CN101767213A - 切削刀尖部分设有卷屑槽的pcd刀片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种切削刀尖部分设有卷屑槽的PCD刀片，该PCD刀片包括刀片基体(1)和切削刀尖(2)，开设于切削刀尖(2)处的卷屑槽(3)沿刀片的切削刃或切削刃带(4)平行布置，该卷屑槽(3)为一曲面凹槽，刀片基体(1)为硬质合金材料，切削刀尖(2)包含有聚晶金刚石材料；切削刀尖(2)的形状为三角形、弓形、圆形、圆环形、圆环扇形、扇形或多边形。本发明的PCD刀片具有工件表面损伤小、加工精度高、加工质量好、寿命长等优点。

Description

切削刀尖部分设有卷屑槽的PCD刀片

技术领域

本发明涉及一种金属切削刀片，尤其涉及一种在切削刃尖部分作特殊处理的切削刀片。

背景技术

聚晶金刚石(PCD)是一种在超高温和高压条件下人工合成的超硬材料，具有非常高的硬度(仅次于天然金刚石)，难以加工成形。聚晶金刚石主要用于制作进行有色金属(如铝、铜及其合金等)、非金属(如木材、复合地板及石材等)等材料的高速高精度切削加工刀具。该材料自面世以来，一直是只能被加工成无槽形的平板刀片或由直线构成的简单前角刀片。专利ZL200820123325.9公开了一种前刀面有断屑槽的PCD或PCBN刀片，在该专利说明书中记载其断屑槽13的构造为围绕刀刃12向下倾斜有一定尺寸，再向上倾斜延长到前刀面11而构成沟槽(参见附图1)，该沟槽的作用是在加工过程中，使被加工材料通过断屑槽产生塑性变形而断裂，以便加工顺畅，提高加工精度和质量，延长刀片寿命。然而，由该专利说明书内容及附图的描述可以看出，该断屑槽13仅是指在刀片基体1的前刀面11上加工了一个前角，该断屑槽13横截面的轮廓线为“V”字形(见附图1)，其前槽面14和后槽面15均为一平面，虽然客观上能起到断屑的作用，但断屑效果并不理想，其不能控制切屑的流出方向，以至于使切屑有可能对已被切削加工的表面造成损伤，影响产品的最终表面质量。另一方面，考虑到刀片的实际工作部位仅在刀尖部分，而该专利中刀片的断屑槽13占据了前刀面11的大部分面积，且刀片基体1和刀尖部分的材料未作严格区分，均采用高成本的PCD或PCBN制备，这对于生产加工来说也是一种极大的浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种对工件表面损伤小、加工精度高、加工质量好、寿命长的切削刀尖部分设有卷屑槽的PCD刀片。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种切削刀尖部分设有卷屑槽的PCD刀片，所述PCD刀片包括刀片基体和切削刀尖，开设于切削刀尖处的卷屑槽沿刀片的切削刃或切削刃带平行布置，其特征在于：所述卷屑槽为一曲面凹槽；所述刀片基体为硬质合金材料，所述切削刀尖包含有聚晶金刚石(PCD)材料；所述切削刀尖的形状为三角形、弓形、圆形、圆环形、圆环扇形、扇形或多边形。所述曲面凹槽根据实践中加工的需要，可以设置为封闭型或开放型的凹槽。本发明的技术方案中，所述切削刀尖的形状设置为三角形、弓形、圆形、圆环形、圆环扇形、扇形或多边形。所述切削刀尖的形状一般应当与刀片基体角槽的形状相配合，即圆形刀片可以选择圆形、圆环形或弓形的切削刀尖，三角形或菱形刀片可以选择三角形的切削刀尖等等，这样不仅方便加工制作，也方便刀片的使用和操作，且结构更加紧凑、美观，材料浪费较小。

上述的技术方案中，所述刀片基体和切削刀尖均可用PCD材料制作，但成本相对较高，因此本发明的刀片基体为硬质合金材料，而切削刀尖则包含PCD材料，所述切削刀尖和刀片基体再通过高频焊接而固定。因为刀片的实际工作部位主要在切削刀尖部分，因此仅在切削刀尖部分采用包含PCD的材料制作，能够在保证切削效率和刀片质量的前提下，大大减小成本。在此基础上，所述切削刀尖的厚度与刀片基体的厚度的比值优选为1∶(1～15)。

同样是出于成本的考虑，本发明技术方案的另一种更优选的材料布置方式为：所述刀片基体为硬质合金材料，所述切削刀尖包括表层的切削刃尖和里层的刀尖基片，所述切削刃尖为PCD材料，所述刀尖基片为硬质合金材料。此种情形下，刀尖基片是切削刃尖和刀片基体连接的过渡层，这样结构有利于焊接更加牢固。在此基础上，所述切削刀尖的厚度与刀片基体的厚度的比值优选为1∶(1～15)；所述切削刃尖的厚度与刀尖基片的厚度的比值优选为1∶(1～10)。

上述的技术方案中，所述曲面凹槽在任一横截面上的断面轮廓线可以是多种曲线条的光滑组合，优选为圆弧线、椭圆弧线或抛物线。所述任一横截面是指任一垂直于切削刃或切削刃带的竖直平面。断面轮廓线为圆弧线、椭圆弧线或抛物线的曲面凹槽，更有利于切屑按所设定的方向卷曲流出，以便更好地提高切削刃的锋利程度、提高加工质量、提高切削效率和延长刀片使用寿命。

上述的技术方案中，所述曲面凹槽的槽宽w优选为0.5mm～5mm(最优为1.0mm～3.0mm)，曲面凹槽的槽深d优选为0.02mm～0.5mm(最优为0.05mm～0.2mm)。根据刀片大小的不同和使用场合的不同，槽深和槽宽的取值也可做相应调整，但在前述优选的范围内取值更符合ISO数控刀片槽形的取值规范。

上述的技术方案中，如果切削刃带过宽，则刀片的锋利程度可能受限；如果切削刃带过窄，则切削刃的强度可能降低，因此综合考虑各项因素，所述切削刃带的宽度k在公知范围内优选为0.001mm～0.5mm。

与现有技术相比，本发明的优点在于：首先，由于本发明刀片中卷屑槽呈光滑曲面凹槽，因此用本发明的切削刀尖部分设有卷屑槽的PCD刀片在进行切削加工过程中，可以使得被加工材料的切屑按照卷屑槽所设定的方向卷曲流出(一般的平面凹槽很难达到该技术效果)，这样便能有效避免切屑对已加工的工件表面造成损伤，提高加工精度和加工质量；另一方面本发明卷屑槽能够有利地提高刀片切削刃的锋利程度，减小切削阻力，延长刀片的使用寿命。此外，作为本发明的进一步改进，本发明在刀片的结构、材料布置上也做了进一步优化和改进，使得本发明的刀片结构更加紧凑、刀片加工成本更小，外观更加美观，便于生产加工和操作使用。

附图说明

图1为现有带断屑槽的PCD刀片结构示意图；

图2为本发明实施例1中的PCD刀片的俯视图；

图3为图2中A-A处的剖视图；

图4为图3中B处的局部放大图；

图5为带有开放型卷屑槽的PCD刀片结构示意图；

图6为本发明实施例2中的PCD刀片的俯视图；

图7为图6中C-C处的剖视图；

图8为图7中D处的局部放大图；

图9为带有卷屑槽的多边形刀片结构示意图。

图例说明：

1、刀片基体       11、前刀面

12、刀刃          13、断屑槽

14、前槽面        15、后槽面

2、切削刀尖       21、切削刃尖

22、刀尖基片      3、卷屑槽

4、切削刃带

具体实施方式

实施例1：

如图2～图4所示的一种本发明的PCD刀片，包括菱形的刀片基体1和刀片基体1一角上固接的切削刀尖2，切削刀尖2的形状为三角形。切削刀尖2又包括表层的切削刃尖21和里层的刀尖基片22，切削刃尖21和刀片基体1是通过刀尖基片22过渡连接。刀片基体1和刀尖基片22均为硬质合金材料，切削刃尖21为PCD材料。刀片基体1的厚度H为2.38mm，切削刀尖2的厚度h₁为1.6mm，切削刃尖21的厚度h₂为0.5mm。

在切削刀尖2的切削刃尖21表面，沿刀片的切削刃带4平行开设有一卷屑槽3，卷屑槽3为一光滑曲面凹槽，该曲面凹槽的前槽面14延伸至切削刃带4所在平面，该曲面凹槽的后槽面15延伸至刀片切削刃尖21的上表面，即槽形完全在PCD切削刃尖21内，不会延伸到刀片基体1的前刀面11上。该曲面凹槽在任一横截面(任一垂直于切削刃带的竖直平面)上的断面轮廓线为一抛物线(参见图4)。切削刃带4的宽度k为0.05mm，曲面凹槽的槽宽w为1.5mm，曲面凹槽的槽深d为0.15mm。切削刀尖2圆角处的圆弧半径r为0.4mm。本实施例的曲面凹槽为封闭型凹槽，当然也可根据实践需要加工成如图5所示的开放型凹槽。

上述本实施例的PCD刀片是通过以下方法制备得到：先利用高频焊接或其他常规的高温熔渗方式，将切削刀尖2固接到硬质合金刀片基体1上，经磨削加工后再利用激光雕刻机(型号：LASERTEC40，德国德玛吉有限公司DMG生产)在切削刀尖2的切削刃尖21表面进行刻槽，激光刻槽时先将本实施例PCD刀片切削刃尖21的三维CAD模型数据输入该激光雕刻机中，驱动高能束流(高能束流主要是指激光束流、电子束流或电脉冲等)，刻槽完成并经常规的后续处理后得到本实施例的PCD刀片。

采用本实施例制备的PCD刀片，配合适当的刀具和切削参数，能有效地控制切屑的流出方向，很好地避免切屑对已被加工好的工件表面造成损伤。另一方面，由于本实施例刀片具有较锋利的切削刃，有效地降低了切削阻力，在同等切削效率的情形下，可大大地提高刀片的使用寿命；或在同等使用寿命的情形下，可大大地提高切削效率。

实施例2：

如图6～图8所示的一种本发明的PCD刀片，包括圆形的刀片基体1和刀片基体1一角上固接的切削刀尖2，切削刀尖2的形状为圆环形。切削刀尖2又包括表层的切削刃尖21和里层的刀尖基片22，切削刃尖21和刀片基体1是通过刀尖基片22过渡连接。刀片基体1和刀尖基片2均为硬质合金材料，切削刃尖21为PCD材料。刀片基体1的厚度H为3.18mm，切削刀尖2的厚度h₁为1.6mm，切削刃尖21的厚度h₂为0.5mm。

在切削刀尖2的切削刃尖21表面，沿刀片的切削刃带4平行开设有一环形卷屑槽3，卷屑槽3为一光滑曲面凹槽，该曲面凹槽的前槽面14延伸至切削刃带4所在平面，该曲面凹槽的后槽面15延伸至刀片切削刃尖21的上表面，即槽形完全在PCD切削刃尖21内，不会延伸到刀片基体1的前刀面11上。该曲面凹槽在任一横截面(任一垂直于切削刃带的竖直平面)上的断面轮廓线为一椭圆弧线(见图8)。切削刃带4的宽度k为0.08mm，曲面凹槽的槽宽w为1.5mm，曲面凹槽的槽深d为0.12mm。

上述本实施例的PCD刀片是通过以下方法制备得到：先利用高频焊接或其他常规的高温熔渗方式，将切削刀尖2固接到硬质合金刀片基体1上，经磨削加工后再利用激光雕刻机(型号：LASERTEC40，德国德玛吉有限公司DMG生产)在切削刀尖2的切削刃尖21表面进行刻槽，激光刻槽时先将本实施例PCD刀片切削刃尖21的三维CAD模型数据输入该激光雕刻机中，驱动高能束流(高能束流主要是指激光束流、电子束流、电脉冲等)，刻槽完成并经常规的后续处理后得到本实施例的PCD刀片。

采用本实施例制备的PCD刀片，配合适当的刀具和切削参数，能有效地控制切屑的流出方向，很好地避免切屑对已加工好的工件表面造成损伤。另一方面，由于本实施例刀片具有较锋利的切削刃，有效地降低了切削阻力，在同等切削效率的情形下，可大大地提高刀片的使用寿命；或在同等使用寿命的情形下，可大大地提高切削效率。

本发明除了可应用于上述实施例1的菱形刀片、实施例2的圆形刀片以外，还可应用于三角形、四边形和如图9所示的多边形刀片，在该多边形刀片上，切削刀尖的底面仍可加工成实施例1的三角形状。

上述各实施例仅仅是为更清楚地描述本发明的内容，但并不能构成对本发明的限制，任何与本发明构成实质性相同或等同的技术方案均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种切削刀尖部分设有卷屑槽的PCD刀片，所述PCD刀片包括刀片基体(1)和切削刀尖(2)，开设于切削刀尖(2)处的卷屑槽(3)沿刀片的切削刃或切削刃带(4)平行布置，其特征在于：所述卷屑槽(3)为一曲面凹槽；所述刀片基体(1)为硬质合金材料，所述切削刀尖(2)包含有聚晶金刚石材料；所述切削刀尖(2)的形状为三角形、弓形、圆形、圆环形、圆环扇形、扇形或多边形。

2.根据权利要求1所述的切削刀尖部分设有卷屑槽的PCD刀片，其特征在于：所述曲面凹槽在任一横截面上的断面轮廓线为圆弧线、椭圆弧线或抛物线。

3.根据权利要求1或2所述的切削刀尖部分设有卷屑槽的PCD刀片，其特征在于：所述切削刀尖(2)的厚度与刀片基体(1)的厚度的比值为1∶(1～15)。

4.根据权利要求1或2所述的切削刀尖部分设有卷屑槽的PCD刀片，其特征在于：所述切削刀尖(2)包括表层的切削刃尖(21)和里层的刀尖基片(22)，所述切削刃尖(21)为聚晶金刚石材料，所述刀尖基片(22)为硬质合金材料。

5.根据权利要求4所述的切削刀尖部分设有卷屑槽的PCD刀片，其特征在于：所述切削刀尖(2)的厚度与刀片基体(1)的厚度的比值为1∶(1～15)；所述切削刃尖(21)的厚度与刀尖基片(22)的厚度的比值为1∶(1～10)。

6.根据权利要求1或2所述的切削刀尖部分设有卷屑槽的PCD刀片，其特征在于：所述曲面凹槽的槽宽w为0.5mm～5mm，曲面凹槽的槽深d为0.02mm～0.5mm。

7.根据权利要求6所述的切削刀尖部分设有卷屑槽的PCD刀片，其特征在于：所述曲面凹槽的槽宽w为1.0mm～3mm，曲面凹槽的槽深d为0.05mm～0.2mm。

8.根据权利要求1或2所述的切削刀尖部分设有卷屑槽的PCD刀片，其特征在于：所述切削刃带(4)的宽度k为0.001mm～0.5mm。

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