CN217492832U - 用于铝合金叶轮的锥度球头粗铣刀 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于铝合金叶轮的锥度球头粗铣刀，包括圆柱柄部、切削刃部以及用于连接圆柱柄部与切削刃部的过渡颈部，切削刃部螺旋设置有切削刃，每个切削刃均对应设有螺旋排屑槽，切削刃部包括球头部和与过渡颈部连接的锥形刀体，切削刃包含球头切削端刃和锥度切削周刃，球头切削端刃设置于球头部，锥度切削周刃设置于锥形刀体，球头切削端刃包括球头切削刃和容屑槽，锥度切削周刃的刃口上沿螺旋线方向设有等间距分布的断屑槽，锥度切削周刃设有假刃带。上述方案能够加强刃口断屑能力，提高排屑性能，还降低锥度球头粗铣刀在高速切削过程中的振颤现象，避免锥度球头粗铣刀因切削振动而造成刀杆折断，同时还保证锥度球头粗铣刀的刃口强度。

Description

用于铝合金叶轮的锥度球头粗铣刀

技术领域

本申请涉及刀具技术领域，特别是涉及一种用于铝合金叶轮的锥度球头粗铣刀。

背景技术

铝合金整体式叶轮作为涡轮式发动机的核心部件，被广泛应用于汽车制造、航空航天、能源动力等领域。整体式叶轮从结构上分为叶片和轮毂两部分，其交接处采用圆角曲面过渡，相邻叶片之间供流体通过的通道为流道，且由于其叶片薄、叶片扭曲角度大、流道狭窄等几何特征，使其成为典型的难加工零部件。

Al-Zn-Mg热处理高强度铝合金(如7075)是铝合金整体式叶轮的主要材料，其材料强度高、韧性好，但加工时极易产生振纹、划痕、色差等表面缺陷。因此，为了能获得较高的加工精度和表面完整性，此类铝合金多采用高速切削加工。

锥度球头铣刀是整体式叶轮加工的主要刀具，切削加工时刀具悬伸较长，且多为满刃切削。铝合金的高速切削虽有利于提高切削效率，降低能耗，但由于其刀具几何特征及工艺特点极易引起切削震颤，进而影响切削质量。尤其是对于铝合金整体式叶轮的粗加工，由于其满刃切削的工艺方式，加工时总会伴有刺耳的噪声；同时，刀具悬伸长致使刀体刚性差，排屑不畅，切削振动大致使切削叶片易出现“过切”或“欠切”现象，且刃口磨损较快，易崩刃破损，严重时甚至会导致刀具折断。而采用分段进给切削，则会影响切削效率降低，增加机床能耗及工艺成本。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种用于铝合金叶轮的锥度球头粗铣刀，以解决刀具切削噪声大，切削易振动、排屑不畅等问题，以提高切削效率及延长刀具使用寿命。

本申请提供一种用于铝合金叶轮的锥度球头粗铣刀，包括圆柱柄部、切削刃部以及用于连接所述圆柱柄部与所述切削刃部的过渡颈部，所述切削刃部沿所述切削刃部的轴线方向螺旋设置有切削刃，多个所述切削刃以所述切削刃部的轴线为中心轴对称分布，每个所述切削刃均对应设有螺旋排屑槽，所述切削刃部包括球头部和与所述过渡颈部连接的锥形刀体，所述切削刃包含相连接的球头切削端刃和锥度切削周刃，所述球头切削端刃设置于所述球头部，所述锥度切削周刃设置于所述锥形刀体，所述球头切削端刃包括球头切削刃和容屑槽，所述锥度切削周刃的刃口上沿螺旋线方向设有等间距分布的断屑槽，所述锥度切削周刃设有假刃带。

上述方案中，通过设置螺旋排屑槽，并在球头切削端刃设置容屑槽，在锥度切削周刃设置断屑槽，能够加强刃口断屑能力，螺旋排屑槽、容屑槽和断屑槽增大了排屑空间，有利于切屑的快速排出，提高排屑性能，还通过在锥度切削周刃设置假刃带，提高了刃口强度，使锥度球头粗铣刀在刀刃角度较大的情况下保持良好的刺穿性能，减少刀刃与工件的接触面积，降低锥度球头粗铣刀在高速切削过程中与工件的摩擦，从而降低锥度球头粗铣刀在高速切削过程中的振颤现象，避免锥度球头粗铣刀因切削振动而造成刀杆折断，同时还保证锥度球头粗铣刀的刃口强度。

下面对本申请的技术方案作进一步的说明：

在任意实施方式中，所述假刃带的宽度为0.04mm-0.07mm，所述假刃带的后角α为2°-3°。

在任意实施方式中，所述球头切削端刃具有第一后角和第二后角，所述第一后角α₁为18°-20°，所述第二后角α₂为25°-30°。

在任意实施方式中，所述球头切削端刃的所述第二后角上设有第三倾斜面。

在任意实施方式中，所述锥度切削周刃具有第一后角和第二后角，所述第一后角α_o1为16°-20°，所述第二后角α_o2为25°-35°。

在任意实施方式中，所述容屑槽设有槽底面、出刀面和Rgash前刀面，所述Rgash前刀面包括Rgash端刃、Rgash中断刃、Rgash OD刃，所述Rgash端刃的前角为0°，所述Rgash中断刃的前角为5°，Rgash OD刃的前角为5°。

在任意实施方式中，所述锥度切削周刃的开槽背宽自球头部至过渡颈部方向递增，所述锥度切削周刃设有刃背和刃背副槽。

在任意实施方式中，所述切削刃部设有碳化钽涂层。

在任意实施方式中，所述切削刃的刃口采用喷砂钝化处理。

在任意实施方式中，所述切削刃部的芯厚自球头部至过渡颈部方向递增，单边递增角度为3°-5°。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施方式及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

为了更清楚地说明本申请实施方式中的技术方案，下面将对实施方式描述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申请的一些实施方式，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是本申请一实施方式所示的用于铝合金叶轮的锥度球头粗铣刀的结构示意图；

图2是图1中的球头部的结构示意图；

图3是图1中切削刃的结构示意图；

图4是图1中的锥度切削周刃的切削示意图；

图5是图1中的球头切削端刃的切削示意图；

图6是图1中的螺旋排屑槽的结构示意图。

附图标记说明：

100、锥度球头粗铣刀；110、圆柱柄部；120、切削刃部；121、球头部；122、锥形刀体；130、过渡颈部；140、切削刃；141、球头切削端刃；1411、球头切削刃；1412、容屑槽；14121、槽底面；14122、出刀面；14123、Rgash前刀面；141231、Rgash端刃；141232、Rgash中断刃；141233、Rgash OD刃；142、锥度切削周刃；1421、断屑槽；1422、假刃带；1423、刃背；1424、刃背副槽；143、第三倾斜面；150、螺旋排屑槽。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施方式的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本申请实施方式的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

下面结合附图，说明本申请的较佳实施方式。

如图1所示，为本申请一实施方式展示的一种用于铝合金叶轮的锥度球头粗铣刀100，包括圆柱柄部110、切削刃部120以及用于连接圆柱柄部110与切削刃部120的过渡颈部130。如图1所示，切削刀部和过渡颈部130均为锥形结构，为避免切削过程中锥度球头粗铣刀100与工件之间发生干涉，过渡颈部130的锥度低于切削刃部120的锥度。根据本申请的一些实施方式，可选地，锥形刀体122的直径的自球头部121至过渡颈部130方向单边递增角度为4°-7°。在本实施方式中，切削刃部120选用钴含量为9％，高硬度、强断裂韧性的超细晶粒硬质合金，使锥度球头粗铣刀100具有优良的切削性能。

请参阅图1，切削刃部120沿切削刃部120的轴线方向螺旋设置有切削刃140，多个切削刃140以切削刃部120的轴线为中心轴对称分布，每个切削刃140均对应设有螺旋排屑槽150，螺旋排屑槽150向内凹设。螺旋排屑槽150增大了排屑空间，使切屑容易进行卷曲，并且有利于切屑的快速排出，减小摩擦，能有效降低切削热，提高刀具耐用度。

请参阅图1和图2，在本实施方式中，切削刃140的数量为两个，两个切削刃140以切削刃部120的轴线为中心轴对称分布。相应地，螺旋排屑槽150的数量也为两个，螺旋排屑槽150以切削刃部120的轴线为中心轴对称分布。为了提高铣削时的稳定性和增大实际工作前角，可适当增大刀具螺旋角，根据本申请的一些实施方式，可选地，切削刃140的螺旋角β角度为35°-45°，螺旋排屑槽150的螺旋角角度与切削刃140的螺旋角角度一致。

如图1所示，切削刃部120包括球头部121和与过渡颈部130连接的锥形刀体122。根据本申请的一些实施方式，可选地，球头部121的半径为0.8mm-1.5mm。切削刃140包含相连接的球头切削端刃141和锥度切削周刃142，球头切削端刃141设置于球头部121，锥度切削周刃142设置于锥形刀体122。

如图2所示，球头切削端刃141包括球头切削刃1411和容屑槽1412，容屑槽1412能够提高排屑性能，有利于切屑的快速排出，减小摩擦。

如图1所示，锥度切削周刃142的刃口上沿螺旋线方向设有等间距分布的断屑槽1421。断屑槽1421的结构如图6所示，断屑槽1421的槽底为R角，各断屑槽1421等间距离为l，断屑槽1421宽度为l_o，断屑槽1421深度为h，首个断齿距离球头端面距离为L。

锥度球头铣刀加工工件时刃长且为满刃切削，生成切屑较长且厚度不均，因而造成刀具切削受力不均，切削易振颤，加剧刀具刃口磨损。通过在锥度切削周刃142的刃口上设置断屑槽1421，使得锥度切削周刃142的刃口呈断齿结构，一方面能够加强刃口断屑能力，提高排屑性能，另一方面，还能够避免切削刃140口的应力集中，提高了刃口强度，降低刃口崩刃、破损的风险。

如图4所示，锥度切削周刃142设有假刃带1422。根据本申请的一些实施方式，可选地，假刃带1422的宽度为0.04mm-0.07mm，假刃带1422的后角α为2°-3°。通过在锥度切削周刃142设置假刃带1422，在保证锥度球头粗铣刀100的刃口强度的同时，降低锥度球头粗铣刀100在高速切削过程中与工件的摩擦，从而降低锥度球头粗铣刀100切削过程中的振颤现象，避免锥度球头粗铣刀100因切削振动而造成刀杆折断。

上述方案中，通过设置螺旋排屑槽150，并在球头切削端刃141设置容屑槽1412，在锥度切削周刃142设置断屑槽1421，能够加强刃口断屑能力，螺旋排屑槽150、容屑槽1412和断屑槽1421增大了排屑空间，有利于切屑的快速排出，提高排屑性能，还通过在锥度切削周刃142设置假刃带1422，假刃带1422提高了锥度切削周刃142的刃口强度，使锥度球头粗铣刀100在刀刃角度较大的情况下保持良好的刺穿性能，减少刀刃与工件的接触面积，降低锥度球头粗铣刀100在高速切削过程中与工件的摩擦，从而降低锥度球头粗铣刀100切削过程中的振颤现象，避免锥度球头粗铣刀100因切削振动而造成刀杆折断，同时还保证锥度球头粗铣刀100的刃口强度。

根据本申请的一些实施方式，可选地，切削刃部120的芯厚自球头部121至过渡颈部130方向递增，单边递增角度为3°-5°，以确保锥度球头粗铣刀100的强度和刚性。

请参阅图1和图3，根据本申请的一些实施方式，可选地，锥度切削周刃142的开槽背宽自球头部121至过渡颈部130方向递增，以确保锥度球头粗铣刀100的强度和刚性。锥度切削周刃142的刃背1423上设有刃背副槽1424，刃背副槽1424用于调整刃背1423宽度及螺旋排屑槽150的容屑空间，以兼顾锥度球头粗铣刀100的刚性与排屑性能。

如图4所示，前角γ_o的大小影响切屑的形状和刀具刃口的强度，前角γ_o越大，刀具切削越锋利，但刃口强度会略有降低；而采用较小的前角γ_o，可以增大切屑与锥度切削周刃142的接触长度，减低刃口的应力和切削温度，提高刀具耐用度，根据本申请的一些实施方式，可选地，锥度切削周刃142的前角γ_o为6°-14°。

双后角结构能够减少刀具后刀面划伤已加工表面，提高加工工件精度、改善表面粗糙度、减小刀具磨损。根据本申请的一些实施方式，可选地，球头切削端刃141具有第一后角和第二后角。为了增大刀具周刃后刀面与工件之间的间隙，第一后角α₁为18°-20°，第二后角α₂为25°-30°。

如图2和图3所示，根据本申请的一些实施方式，可选地，球头切削端刃141的第二后角上设有第三倾斜面143，地进一步增大球头部121的容屑空间。

为了增大锥度切削周刃142后刀面与工件之间的间隙，根据本申请的一些实施方式，可选地，锥度切削周刃142具有第一后角和第二后角，第一后角α_o1为16°-20°，第二后角α_o2为25°-35°。

请参阅图2，根据本申请的一些实施方式，可选地，容屑槽1412设有槽底面14121、出刀面14122和Rgash(容屑槽)前刀面14123。按照几个特征将Rgash前刀面14123分为三段，分别为Rgash端刃141231、Rgash中断刃141232、Rgash OD(Outer Diameter，外径)刃141233。其中，Rgash端刃141231的前角为0°，Rgash中断刃141232的前角为5°，Rgash OD刃141233的前角为5°，以提高球头切削端刃141的强度及锋利性。

根据本申请的一些实施方式，可选地，切削刃部120设有碳化钽涂层，通过物理气相沉积(PVD)方式对刀具表面进行涂层处理。碳化钽(Ta-C)作为一种耐超高温陶瓷材料，因具有高硬度、高熔点、高抗氧化、良好的耐化学腐蚀和热冲击等优异性能，被广泛应用于石墨、纤维复合材料、铝及铝合金及其他非金属材料的刀具涂层。优异的耐高温刀具涂层使刀具表面获得良好的物理与化学性能，提高了刀具综合力学性能，延长了刀具使用寿命。

根据本申请的一些实施方式，可选地，切削刃140的刃口采用喷砂钝化处理。刀具钝化可有效消除由砂轮磨削后刃口形成的微观缺陷(即微小崩刃与锯口)，采用石英砂喷砂钝化方式，不仅可以避免刀具因插入磨料的深度不同，致使刃口所受冲击挤压的摩擦阻力不同而造成刃口钝化不均的现象，确保刃口钝化的一致性与稳定性，同时也能对刀具沟槽表面进行抛光处理，提高表面光洁度，进而提高刀具切削的排屑性能。

最后应说明的是：以上各实施方式仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施方式对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施方式技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施方式中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种用于铝合金叶轮的锥度球头粗铣刀，其特征在于，包括圆柱柄部、切削刃部以及用于连接所述圆柱柄部与所述切削刃部的过渡颈部，所述切削刃部沿所述切削刃部的轴线方向螺旋设置有切削刃，且多个所述切削刃以所述切削刃部的轴线为中心轴对称分布，每个所述切削刃均对应设有螺旋排屑槽，所述切削刃部包括球头部和与所述过渡颈部连接的锥形刀体，所述切削刃包含相连接的球头切削端刃和锥度切削周刃，所述球头切削端刃设置于所述球头部，所述锥度切削周刃设置于所述锥形刀体，所述球头切削端刃包括球头切削刃和容屑槽，所述锥度切削周刃的刃口上沿螺旋线方向设有等间距分布的断屑槽，所述锥度切削周刃设有假刃带。

2.根据权利要求1所述的用于铝合金叶轮的锥度球头粗铣刀，其特征在于，所述假刃带的宽度为0.04mm-0.07mm，所述假刃带的后角α为2°-3°。

3.根据权利要求1所述的用于铝合金叶轮的锥度球头粗铣刀，其特征在于，所述球头切削端刃具有第一后角和第二后角，所述第一后角α₁为18°-20°，所述第二后角α₂为25°-30°。

4.根据权利要求3所述的用于铝合金叶轮的锥度球头粗铣刀，其特征在于，所述球头切削端刃的所述第二后角上设有第三倾斜面。

5.根据权利要求1所述的用于铝合金叶轮的锥度球头粗铣刀，其特征在于，所述锥度切削周刃具有第一后角和第二后角，所述第一后角α_o1为16°-20°，所述第二后角α_o2为25°-35°。

6.根据权利要求1所述的用于铝合金叶轮的锥度球头粗铣刀，其特征在于，所述容屑槽设有槽底面、出刀面和Rgash前刀面，所述Rgash前刀面包括Rgash端刃、Rgash中断刃、RgashOD刃，所述Rgash端刃的前角为0°，所述Rgash中断刃的前角为5°，Rgash OD刃的前角为5°。

7.根据权利要求1所述的用于铝合金叶轮的锥度球头粗铣刀，其特征在于，所述锥度切削周刃的开槽背宽自球头部至过渡颈部方向递增，所述锥度切削周刃设有刃背和刃背副槽。

8.根据权利要求1所述的用于铝合金叶轮的锥度球头粗铣刀，其特征在于，所述切削刃部设有碳化钽涂层。

9.根据权利要求1所述的用于铝合金叶轮的锥度球头粗铣刀，其特征在于，所述切削刃的刃口采用喷砂钝化处理。

10.根据权利要求1所述的用于铝合金叶轮的锥度球头粗铣刀，其特征在于，所述切削刃部的芯厚自球头部至过渡颈部方向递增，单边递增角度为3°-5°。

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