CN216884666U - 柔性石墨电极板流道加工刀具 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于燃料电池制造技术领域，具体公开了柔性石墨电极板流道加工刀具，包括一体成型的刀具夹持部和刀具加工部，所述刀具加工部位于所述刀具夹持部的下方；所述刀具夹持部与机床主轴的刀具夹头连接；所述刀具加工部用于加工流道；所述刀具加工部为一侧设有切削开口的圆柱结构；所述切削开口的切削宽度、圆柱结构的直径以及待加工流道宽度三者的尺寸相同；所述开口的竖向两侧形成立刃；所述开口的底部形成横刃。上述刀具，能够解决现有技术采用圆柱立铣刀进行切削造成的切削速度慢、单次切削量小、工件表面质量差的问题，达到加快切削效率、提高工件加工质量的目的。

Description

柔性石墨电极板流道加工刀具

技术领域

本实用新型属于燃料电池制造技术领域，尤其涉及一种柔性石墨电极板流道加工刀具。

背景技术

目前，空冷电堆使用的石墨电极板为了氢气的导流，需要在石墨板平面上雕刻出呈现直线或曲线的沉孔凹槽(形成流道)，该沉孔凹槽现有加工工艺是通过三轴雕铣机床，使用螺旋齿圆柱立铣刀进行切削加工，刀具采用钨钴类的硬质合金材料，刀头部分做金刚石涂层，通过高速旋转来切割材料。

由于圆柱立铣刀在加工时以周刃切削为主，该切削方式理论上会衍生出三个问题：其一：被加工零件的沉孔凹槽的底面的表面粗糙度次于两个侧面。其二：单次切削量较少，进给次数较多，从而使得加工时间较长。其三：正因为进给次数较多，刀具每回合切削的轨迹存在误差，且因为柔性石墨较软且存在不规则的回弹，次回合切削凹槽时刀刃会干涉或重复切到前回合所切成的凹槽表面，导致切出来的凹槽表面存在未切断的碎屑及毛刺。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种柔性石墨电极板流道加工刀具，以解决现有技术采用圆柱立铣刀进行切削造成的切削速度慢、单次切削量小、工件表面质量差的问题。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案为：柔性石墨电极板流道加工刀具，包括一体成型的刀具夹持部和刀具加工部，所述刀具加工部位于所述刀具夹持部的下方；所述刀具夹持部与机床主轴的刀具夹头连接；所述刀具加工部用于加工流道；所述刀具加工部为一侧设有切削开口的圆柱结构；所述切削开口的切削宽度、圆柱结构的直径以及待加工流道宽度三者的尺寸相同；所述开口的竖向两侧形成立刃；所述开口的底部形成横刃。

进一步，所述立刃、横刃和圆柱结构之间形成排屑口；所述排屑口的顶部设有用于断屑的断屑台。

进一步，所述断屑台的尾部设有一端圆弧R_n。

进一步，所述断屑台的楔角σ为75°。

进一步，所述刀具夹持部采用扁平状的矩形结构。

进一步，所述刀具夹持部通过螺钉安装在所述机床主轴的刀具夹头上。

进一步，所述立刃的刃刀尺寸L_立刃大于工件的背吃刀量a_p。

进一步，所述刀具加工部和刀具夹持部采用硬质合金钨钢刀具结构。

进一步，所述刀具加工部的刃端表面涂有涂层；所述涂层采用DLC涂层，涂层的厚度不大于1μm。

进一步，所述刀具夹持部的底部设为等腰三角形结构，所述等腰三角形结构两条腰对应的顶点与所述刀具加工部连接。

本技术方案的工作原理在于：启动机床，机床主轴带动刀具夹持部和刀具加工部运动(移动或旋转)；刀具在加工的过程中，将垂直于加工件平面的方向视为Z方向；则刀具首先按照Z轴负方向进给，若以加工件平面为基准平面，那么Z方向进给量f_z则可直接达到背吃刀量a_p的值。然后刀具随着切削轨迹进行沿Y轴或X轴方向进行切削，进给次数为1次。经过立刃加工后的切屑往刀具中心进行靠拢，在靠拢的同时随横刃加工后的切屑一并向上排出。

本技术方案的有益效果在于：①立刃作用是将材料垂直于平面的方向分离，加工形成凹槽左右侧平面，并且刃长尺寸L_立刃＞背吃刀量a_p，保证立刃能够完全切割凹槽的深度尺寸。②由于切削开口的切削宽度、圆柱结构的直径以及待加工流道宽度三者的尺寸相同，因此刀具的后刀面为圆柱面，因此切削面永远与后刀面相切，即永远为线接触，能够根据切割轨迹需要，通过刀具围绕Z轴(配合X、Y轴轨迹)的旋转，实现曲线轨迹切割，在切割时因为切削面永远与后刀面为线接触，所以不会因为Z轴转向使得刀具除切削刃以外的其他部位与工件接触、干涉，从而造成工件损伤。③横刃与立刃同时进行工作，保证流道侧面与底面的表面粗糙度差不多。④采用断屑台进行断屑，断屑台尾端有一段圆弧R_n，石墨屑碰到断屑台时经受附加的卷曲变形而折断形成块状。⑤刀具加工部和刀具夹持部采用硬质合金钨钢刀具结构，硬质合金钨钢材料的抗弯强度为1400-3000Mpa，在高温时其硬度值也能保持在洛氏硬度HRA90左右。因此本案中的刀具能够有效避免受到径向载荷的同时刃端极易弯曲甚至断裂的情况。并且本案在加工过程中不会使用冷却液(避免对工件造成污染)，因此采用该材料能够具备较高的耐热性能，保证刀具的性能。⑥由于加工过程中的高温，会加快刀具的磨损，因此在刀具刃端做表面涂层，本案采用DLC涂层，其耐磨性和硬度都比较高，保证了刀具的耐磨性能。并且由于涂层较厚会造成刃口变钝，因此将涂层的厚度设置为不大于1μm的厚度。⑦由于进给次数仅为1次，与现有技术相比，提高了加工效率和速度，提高了切削轨迹的精度。

附图说明

图1为本实用新型柔性石墨电极板流道加工刀具的结构示意图；

图2为图1中A处的放大图；

图3为切削轨迹图；

图4为被加工流道的加工俯视图；

图5为排屑方向图；

图6为断屑台的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：刀具夹持部1、刀具加工部2、立刃3、横刃4、排屑口5、切削轨迹6、断屑台7。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

实施例基本如附图1-6所示：柔性石墨电极板流道加工刀具，如图1所示，包括一体成型的刀具夹持部1和刀具加工部2，刀具加工部2和刀具夹持部1采用硬质合金钨钢刀具结构，硬质合金钨钢材料的抗弯强度为1400-3000Mpa，在高温时其硬度值也能保持在洛氏硬度HRA90左右。刀具夹持部1采用扁平状的矩形结构，刀具夹持部1的上部通过螺钉安装在机床主轴的刀具夹头上；刀具夹持部1的底部设为等腰三角形结构，等腰三角形结构两条腰对应的顶点与刀具加工部2的上部连接。刀具加工部2用于加工流道；刀具加工部2为一侧设有切削开口的圆柱结构(直径为D)；切削开口的切削宽度、圆柱结构的直径以及待加工流道宽度三者的尺寸相同。

如图2所示，开口的竖向两侧形成立刃3，立刃3的刃刀尺寸L_立刃大于工件的背吃刀量a_p，保证立刃3能够完全切割凹槽的深度尺寸。立刃3的刀刃前角γ_o立取较大值，刀具前角偏大有两个优点：a、前角越大，刀片的切削刃就会越锋利，工件的被加工面精度便会越高；b、工件抗拉强度较金属来说要低很多，被切工件为柔性石墨，其刚性很差，质地较软易被分离，所需切削力较小，对刀具强度要求不高，另外，减小前角γ_o会导致刀片与工件之间摩擦力增大，刀具将待加工工件拖行使工件弯曲，直接导致被加工工件精度变差甚至报废，大前角会很好的避免这个问题。

后刀面为圆柱面，圆柱半径R＝D/2，切削面Ps永远与后刀面相切，即永远为线接触(如图4所示)，能够根据切割轨迹需要，通过刀具围绕Z轴(配合X、Y轴轨迹)的旋转，实现曲线轨迹切割，在切割时因为切削面Ps永远与后刀面为线接触，所以不会因为Z轴转向使得刀具除切削刃以外的其他部位与工件接触、干涉，从而造成工件损伤。

如图2所示，开口的底部形成横刃4；横刃4的刃长尺寸_L横刃与切削部分半圆柱截面直径尺寸D一致，刀刃前角γ_o横取较大值，刀具前角偏大的优点与立刃3类似。刀刃后角α_o取较大值，以防止刀具后刀面与工件接触，较大后角的优点与前角类似。

如图5所示，立刃3、横刃4和圆柱结构之间形成排屑口5；排屑口5的顶部设有用于断屑的断屑台7。如图6所示，断屑台7的尾部设有一端圆弧R_n，石墨屑碰到断屑台7时经受附加的卷曲变形而折断形成块状，因横刃4前角γ_o横较大，横刃4的基本变形小，楔角σ应取大一些，按经验值取75°。

刀具加工部2的刃端表面涂有涂层；涂层采用DLC涂层，其耐磨性和硬度都比较高，保证了刀具的耐磨性能；涂层的厚度不大于1μm，避免由于涂层较厚造成刃口变钝。

具体实施过程如下：

启动机床，机床主轴带动刀具夹持部1和刀具加工部2运动(移动或旋转)；刀具在加工的过程中，将垂直于加工件平面的方向视为Z方向；则刀具首先按照Z轴负方向进给，若以加工件平面为基准平面，那么Z方向进给量f_z则可直接达到背吃刀量a_p的值。如图3所示，然后刀具随着切削轨迹6进行沿Y轴或X轴方向进行切削，进给次数为1次。经过立刃3加工后的切屑往刀具中心进行靠拢，在靠拢的同时随横刃4加工后的切屑一并向上排出。

在加工过程中，由于凹槽轨迹为曲线轨迹，为保证加工质量，在设备Z轴随着X、Y轴进行旋转时，Z轴旋转轴的旋转速度必须配置变频(伺服)电机进行无级调速以适应不同的半径的曲线轨迹。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前实用新型所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.柔性石墨电极板流道加工刀具，其特征在于：包括一体成型的刀具夹持部(1)和刀具加工部(2)，所述刀具加工部(2)位于所述刀具夹持部(1)的下方；所述刀具夹持部(1)与机床主轴的刀具夹头连接；所述刀具加工部(2)用于加工流道；所述刀具加工部(2)为一侧设有切削开口的圆柱结构；所述切削开口的切削宽度、圆柱结构的直径以及待加工流道宽度三者的尺寸相同；所述开口的竖向两侧形成立刃(3)；所述开口的底部形成横刃(4)。

2.根据权利要求1所述的柔性石墨电极板流道加工刀具，其特征在于：所述立刃(3)、横刃(4)和圆柱结构之间形成排屑口(5)；所述排屑口(5)的顶部设有用于断屑的断屑台(7)。

3.根据权利要求2所述的柔性石墨电极板流道加工刀具，其特征在于：所述断屑台(7)的尾部设有一端圆弧R_n。

4.根据权利要求3所述的柔性石墨电极板流道加工刀具，其特征在于：所述断屑台(7)的楔角σ为75°。

5.根据权利要求1所述的柔性石墨电极板流道加工刀具，其特征在于：所述刀具夹持部(1)采用扁平状的矩形结构。

6.根据权利要求5所述的柔性石墨电极板流道加工刀具，其特征在于：所述刀具夹持部(1)通过螺钉安装在所述机床主轴的刀具夹头上。

7.根据权利要求1所述的柔性石墨电极板流道加工刀具，其特征在于：所述立刃(3)的刃刀尺寸L_立刃大于工件的背吃刀量a_p。

8.根据权利要求1所述的柔性石墨电极板流道加工刀具，其特征在于：所述刀具加工部(2)和刀具夹持部(1)采用硬质合金钨钢刀具结构。

9.根据权利要求1所述的柔性石墨电极板流道加工刀具，其特征在于：所述刀具加工部(2)的刃端表面涂有涂层；所述涂层采用DLC涂层，涂层的厚度不大于1μm。

10.根据权利要求5所述的柔性石墨电极板流道加工刀具，其特征在于：所述刀具夹持部(1)的底部设为等腰三角形结构，所述等腰三角形结构两条腰对应的顶点与所述刀具加工部(2)连接。

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