CN103008702A - 一种用于软质金属材料加工的多边形切削刀片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于软质金属材料加工的多边形切削刀片，刀片本体由上表面、下表面和侧表面以及连接侧表面的圆锥面构成，定位孔位于刀片本体几何形状的中心位置，切削单元分布于两邻边夹角处，所述切削单元包括上表面向下表面凹陷形成的前刀面，前刀面与圆锥面相交形成的主切削刃，前刀面与侧表面相交形成的侧切削刃,其特征在于：所述切削单元还包括自前刀面沿角平分线BI向定位孔依次顺滑联接延伸的凹陷的容屑面、至少两组间隔设置的、横跨角平分线BI对称凸起的凸曲面和联接各组凸曲面的脊峰曲面，所述各组凸曲面和各脊峰曲面通过过渡圆弧面顺滑过渡，形成自容屑面始的扇形波浪状曲面。

Description

一种用于软质金属材料加工的多边形切削刀片

技术领域

本发明涉及一种金属切削用车削刀片，尤其涉及用于软质金属材料加工的多边形切削刀片。

背景技术

软质金属材料通常具有硬度低、刚性差、弹性模量低、延展性高和熔点低等特点，而这些特点直接的影响了软质金属材料的加工性能。对于软质金属材料加工车削刀片结构，一般具有两类结构：一类是具有锋利的前角和较大开口的排屑空间，此类结构中前刀面与排屑平台之间以一个平面或一个圆弧面相连接。切削加工中，切屑会沿刀片尖端的前刀片滑行至与排屑平台相连接的平面或圆弧面，再经过排屑平台排出，对于软质金属材料来说，在切削过程中，切屑可能以整体形式沿前刀面在排屑平台移动延伸，并自然卷曲掉落，由于切屑与前刀面接触面积过大，使切削温度升高，导致切屑黏结在刀片的前刀面上，使刀片的实际加工前角发生变化，影响加工质量与刀片的使用寿命。在此过程中，切屑的卷曲，切屑的流向及切屑与前刀面的接触无法人为的控制或预知，切屑也很难折断，尤其是在小进给加工过程中更为明显，致使切屑相互缠绕，损伤已加工工件表面，造成产品光洁度达不到要求。如美国专利US6217264B1公开的切削刀片将前刀面以内的曲面设计成类似于波浪的形状，以减小切屑与切削刀片的接触，降低了切削温度。但其刀片波浪形的曲面过于平滑，在一些轻切削场合，此类结构的断屑槽并不能实现对切屑进行有效的控制。

另一类是设置锋利的前角，并在靠近刀尖部位处设计小断屑台，此种结构减小了切屑与前刀面的接触面积，减少摩擦，有效控制了切削温度，对切屑流向也有所控制，小进给加工时断屑效果也有所提高，但是此种结构，由于切屑流动过程中受到阻力较大，排屑能力相对较差，且易积屑，影响已加工产品质量及刀片使用寿命。如中国专利CN101695761A公开的切削刀片就采用上述结构，其切削刀片的断屑台之间以平面过渡，不能完全避免切屑与过渡平面之间的摩擦，所以并不能够有效的控制切削温度。

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，提供一种用于软质金属材料加工多边形切削刀片，它可有效控制切屑的形状和流向，减少切屑与刀片上表面的接触，降低切削温度，同时有效控制黏屑、缠屑和积屑现象。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于软质金属材料加工的多边形切削刀片，刀片本体由上表面1、下表面2和侧表面4以及连接侧表面的圆锥面7构成，定位孔3位于刀片本体几何形状的中心位置，切削单元分布于两邻边夹角处，所述切削单元包括上表面1向下表面2凹陷形成的前刀面8，前刀面8与圆锥面7相交形成的主切削刃5，前刀面8与侧表面4相交形成的侧切削刃14,其特征在于：所述切削单元还包括自前刀面8沿角平分线BI向定位孔3依次顺滑联接延伸的凹陷的容屑面11、至少两组间隔设置的、横跨角平分线BI对称凸起的凸曲面9和联接各组凸曲面9的脊峰曲面10，所述各组凸曲面9和各脊峰曲面10通过过渡圆弧面12顺滑过渡，形成自容屑面11始的扇形波浪状曲面。

所述两组以上凸曲面9及联接各组凸曲面9的脊峰曲面10分布规则是：第一组凸曲面9a自容屑面11凸起，第一脊峰曲面10a自第一组凸曲面9a后表面沿角平分线BI凸起延伸，第二组凸曲面9b横跨于第一脊峰曲面10a上，第二脊峰曲面10b自第二组凸曲面9b后表面沿角平分线BI凸起延伸，依次，多组凸曲面9自容屑面到中心定位孔方向呈波浪状分布，每组凸曲面与角平分线BI形成锐角η，η为50°～75°。

所述容屑面11的宽度k为0.3mm～0.6mm，长度m为0.4mm～1.2mm，容屑面11为平面且与下表面2所形成的虚拟锐角θ为12°～22°，容屑面11通过圆弧过渡面12与前刀面8光滑过渡，容屑面11与前刀面8的虚拟交线到主切削刃5最高点的最近水平距离d为0.15mm～0.85mm，最近垂直距离h为0.05mm～0.35mm。

凸曲面9空间形状为向上凸起的半圆柱面，各组凸曲面9的半径自主切削刃到中心定位孔方向9a、9b、9c在R0.15mm～R1.8mm范围内依次递增，所述第一组凸曲面9a到侧切削刃14的垂直距离s为0.5mm～0.9mm。

每组凸曲面9的最高点到容屑面11的垂直距离f，即f1、f2、f3，自主切削刃到中心定位孔方向在0.05mm～0.6mm范围内依次递增。

所述各脊峰曲面10的空间形状为向上凸起半圆锥形，所述半圆锥形的半径沿角平分线自刀尖到中心定位孔方向逐渐增加。

邻近侧切削刃14处的前刀面8与凸曲面9形成的卷屑角ω为120°～160°。

前刀面8与下表面2形成的虚拟锐角α为刀片的前角，侧表面4与刀片定位孔3的中心轴线CE形成的虚拟锐角β为刀片的后角，靠近主切削刃5的侧切削刃14与下表面2所形成的虚拟锐角λs为刀片的刃倾角，当前角α为19°～25°、后角β为5°～11°时，刃倾角λs为5°～12°。

所述主切削刃5高于侧切削刃14，呈空间立体曲线分布。

与现有技术相比，本发明的优点在于：用于引导切屑的前刀面、容屑面、多组凸曲面、多个脊峰曲面、圆弧过渡面形成顺滑波浪形导、排屑结构，使切屑经容屑面、圆弧过渡面和凸曲面引导后自然卷曲、折断，顺利的被引导、排出加工区域。容屑面保证切屑流向顺畅，以改善积屑现象。多组凸曲面沿多边形刀片两邻边夹角的角平分线自主切削刃到中心定位孔方向波浪状分布，圆弧过渡面连接凸曲面和脊峰曲面且呈波浪形分布在凸曲面***，可减少切屑与刀片上表面的接触，从而减少切屑与刀片上表面的摩擦，有效降低切削温度，改善了黏屑现象，延长刀具的使用寿命。相邻两个凸曲面的中间段连有脊峰曲面和圆弧过渡面，该脊峰曲面可以使切屑自然的向脊峰曲面两侧偏转，有利于切屑顺畅的从刀片两侧排出，且圆弧过渡面导屑能力强，避免切屑落在被加工的工件表面，从而提高加工质量。

总之，本发明可有效控制切屑的形状和流向，减少切屑与刀片的上表面接触，降低切削温度，同时有效控制黏屑、缠屑和积屑现象，适用于软质材料的加工。

附图说明

图1是本发明多边形切削刀片的立体图；

图2是本发明多边形切削刀片的主视图；

 图3是图2的G部放大图；

 图4是图2的A-A剖面图；

图5是图4的H部放大图；

 图6是图2的H-H剖面图；

图7是图2的V向视图；

图中各标号表示；

 1上表面        2下表面

 3定位孔        4侧表面

5主切削刃      7圆锥面        

8前刀面         9凸曲面        

10脊峰曲面      11容屑面      

12圆弧过渡面   14侧切削刃

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

本发明提供的一种用于软质材料加工的多边形切削刀片，如附图1-7所示，所述多边形切削刀片为四边形刀片，刀片本体由上表面1、下表面2和侧表面4以及连接侧表面的圆锥面7构成，定位孔3位于刀片本体几何形状的中心位置，切削单元分布于两邻边夹角处，所述切削单元包括上表面1向下表面2凹陷形成的前刀面8，前刀面8与圆锥面7相交形成的主切削刃5，前刀面8与侧表面4相交形成的侧切削刃14，所述切削单元还包括自前刀面8沿角平分线BI向定位孔3依次顺滑联接延伸的凹陷的容屑面11、至少两组间隔设置的、横跨角平分线BI对称凸起的凸曲面9和联接各组凸曲面9的脊峰曲面10，所述各组凸曲面9和各脊峰曲面10通过过渡圆弧面12顺滑过渡，形成自容屑面11始的扇形波浪状曲面。

用于引导切屑的前刀面8、容屑面11、多组凸曲面9、多个脊峰曲面10、圆弧过渡面12形成的扇形波浪状曲面,使切屑经容屑面11、圆弧过渡面12和凸曲面9引导后自然卷曲、折断，顺利的被引导、排出加工区域，容屑面11保证切屑流向顺畅，以改善积屑现象，脊峰曲面10可以使切屑自然的向脊峰曲面10两侧偏转，有利于切屑顺畅的从刀片两侧排出，且圆弧过渡面12导屑能力强，避免切屑落在被加工的工件表面，从而提高加工质量。各组凸曲面9沿多边形刀片两邻边夹角的角平分线自主切削刃到中心定位孔方向呈波浪状分布，圆弧过渡面12连接凸曲面9和脊峰曲面10且呈波浪形分布在凸曲面9***，可减少切屑与刀片上表面2的接触，从而减少切屑与刀片上表面2的摩擦，有效降低切削温度，改善了黏屑现象，从而延长刀具的使用寿命，尤其适应于软质材料加工，如铝材等金属材料。

具体地，所述两组以上凸曲面9及联接各组凸曲面9的脊峰曲面10的分布规则是：第一组凸曲面9a自容屑面11凸起，第一脊峰曲面10a自第一组凸曲面9a后表面沿角平分线BI凸起延伸，第二组凸曲面9b横跨于第一脊峰曲面10a上，第二脊峰曲面10b自第二组凸曲面9b后表面沿角平分线BI凸起延伸，依次，多组凸曲面9自容屑面到中心定位孔方向呈波浪状分布，每组凸曲面9与角平分线BI形成锐角η，η为50°～75°；本实施例中η为70°。

上述限定可保证每组凸曲面9面向刀尖方向形成一个向上凸起环状，且第一组凸曲面对容屑面11形成半包围形式，在切削加工的过程中，切屑沿前刀面和容屑面向前滑动，在经过环形并向上凸起的凸曲面9时切屑即被抬起，从而实现对切屑的卷曲和折断。

更具体地，所述凸曲面9空间形状为向上凸起的半圆柱状，其每组凸曲面9，即9a、9b、9c的半径自主切削刃5到中心定位孔方向依次递增，区间为R0.15mm～R1.8mm，本实施例中9a为R0.15mm、9b为R0.3mm、9c为R0.4mm。且最接近主切削刃5的第一组凸曲面9a到侧切削刃14的垂直距离s为0.5mm～0.9mm，本实施例中s为0.8mm。

上述的限定范围中，凸曲面9半径大小的取值主要基于刀片的整体比例。s值的范围控制了第一组凸曲面9a与切削刃的距离，过小的s值刀片更适合于精加工，相反过大的s值则适合于粗加工。

每组凸曲面9的最高点位置到容屑面11的垂直距离f，即f1、f2、f3自主切削刃到中心定位孔方向依次递增， f为0.05mm～0.6mm，本实施例中f1为0.06mm、f2为0.17mm、f3为0.32mm。

上述的限定范围中，f值以容屑面11为基准，自主切削刃5到中心定位孔方向依次递增，在加工的过程中，上述结构能使切屑在向前滑动的过程中其卷屑角度越来越小，对切削的控制能起到积极的作用。

作为本发明的最佳实施方式，所述容屑面11的宽度k为0.3mm～0.6mm，长度m为0.4mm～1.2mm，容屑面11为平面且与下表面2所形成的虚拟锐角θ为12°～22°。本实施例中k为0.3mm， m为0.55mm，θ为21°。

上述的限定范围使容屑面作用最理想，角度θ过大会导致容屑面与前刀面角度相同，从而失去容屑面期待的作用，而过小导致刀片在使用过程中容易出现粘结的现象。上述容屑面的宽度和长度的限定范围可结合不同形状、不同大小的刀片本体确定其取值。

容屑面11通过圆弧过渡面12与前刀面8光滑过渡，容屑面11与前刀面8的虚拟交线到主切削刃5最高点的最近水平距离d为0.15mm～0.85mm，最近垂直距离h为0.05mm～0.35mm。本实施例中d为0.45mm， h为0.21mm。

上述的限定范围主要是控制容屑面与主切削刃之间的空间距离，其值过大或过小都会对切削产生不良的影响。过大会导致小切深难于断屑，过小容易出现粘结的现象。

本发明中，所述各脊峰曲面10的空间形状可以为各种向上凸起曲面，优选为半圆锥形，所述空间形状为向上凸起半圆锥形的半径沿角平分线自刀尖到中心定位孔方向逐渐增加。各脊峰曲面10的上述空间形状能够使切屑自然的向刀片两侧偏转。

作为本发明的最佳实施方式，邻近侧切削刃14处的前刀面8与凸曲面9形成的卷屑角ω为120°～160°。本实施例中ω为153°。

作为本发明的最佳实施方式，所述前刀面8与下表面2形成的虚拟锐角α为刀片的前角，侧表面4与刀片定位孔3的中心轴线CE形成的虚拟锐角β为刀片的后角，靠近主切削刃5的侧切削刃14与下表面2所形成的虚拟锐角λs为刀片的刃倾角，当前角α为19°～25°、后角β为5°～11°时，刃倾角λs为5°～12°。更优选地，本实施例中，前角α为25°，后角β为7°，λs为5°～12°，本实施例中刃倾角λs取值为8°。

作为最佳实施方式，主切削刃5通过侧切削刃14连接成空间曲线形状，且主切削5的中点位置最高，其切削刃呈空间曲线结构，增大了切削刃与工件的接触面积，便于顺畅地切除工件材料，同时又使刀尖具有足够的强度，且具有较大的前角和后角，使刀片更加锋利，切削更轻快，提高生产效率，使用起来更加方便、灵活。

上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的原理的前提下，还可以作出若干等同变换，如刀片的基本外形除了可以是正方形外，还可以是平行四边形，菱形，三角形，五边形，六边形等，这些等同变换均应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1. 一种用于软质金属材料加工的多边形切削刀片，刀片本体由上表面(1)、下表面(2)和侧表面(4)以及连接侧表面的圆锥面(7)构成，定位孔(3)位于刀片本体几何形状的中心位置，切削单元分布于两邻边夹角处，所述切削单元包括上表面(1)向下表面(2)凹陷形成的前刀面(8)，前刀面(8)与圆锥面(7)相交形成的主切削刃(5)，前刀面(8)与侧表面(4)相交形成的侧切削刃(14),其特征在于：所述切削单元还包括自前刀面(8)沿角平分线（BI）向定位孔(3)依次顺滑联接延伸的凹陷的容屑面(11)、至少两组间隔设置的、横跨角平分线（BI）对称凸起的凸曲面（9）和联接各组凸曲面（9）的脊峰曲面（10），所述各组凸曲面（9）和各脊峰曲面（10）通过过渡圆弧面(12)顺滑过渡，形成自容屑面(11)始的扇形波浪状曲面。

2.根据权利要求1所述的多边形切削刀片，其特征在于：所述至少两组凸曲面（9）及联接各组凸曲面（9）的脊峰曲面（10）的分布规则是：第一组凸曲面(9a)自容屑面(11)凸起，第一脊峰曲面(10a)自第一组凸曲面(9a)后表面沿角平分线（BI）凸起延伸，第二组凸曲面（9b）横跨于第一脊峰曲面（10a）上，第二脊峰曲面（10b）自第二组凸曲面（9b）后表面沿角平分线（BI）凸起延伸，依次，多组凸曲面（9）自容屑面到中心定位孔方向呈波浪状分布，每组凸曲面与角平分线（BI）形成锐角η，η为50°～75°。

3.根据权利要求1所述的多边形切削刀片，其特征在于：所述容屑面（11）的宽度k为0.3mm～0.6mm，长度m为0.4mm～1.2mm，容屑面（11）为平面且与下表面（2）所形成的虚拟锐角θ为12°～22°，容屑面（11）通过圆弧过渡面(12)与前刀面（8）光滑过渡，容屑面（11）与前刀面（8）的虚拟交线到主切削刃（5）最高点的最近水平距离d为0.15mm～0.85mm，最近垂直距离h为0.05mm～0.35mm。

4.根据权利要求1或2所述的多边形切削刀片，其特征在于：凸曲面（9）空间形状为向上凸起的半圆柱面，各组凸曲面（9a、9b、9c）的半径自主切削刃到中心定位孔方向在R0.15mm～R1.8mm范围内依次递增，所述第一组凸曲面（9a）到侧切削刃（14）的垂直距离s为0.5mm～0.9mm。

5.根据权利要求1-4任一项所述的多边形切削刀片，其特征在于：每组凸曲面（9）的最高点到容屑面(11)的垂直距离f1、f2、f3自主切削刃到中心定位孔方向在0.05mm～0.6mm范围内依次递增。

6.根据权利要求1或2所述的多边形切削刀片，其特征在于：所述各脊峰曲面（10）的空间形状为向上凸起的半圆锥形，所述半圆锥形的半径沿角平分线自刀尖到中心定位孔方向逐渐增加。

7.根据权利要求1、2、4和5任一项所述的多边形切削刀片，其特征在于：邻近侧切削刃（14）处的前刀面（8）与凸曲面（9）形成的卷屑角ω为120°～160°。

8.根据权利要求1或2所述的多边形切削刀片，其特征在于：前刀面（8）与下表面（2）形成的虚拟锐角α为刀片的前角，侧表面（4）与刀片定位孔（3）的中心轴线(CE)形成的虚拟锐角β为刀片的后角，靠近主切削刃（5）的侧切削刃（14）与下表面（2）所形成的虚拟锐角λs为刀片的刃倾角，当前角α为19°～25°、后角β为5°～11°时，刃倾角λs为5°～12°。

9.根据权利要求1所述的多边形切削刀片，其特征在于：所述主切削刃（5）高于侧切削刃（14），呈空间立体曲线分布。

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