)，其余设计制造参数完全相同，对铝合金材料实施铰削孔加工，在多种工况条件下进行测试，对比结果如下表1所示：

表1

从表1可见，刀具1即便在较低要求的加工参数下，尚不能实现连续加工。随着加工参数的提高，刀具1发生堵孔和折断的现象。刀具2产生的碎块状切屑，也使得排屑不畅。刀具3虽然产生了短条状切屑，但是随着加工参数的提高，无法顺利断屑，出现缠绕刀具的现象，需要清理。本实施例的刀具(即刀具4)产生短条状切屑，在进给量为1,500和转速为4,000工况条件时仍正常使用，实现连续加工。

Claims (18)

1.一种对含有色金属材料实施铰削孔加工的刀具，其特征在于包括：

柄部，其可安装到机械设备上；

切削部，实施切削加工，包括前刀面；

在所述的切削部上设置金刚石层，加工所述的金刚石层形成刃部，以及实施挤压加工的刃带部；

以刀具转动中心为原点建立平面坐标系，前刀面与平面坐标系X轴平行，且位于X轴上方；

在所述的金刚石层上设置凹槽，对切屑实施断屑；

所述的凹槽包括第一边缘和第二边缘，所述的第一边缘与刃口的距离为0.03mm～0.21mm，所述的第二边缘与所述刃带部的距离为0.03mm～0.21mm。

2.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于所述的凹槽的槽深为0.015mm～0.065mm。

3.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于所述的凹槽的槽深为0.02mm±0.005mm、0.03mm±0.005mm、0.04mm±0.005mm、0.05mm±0.005mm或0.06mm±0.005mm。

4.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于所述的凹槽的槽深为0.05mm±0.02mm。

5.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于所述的第一边缘与所述刃口的距离为0.05mm±0.02mm。

6.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于所述的第一边缘与所述刃口的距离为0.04mm±0.01mm、0.06mm±0.01mm、0.08mm±0.01mm、0.1mm±0.01mm、012mm±0.01mm、0.14mm±0.01mm、0.16mm±0.01mm、0.18mm±0.01mm或0.20mm±0.01mm。

7.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于所述的第二边缘与所述刃带部的距离为0.04mm±0.01mm、0.06mm±0.01mm、0.08mm±0.01mm、0.1mm±0.01mm、012mm±0.01mm、0.14mm±0.01mm、0.16mm±0.01mm、0.18mm±0.01mm或0.20mm±0.01mm。

8.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于所述的第二边缘与所述刃带部的距离为0.03mm～0.08mm。

9.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于所述的凹槽的槽底包括圆弧面。

10.根据权利要求9所述的刀具，其特征在于所述的圆弧面曲率半径为0.05mm～3mm。

11.根据权利要求9所述的刀具，其特征在于所述的圆弧面曲率半径为0.25mm±0.2mm。

12.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于所述的凹槽的槽开口边缘与所述的金刚石层上表面的夹角为6°～15°。

13.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于在所述的第一边缘上设置锯齿状边沿。

14.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于在所述的第二边缘上设置锯齿状边沿。

15.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于所述的第一边缘与所述的刃部平行。

16.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于所述的第二边缘与所述的刃带部平行。

17.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于在所述的凹槽为2个或2个以上。

18.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于在所述的切削部为2个或2个以上，沿刀具的轴向分布，不在同一径向的外圆面上。

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