CN101637829B - 硬质合金冷作模压坯油槽铣刀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硬质合金冷作模压坯油槽铣刀，它包括带6个～12个锯齿的钢基体(2)和与锯齿数量相同的PCD刀片(1)，钢基体(2)锯齿背面设计成倾斜平底形，PCD刀片(1)焊接在钢基体(2)锯齿上；针对硬质合金压坯整体强度低而颗粒坚硬，加工过程中极易出现加工面崩塌的难题，对铣刀的多项几何参数尤其是几何角度做了具体限定。用该铣刀加工硬质合金冷作模压坯油槽时可保持油槽棱边的完整和加工面粗糙度≤Ra0.8，解决了现有铣刀加工硬质合金压坯无法保证加工表面质量的难题。

Description

硬质合金冷作模压坯油槽铣刀

一、技术领域

本发明涉及机械加工刀具，具体涉及硬质合金冷作模特别是冷墩模压坯油槽加工铣刀。

二、背景技术

硬质合金冷墩模压坯由硬质合金复合粉末经模具压制而成，坯体整体强度低而颗粒坚硬，压坯油槽加工过程中极易出现加工面崩塌的现象，且坚硬的粉末极易造成刀具的磨损，对切削过程刀具切削力的控制极其苛刻，切削力太小达不到加工的目的，切削力太大则造成加工面严重损坏导致加工失败，因此对刀具提出了很苛刻的要求，不仅材质好，而且对刀具的多项几何参数尤其是几何角度提出了特定的要求。

目前硬质合金冷墩模压坯油槽普遍采用金刚石镀膜砂轮来加工，通过设计砂轮的厚度来控制冷墩模油槽的宽度。因刀具形状结构和几何参数不适合硬质合金压坯加工，其加工区域特别是油槽棱边无法保持完整，常出现崩边现象，废品率高，且因砂轮本身结构限定了无法正常排屑，油槽的加工质量也受到严重的影响，导致加工表面粗糙，难以获得高质量的加工表面。

发明专利ZL01803529.9公开了一种切口铣刀及其切削刀片，其刀片是用螺丝固定在圆盘上的，为确保螺丝强度，刀片的厚度不可能小于6mm，故不能加工宽度小于6mm的硬质合金冷墩模油槽；ZL200520101189.X公开了一种圆盘铣刀，它由于采用刀片组装的形式，无法做到每个刀片角度的一致性，影响加工表面的加工质量；工具书《新标准机械零件和刃具手册》(兵器工业出版社出版，1996年5月)第608页和第614页描述了粗齿锯片铣刀和凸半圆铣刀。由于硬质合金冷墩模压坯油槽的加工对刀具的多项几何参数尤其是几何角度提出了特定的要求，经过大量实验发现，上述铣刀均无法保证加工表面的加工质量。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种硬质合金冷作模压坯油槽铣刀，用该铣刀加工硬质合金冷作模压坯油槽时可保持油槽棱边的完整和加工面粗糙度≤Ra0.8，以解决现有铣刀加工硬质合金压坯无法保证加工表面质量的难题。

为实现上述目的，本发明硬质合金冷作模压坯油槽铣刀包括带6个～12个锯齿的钢基体和与锯齿数量相同的PCD刀片，钢基体锯齿背面设计成倾斜平底形，PCD刀片焊接在钢基体锯齿上；钢基体和刀片的各部位尺寸参数及取值如下：

a-钢基体中心至齿顶的距离：18mm～30mm；

b-钢基体外切圆直径：Φ36mm～50mm；

c-刀片表面至齿顶距离：2mm～10mm；

d-钢基体中心线至齿顶的距离：2mm～10mm；

f-刀片内切圆直径：Φ28mm～40mm；

g-刀具孔径：Φ8mm～30mm；

h-钢基体后面倾角：30°～45°；

i-刀片外切圆直径：Φ38mm～50mm；

e-刀片最大厚度(槽宽度)：2mm～10mm；

j-钢基体厚度：e-(0.1mm～0.7mm)

m-刀片长度：3mm～20mm；

n-刀片厚度：0.5mm～10mm；

p-刀片焊接倒角：(0.2～4)X(15°～60°)；

k-刀片后角：6°～20°；

y-刀片的副后角：1°～15°；

r-刀片底面与副后面的夹角：80°～95°；

s-刀刃圆弧半径：0.5e。

所述锯齿最佳数量为8个。

上述参数中影响铣刀切削的主要参数包括：

b：在PCD刀片尺寸和内切圆直径f确定后，b的大小直接影响了PCD刀片露出钢基体的长度，从而影响刀片的刚性，b值越小，则刀片的刚性越差，当钢基体尺寸超过PCD刀片时，刀具则无法实现正常切削。

f：其取值范围决定了铣刀钢基体的强度和刚性，在铣刀的切削过程中，钢基体要承受交变载荷的作用，f值太小时，铣刀工作时会由于钢基体的刚性不够而产生变形，最终失效。

h：铣刀在切削过程中，刀片要承受切向阻力，当h取值太小时，会造成钢基体在切向阻力的作用下产生变形，从而导致刀具工作失效。

i：i大小决定了铣刀的切削时的线速度，i越大则线速度也越大。硬质合金压坯的强度很低，当铣刀的线速度太大时，会由于过大的切削力使压坯崩溃，从而导致加工失败。

j：钢基体的厚度决定着钢基体的刚性，也影响着切削过程切屑的排出。因此，在切削过程中能保证切屑正常排出的情况下，j应尽可能取大值。

k：作为刀具的后角，直接影响着刀具的锋利度和工件表面加工质量。当k太大时，会缩短刀具的使用寿命；当k值太小时，会由于刀片太钝无法实现较小的加工表面粗糙度。

r：刀具的r角的大小影响了刀具切削力的大小。r越小，则刀片主偏角(主偏角＝90°-r)越大，刀片锋利度增加，但刀具的刚度变差，不利于刀具加工过程承受切削力，易造成刀具损坏及加工面粗糙。反之，r越大，则刀具的主偏角越小，刀具的刚性虽然有所增强，但太小的主偏角不利于切屑的排出，当r大于90°时，负的主偏角会造成加工时副刀刃与工件接触面过大，使工件承受的切削力太大而带来振动现象，直接影响工件的加工表面粗糙度。

y：刀片的副后角y影响了刀片的强度和刚度，也影响刀具的使用寿命。当y太大时，刀片易崩刃，从而缩短刀具的使用寿命；当y太小时，会因刀片太钝及切屑无法排出，降低工件表面加工质量。

本发明通过采用钢基体的锯齿形倾斜平底设计，有效地解决了硬质合金压坯加工过程的粉末屑排出问题，切屑得以及时排出，保证了加工面的光洁度；刀片的副后角y保证了刀具的锋利度，减小了切削阻力，r角的选择有利于切屑的排出；采用的PCD材料制作刀具，适应了硬质合金压坯粉末硬而松软的加工环境，保证了合金压坯槽加工后棱边的完整。

应用本发明的铣刀铣削加工硬质合金冷墩模压坯油槽，不仅能保持油槽棱边的完整，不出现缺边角现象，而且加工表面粗糙度不高于Ra0.8，烧结后的冷墩模油槽合格。此外，该铣刀制作简单、成本低，易于实现刀具制作。

四、附图说明

图1是本发明硬质合金冷作模压坯油槽铣刀主视图；

图2是图1的A向剖视图；

图3是本发明硬质合金冷作模压坯油槽铣刀PCD刀片主视图；

图4是图3的左视图；

图5是图3的俯视图。

五、具体实施方式

下面结合具体实施事例对本发明作进一步详细描述。

实施例一

图1～图5所示本发明硬质合金冷作模压坯油槽铣刀包括带8个锯齿的钢基体2和8个PCD刀片1，钢基体锯齿背面设计成倾斜平底形，PCD刀片1焊接在钢基体锯齿上；钢基体2和PCD刀片1的各部位尺寸参数取值如下：主要参数b：Φ40mm、f：Φ30.2mm、h：37°、i：Φ42.2mm、j：5.6mm、k：12°、r：89°、y：2°；其他参数a：18mm～30mm、c：2mm～10mm、d：2mm～10mm、e：6mm、g：Φ8mm～30mm、m：3mm～20mm、n：0.5mm～10mm、p：(0.2～4)X(15°～60°)、s：3mm。

将铣刀安装在万能工具磨床上，设定刀具转速3600r/min；在分度卡盘上装夹硬质合金冷墩模压坯，并利用分度头进行油槽位置分度，先后分别加工YG15、YG20两个硬质合金牌号的冷墩模压坯油槽。

加工时，采用手工操作匀速平稳推送工件，加工尺寸(宽×深)为3.2mm×2.5mm油槽四条，每个槽一次完成加工。

加工完毕检查，YG15和YG20两种牌号的四条油槽棱边完整，粗糙度Ra0.8，完全符合冷墩模毛坯的加工要求。

实施例二

将PCD刀片1的几何角度改变为h：35°、k：10°、r：85°、y：3°，其他条件同实施例一。

将铣刀安装在万能工具磨床上，设定刀具转速3600r/min；在分度卡盘上装夹冷墩模压坯，并利用分度头进行油槽位置分度。加工YG15、YG20两个牌号的冷墩模压坯油槽。

加工时，采用手工操作以较慢速度匀速平稳推送工件，加工尺寸(宽×深)为3.2mm×2.5mm油槽四条，每条油槽一次完成加工。

加工过程发现铣刀有轻微振动现象，加工完毕检查，油槽棱边有极轻微缺角，表面粗糙度较实施例一粗，但仍符合冷墩模压坯油槽加工要求。

实施例三

改变钢基体2的径向尺寸为b：Φ44.0mm、f：Φ34.0mm、i：Φ46.0mm，其他条件同实施例一。

将铣刀安装在万能工具磨床上，设定刀具转速3600r/min；在分度卡盘上装夹冷墩模压坯，并利用分度头进行油槽位置分度，分别加工YG15、YG20两个牌号的冷墩模压坯油槽。

加工时，采用手工操作平稳推送工件，以缓慢速度匀速推进，加工尺寸(宽×深)为3.2mm×2.5mm油槽四条，每条油槽一次完成加工。

加工完毕检查，加工表面有轻微跳刀现象、略显粗糙(表面粗糙度为Ra1.6)，油槽棱边部份区域轻微缺角，仍然满足冷墩模压坯油槽加工要求。

实施例四

同时改变刀具和PCD刀片1的尺寸和几何角度为：b：Φ48mm、f：Φ38.0mm、i：Φ50.0mm、h：40°、k：14°、r：87°、y：5°，其他条件同实施例一。

将铣刀安装在万能工具磨床上，设定刀具转速3600r/min；在分度卡盘上装夹冷墩模压坯，并利用分度头进行油槽位置分度。分别加工YG15、YG20两个牌号的冷墩模压坯油槽。

加工时，采用手工操作匀速平稳推送工件，加工尺寸(宽×深)为3.2mm×2.5mm油槽四条，每个槽一次完成加工。加工过程发现，采用上述刀具参数后，切削时刀具较锋力，切削排屑顺利，但刀具的寿命较短，刀刃易磨损。

加工完毕检查，YG15和YG20两种牌号的油槽底面和侧面粗糙度为Ra0.8，棱边部份区域存在轻微缺角现象，符合冷墩模压坯油槽的加工要求。

实施例五

保持刀具原有b、f、i尺寸，改变PCD刀片1的几何角度为：h：44°、k：16°、r：92°、y：12°，其他条件同实施例一。

将铣刀安装在万能工具磨床上，设定刀具转速3600r/min；在分度卡盘上装夹冷墩模压坯，并利用分度头进行油槽位置分度，加工YG15、YG20两个牌号的冷墩模压坯油槽。

加工时，采用手工操作以较慢速度匀速平稳推送工件，加工尺寸(宽×深)为3.2mm×2.5mm油槽四条，每条油槽一次完成加工。加工过程发现，由于r＞90°，刀片出现卡滞现象，卡刀的结果造成崩边及加工面粗糙。

实施例五h取值较大，钢基体的钢性较好，刀具的k和y取值也较大，r＝92°，主偏角为负2°。加工过程中，虽然副刀刃和工件产生一定程度磨擦，但由于刀片本身锋利度较好，因此，仍能保持较好的加工状态。

加工完毕检查，油槽棱边完整，侧面和底面稍粗糙(粗糙度为Ra1.6)，油槽侧面有轻微的加工痕迹，但仍能达到冷墩模压坯油槽加工要求。

对比例

将相同尺寸高速钢粗齿锯片铣刀安装在万能工具磨床上，设定铣刀转速3600r/min，在分度卡盘上装夹冷墩模压坯，并利用分度头进行油槽位置分度，加工YG15、YG20两个牌号的冷墩模压坯油槽。

加工过程中，采用手工方法以较慢速度匀速平稳推送工件，加工尺寸(宽×深)3.2mm×2.5mm油槽；加工过程中可见油槽棱边崩角，加工面粗糙，无法测量加工面粗糙度，达不到加工要求；经调整有利于加工的工艺参数多次试加工，油槽棱边仍然崩边，加工表面仍然粗糙，仍然无法满足加工要求。

由此可见，应用本发明的硬质合金压坯油槽铣刀，一是能实现硬质合金压坯的加工成形，二是使用寿命长，批量生产应用表明，按每班加工八小时计，每月生产26天，刀具连续使用八个月时间仍未失效。

Claims (2)

1.一种硬质合金冷作模压坯油槽铣刀，包括带锯齿的钢基体(2)和与锯齿数量相同的PCD刀片(1)，其特征是：钢基体锯齿背面设计成倾斜平底形，PCD刀片(1)焊接在钢基体锯齿上，锯齿数量6个～12个；钢基体(2)和PCD刀片(1)的各部位尺寸参数及取值如下：

a-钢基体中心至齿顶的距离：18mm～30mm；

b-钢基体外切圆直径：Φ36mm～50mm；

c-刀片表面至齿顶距离：2mm～10mm；

d-钢基体中心线至齿顶的距离：2mm～10mm；

f-刀片内切圆直径：Φ28mm～40mm；

g-刀具孔径：Φ8mm～30mm；

h-钢基体后面倾角：30°～45°；

i-刀片外切圆直径：Φ38mm～50mm；

e-刀片最大厚度：2mm～10mm；

j-钢基体厚度：e-(0.1mm～0.7mm)

m-刀片长度：3mm～20mm；

n-刀片厚度：0.5mm～10mm；

p-刀片焊接倒角：(0.2～4)X(15°～60°)；

k-刀片后角：6°～20°；

y-刀片的副后角：1°～15°

r-刀片底面与副后面的夹角：80°～95°；

s-刀刃圆弧半径：0.5e。

2.根据权利要求1所述硬质合金冷作模压坯油槽铣刀，其特征是：所述锯齿数量为8个。

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