CN104148709A - 一种套料刀具 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种套料刀具；通过结构设计，降低了切削力、提高了进刀量和切削效率，提高了切削平稳度。这些方式包括：由内、中、外切削刀承担了待加工轴体的不同圆周的切削工作；将内、外切削刀的主切削刃的倾斜设置；设置分屑切屑刀；优化内、中、外切屑刀以及分屑切屑刀的结构参数和位置参数等。

Description

一种套料刀具

技术领域

本发明涉及金属材料的切削加工刀具技术领域，具体涉及一种用于金属材料的深孔套料的套料刀具。

背景技术

现有的钻头只能加工直径在120mm以下的深孔。对于120mm以上深孔的加工，只能先用钻孔出直径120mm的深孔，然后再用镗刀扩孔，余料的利用价值低。另外，这种先钻孔、再镗孔的二次加工方式步骤麻烦，劳动强度大，而且镗孔使深孔的加工时间延长，降低了加工效率。以用加工直径为180mm的深孔为例，镗孔时间约为钻孔时间的2倍左右，镗孔工序就使整个深孔的加工时间增加了200%。

为克服上述缺陷，为此人们开发出深孔套料技术。深孔套料的特点是从实心棒材上加工深孔时，利用刀刃的切削作用，借助高压切削油的连续排屑，在完成深孔加工的同时，获得一根整体的新料，提高被加工金属材料的利用率。以加工直径为120mm的深孔为例，通过套料加工，可以得到直径约为60mm的余料芯棒。其次，可以一次加工，降低加工时间。

现有的套料刀具的结构主要有两种：一种是套料刀具的各刀片切削刃宽度一致，采用不同形状的切削刃，如申请号为201310628202.6公开的套料钻头；其优点是进刀稳定，但缺点是切削力大，进刀量小。另一种是各切削刃宽度依次增加，刀头齿面伸出尺寸相差一定距离，得到呈阶梯形的切削面，如申请号为87203994中公开的套料刀、申请号为201310652659.0公开的套料刀具；其优点是切削力小，进刀量大，但缺点是进刀不稳，加工的内孔尺寸精度差。

  另外，上述的套料刀具多采用外排屑的方式，即排屑槽和容屑槽设在套料刀具的外周，因此屑粉以堵塞套料刀具和待加工轴体之间的间隙，给套料刀具旋进待加工轴体造成阻碍，因此这种出屑方式更加耗能，会提高切削力和降低进刀量。

 

发明内容

根据公司机床设备，经过实践和钻研，将常规套料刀具进行了革新性改进，降低了刀具工作所需切削力、提高了进刀量，同时可保证平稳进刀，可加工的深孔尺寸范围大、加工后得到的尺寸精度高。

本发明的一种套料刀具，包括圆筒形的刀体，刀体一端端面设有若干切削刀，刀体另一端设有用于连接的螺纹；各切削刃位于刀体端面的不同圆环内，包括位于内侧圆环的内切削刀、位于外侧圆环的外切削刀和位于中心圆环的中切削刀，内切削刀的主切削刃从刀体端面内延伸出刀体内壁，且向刀体另一端倾斜设置，外切削刀的主切削刃从刀体端面内延伸出刀体外壁，且向刀体另一端倾斜设置，内切削刀的主切削刃远离刀体中心轴一端以及外切削刀的主切削刃靠进刀体中心轴一端均位于中切削刀所在圆环上或圆环内；刀体设有连通至各切削刀的前刀面的排屑槽，在刀体的管身圆周上设有与各排屑槽连通的容屑槽。

与现有的套料刀具相比，本发明套料刀具通过内、中、外切削刀分担切削量，内、外、中切削刀分别对待加工轴体的待套料部分的内、中、外圆周进行切削，切削力小，进刀量大，切削效率高，可加工孔径范围大；且内切削刀的主切削刃从刀体端面内延伸出刀体内壁，向刀体另一端倾斜设置，外切削刀的主切削刃从刀体端面内延伸出刀体外壁，向刀体另一端倾斜设置，使内、外切削刀均从待加工轴体的待套料部分的中部圆周逐渐开始套料，这样切削平稳，不易使套料刀具发颤发震，加工得到内孔尺寸精度高。

切屑尺寸大，易堵塞待加工轴体与套料刀具之间的间隙或堵塞排屑槽，造成切削力的增加。为了降低切削力，所述切削刀还包括位于所述刀体端面的中心圆环的分屑切削刀，分屑切削刀设有尖齿，尖齿的齿尖超出所述中切削刀的后刀面。通过设置分屑切削刀，降低了切屑尺寸，进而降低了工作所需切削力。

为了更好地散热，同时使套料刀具对待加工轴体施力均匀，避免套料过程发生偏斜、避免套料刀具发颤发震，提高切削平稳度，提高加工内孔尺寸精度，优选的技术方案是，所述内、外、中切削刀以及分屑切削刀按圆周等分均匀分布在所述刀体端面；其中，内、外切削刀相对设置，中切削刀与分屑切削刀相对设置。

为了避免套料刀具发颤发震，提高切削平稳度，提高加工内孔尺寸精度，优选的技术方案是，所述外切削刀的主切削刃的偏角与内切削刀的主切削刃的偏角相等；所述中切削刀的切削刃的偏角为0°，分屑切削刀设有单个尖齿，尖齿的中心线与刀体中心轴平行，分屑切削刃沿尖齿的中心线对称。

为了避免切屑堵塞套料刀具的外壁与待加工轴体内壁之间的间隙，进而降低对驱动套料刀具的电机的马力要求，优选的技术方案是， 

所述容屑槽设在所述刀体的内壁；刀体的外壁设有冷却液通道，冷却液通道连通至所述排屑槽处。

为了使套料刀具有足够的强度以克服待加工轴体对其的扭曲力，套料刀具的前端需要有足够厚度，但是套料刀具厚度过大易增加套料刀具的重量，提高电机的马力。为了减低套料刀具的重量，降低驱动力，同时保证足够的强度，优选的技术方案是，所述刀体外壁呈阶梯台结构，且所述切削刀所在的一端处的刀体外径大于所述螺纹所在的另一端处的刀体外径。更进一步优选的技术方案是，所述刀体还镶嵌有导向块，以避免套料过程发生偏斜。

所述切削刀与所述刀体可以为整体式结构。

为了使切削刀磨损之后便于更换，降低成本，优选的技术方案是，所述切削刀与所述刀体为分体式结构；所述切削刀固定在刀座上，刀座固定于刀体端面的刀座槽内。其中，进一步优选的技术方案是，对应所述外切削刀的刀座槽设在刀体外壁与端面结合处，外切削刀所在刀座具有与该侧刀体外径相同的弧形外表面；对应所述内切削刀的刀座槽设于刀体内壁与端面结合处，内切削刀所在的刀座具有与该侧刀体内径相同的弧形内表面；对应所述中切削刀和所述分屑切削刀的刀座槽设在刀体端面内。这样可以防止切屑堆积在死角，降低电机的玛丽要求，降低切削力。

优选地，所述切削刀为可转位机夹刀片。各所述切削刀的几条切削刃可以转位使用，不仅提高了切削刀的耐用度，节省了刀杆材料，降低了刀具成本，提高生产效率高，适合于大批量生产，而且切削质量稳定，也可以有助于降低马达的消耗功率。其中，为更好适应套料刀具的工作，优选地，所述中切削刀选自T型、L形、S型、C型刀片中的一种，所述分屑切削刀选自W型和F型刀片中的一种，所述内切削刀选自T型、L形、S型、C型刀片中的一种；所述外切削刀选自L型、S型、C型、T型刀片中的一种。进一步优选地，所述内、外、中切削刀为T型刀片，所述分屑切削刀为W型刀片。采用T型和W型刀片具有与刀座相接触的两边，因此可使刀片切削时受力更为平稳，使得套料刀具平稳工作。

为了使切削平稳，优选的技术方案是，所述切削刀以其远离所述刀体中心的一端的径向为基准，前刀面偏向所述刀体中心设置，偏向角为2~3°；所述外切削刀的主切削刃的偏角为5~30°；内、中、外切削刀以及分屑切削刀的切削后角为5~30°，切削前角为1~10°。

本发明通过以下方式来降低切削力、提高进刀量和切削效率，提高切削平稳度。这些方式包括：

1、由内、中、外切削刀承担了待加工轴体的不同圆周的切削工作，切削更为省力。

2、将内、外切削刀的切削刃的倾斜设置，使内、外切削刀均从待加工轴体的待套料部分的中部圆周逐渐开始套料，使切削更为平稳，可防止内切削刀内移、外切削刀外移，提高了加工尺寸的精度。

3、设置了分屑切屑刀，使切屑分屑形成更小的尺寸，抑制了切屑堵塞排屑槽，从而降低对电机的马力要求，提高切削平稳度、降低了切削力。

4、优化了内、中、外切屑刀以及分屑切屑刀的结构参数和位置参数，从而降低了切削力、提高切削平稳性。

5、采用内出屑方式进行排屑，避免切屑堵塞套料刀具的外壁与待加工轴体内壁之间的间隙，进而降低了电机的马力要求，提高了切削平稳性、降低了切削力。

6、优化了用于固定内、外切削刀的刀座结构，消除了切屑堆积死角，降低了马达的消耗功率，使切削更为平稳。

与现有技术相比，本发明套料刀具的优点和有益效果在于：

1、我司目前用该套料刀具已能加工直径达300mm以上的深孔，加工过程只需要一次套料加工即可完成大直径深孔的加工，降低了劳动强度，减少了生产时间，提高了生产速度，提高了生产效率和产品竞争力。

2、采用该套料刀具套下来的余料更大，可用于加工的其他零配件可选范围更大，大大提高了材料的利用率。以用该套料刀具加工直径为180mm的深孔为例，得到的余料为直径近130mm的圆料。

3、使用该套料刀具时，屑粉为内出屑，大大节约了冷却液的使用，减少了浪费，并能保护现场环境卫生及安全。

4、该套料刀具同样可加工常规深孔和小型深孔；加工常规和小型深孔时，由于该套料刀具所需额定扭矩小，因此与常规的套料刀具相比，具有节约能源消耗的优势。当然，也具有上述用于大直径深孔加工时的节约冷却液、提高材料利用率、利于环境洁净等优势。

5、该套料刀具安装方便、使用寿命长，更换切削刀方便。

6、该套料刀具工作平稳、所需切削力小、进刀量大，切削效率高。

附图说明

图1是本发明中套料刀具的立体结构示意图；

图2是图1的俯视示意图；

图3是图1中导座和刀座槽拆卸后的俯视示意图；

图4是图3沿I-I的半剖示意图；

图5是图1的外切削刀的前刀面朝向观察者时的局部结构示意图；

图6是图1的内切削刀的前刀面朝向观察者时的局部结构示意图；

图7是图1的中切削刀的前刀面朝向观察者时的局部结构示意图；

图8是图1的分屑切削刀的前刀面朝向观察者时的局部结构示意图；

图9是图1的中切削刀的前刀面朝右时的局部结构示意图；

图10是图9中A处的局部放大图。

图中：1、刀体；2、外切削刀；3、内切削刀；4、中切削刀；5、分屑切削刀；6、排屑槽；7、容屑槽；8、导料块；9-1、9-2、9-3、9-4、刀座槽；10-1、10-2、10-3、10-4、刀座；11、螺纹；12、冷却液通道；21及31、主切削刃；41、切削刃；51、分屑切削刃。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1至图4所示，本发明是一种套料刀具，包括圆筒形的刀体1，刀体1一端端面设有若干切削刀，刀体1另一端设有用于连接的螺纹11；各切削刃位于刀体1端面的不同圆环内，包括位于内侧圆环的内切削刀3、位于外侧圆环的外切削刀2和位于中心圆环的中切削刀4，内切削刀3的主切削刃31从刀体1端面内延伸出刀体1内壁，且向刀体1另一端倾斜设置，外切削刀2的主切削刃21从刀体1端面内延伸出刀体1外壁，且向刀体1另一端倾斜设置，内切削刀3的主切削刃31远离刀体1中心轴一端以及外切削刀2的主切削刃21靠进刀体1中心轴一端均位于中切削刀4所在圆环上或圆环内；刀体1设有连通至各切削刀的前刀面的排屑槽5，在刀体1的管身圆周上设有与各排屑槽6连通的容屑槽7。

通过设计至少内、中、外切削刀3、4、2来分担切削量，其中内、中、外切削刀3、4、2分别切削待加工轴体的不同圆周，因此切削效率高，此外，内切削刀3的主切削刃31从刀体1端面内延伸出刀体1内壁，向刀体1另一端倾斜设置，外切削刀2的主切削刃21从刀体1端面内延伸出刀体1外壁，向刀体1另一端倾斜设置，这样使内、外切削刀3、2均从待加工轴体的待套料部分的中部圆周逐渐开始套料，这样切削平稳，不易使套料刀具发颤发震，加工得到内孔尺寸精度高。

切屑尺寸大，易堵塞待加工轴体与套料刀具之间的间隙或堵塞排屑槽，增加耗能，提高切削力，且切屑会难以掉入容屑槽7。为了降低切削力，切削刀还包括位于刀体1端面的中心圆环的分屑切削刀5，分屑切削刀5设有尖齿，尖齿的齿尖超出中切削刀4的后刀面。通过设置分屑切削刀5，降低了切屑尺寸，进而降低了切削力。分屑切削刀5的分屑切削刃51可以是具有单齿或多齿的切削刃，其可以在将切削层切下的同时把切屑分屑形成更细的多根纤维。

为了更好地散热，同时使套料刀具对待加工轴体施力均匀，避免套料过程发生偏斜、避免套料刀具发颤发震，提高切削平稳度，提高加工内孔尺寸精度，如图2所示，内、外、中切削刀3、2、4以及分屑切削刀5按圆周等分均匀分布在刀体1端面。由于外切削刀2和内切削刀3为与待加工轴体的轴向呈一定倾斜角度地向待加工轴体施力，最好内、外切削刀3、2相对设置，中切削刀4与分屑切削刀5相对设置，这样外切削刀2和内切削刀3对待加工轴体的作用力在径向上的分作用力可以抵消，提高切削平稳度。

为了进一步避免套料刀具发颤发震，提高切削平稳度，提高加工内孔尺寸精度，如图5和图6所示，外切削刀2的主切削刃21的偏角α2与内切削刀3的主切削刃31的偏角α3相等，为5~30°；如图7所示，中切削刀4的切削刃41的无偏角，或者说偏角α4为0°；如图8所示，分屑切削刀5设有单个尖齿，尖齿两侧的偏角α5=β5=5~30°，尖齿的中心线与刀体中心轴平行，分屑切削刃51沿尖齿的中心线对称。如图9和图10所示，内切削刀3、外切削刀2、中切削刀4、分屑切削刀5的切削后角γ2、γ3、γ4、γ5为5~30°，切削前角δ2、δ3、δ4、δ5为1~10°；设置这样的外、内、中切削刀2、3、4和分屑切削刀5，有利于降低切削力，提高切削量。

为了使切削平稳，以各切削刃的远离刀体1中心的一端的径向为基准，将各切削刀的前刀面偏向刀体1中心设置，偏向角Φ为2~30°，如图2所示。容屑槽7最好为月牙槽，这样切屑可以更有效地滑入容屑槽底部而不向外洒落。

为了避免切屑堵塞套料刀具的外壁与待加工轴体内壁之间的间隙，进而降低对驱动套料刀具的电机的马力要求，容屑槽7设在刀体1的内壁；即采用内排屑的方式；这样可以降低对驱动套料刀具的电机的马力要求。刀体1的外壁设有冷却液通道12，冷却液通道12连通至排屑槽6处。

为了使套料刀具有足够的强度以克服待加工轴体对其的扭曲力，套料刀具的前端需要有足够厚度，但是套料刀具厚度过大易增加套料刀具的重量，提高马达驱动力。为了减低套料刀具的重量，降低驱动力，同时保证足够的强度，刀体1外壁最好呈阶梯台结构，且切削刀所在的一端处的刀体1外径大于螺纹11所在的另一端处的刀体1外径。刀体1还镶嵌有导向块8，以避免套料过程发生偏斜。

切削刀与刀体1可以为整体式结构。不过为了使磨损之后便于更换切削刀，降低成本，切削刀与刀体1为分体式结构，如图2和图3所示；内切削刀3、外切削刀2、中切削刀4以及分屑切削刀5各固定在刀座10-1、10-2、10-3、10-4上，刀座10-1、10-2、10-3、10-4固定于刀体1端面的刀座槽9-1、9-2、9-3、9-4内。各切削刀的固定方式有上压式、自锁式、弹性压紧式等，这里不再一一举例说明。

为了更方便安装其中的内、外切削刀3、2，同时防止切屑堆积在死角，降低马达的驱动力，如图1和图2所示，对应外切削刀2的刀座槽9-1设在刀体1外壁与端面结合处，外切削刀2所在刀座10-1具有与该侧刀体1外径相同的弧形外表面；对应内切削刀3的刀座槽9-2设于刀体1内壁与端面结合处，内切削刀3所在的刀座10-2具有与该侧刀体1内径相同的弧形内表面；对应中切削刀4和分屑切削刀5的刀座槽9-3、9-4设在刀体1端面内。

选用切削刀时，最好选择各切削刀为可转位机夹刀片，这样各所述切削刀的几个切削刃可以转位使用，不仅提高了切削刀的耐用度，节省了刀杆材料，降低了刀具成本，提高生产效率高，适合于大批量生产，而且切削质量稳定，也可以有助于降低马达的消耗功率。其中，为更好适应套料刀具的工作，中切削刀4可以选自T型（正三角形刀片）、L形（长方形刀片）、S型（正方形刀片）、C型刀片（平行四边形刀片）中的一种，分屑切削刀5可以选自为W型（正中凸起的凸三角形刀片）和F型刀片（偏向一侧凸起的凸三角形刀片）中的一种，内切削刀3可以选自T型、L形、S型、C型刀片中的一种；外切削刀2可以选自L型、S型、C型、T型刀片中的一种。图1中，内、中、外切削刀3、4、2为T型刀片，分屑切削刀5为W型刀片。T型和W型刀片具有与各刀座相接触的两边，因此可使刀片切削时受力更为平稳，使得套料刀具平稳工作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。 

Claims (10)

1.一种套料刀具，其特征在于，包括圆筒形的刀体，刀体一端端面设有若干切削刀，刀体另一端设有用于连接的螺纹；各切削刃位于刀体端面的不同圆环内，包括位于内侧圆环的内切削刀、位于外侧圆环的外切削刀和位于中心圆环的中切削刀，内切削刀的主切削刃从刀体端面内延伸出刀体内壁，且向刀体另一端倾斜设置，外切削刀的主切削刃从刀体端面内延伸出刀体外壁，且向刀体另一端倾斜设置，内切削刀的主切削刃远离刀体中心轴一端以及外切削刀的主切削刃靠进刀体中心轴一端均位于中切削刀所在圆环上或圆环内；刀体设有连通至各切削刀的前刀面的排屑槽，在刀体的管身圆周上设有与各排屑槽连通的容屑槽。

2.如权利要求1所述的套料刀具，其特征在于，所述切削刀还包括位于所述刀体端面的中心圆环的分屑切削刀，分屑切削刀设有尖齿，尖齿的齿尖超出所述中切削刀的后刀面。

3.如权利要求2所述的套料刀具，其特征在于，所述内、外、中切削刀以及分屑切削刀按圆周等分均匀分布在所述刀体端面；其中，内、外切削刀相对设置，中切削刀与分屑切削刀相对设置。

4.如权利要求3所述的套料刀具，其特征在于，所述外切削刀的主切削刃的偏角与内切削刀的主切削刃的偏角相等；所述中切削刀的切削刃的偏角为0°，分屑切削刀设有单个尖齿，尖齿的中心线与刀体中心轴平行，分屑切削刃沿尖齿的中心线对称。

5.如权利要求4所述的套料刀具，其特征在于，所述容屑槽设在所述刀体的内壁；刀体的外壁设有冷却液通道，冷却液通道连通至所述排屑槽处。

6.如权利要求5所述的套料刀具，其特征在于，所述刀体外壁呈阶梯台结构，且所述切削刀所在的一端处的刀体外径大于所述螺纹所在的另一端处的刀体外径；所述刀体还镶嵌有导向块。

7.如权利要求6所述的套料刀具，其特征在于，所述切削刀与所述刀体为分体式结构；所述切削刀固定在刀座上，刀座固定于刀体端面的刀座槽内；其中，对应所述外切削刀的刀座槽设在刀体外壁与端面结合处，外切削刀所在刀座具有与该侧刀体外径相同的弧形外表面；对应所述内切削刀的刀座槽设于刀体内壁与端面结合处，内切削刀所在的刀座具有与该侧刀体内径相同的弧形内表面；对应所述中切削刀和所述分屑切削刀的刀座槽设在刀体端面内。

8.如权利要求7所述的套料刀具，其特征在于，所述切削刀为可转位机夹刀片；其中，所述中切削刀选自T型、L形、S型、C型刀片中的一种，所述分屑切削刀选自W型和F型刀片中的一种，所述内切削刀选自T型、L形、S型、C型刀片中的一种；所述外切削刀选自L型、S型、C型、T型刀片中的一种。

9.如权利要求8所述的套料刀具，其特征在于，所述内、外、中切削刀为T型刀片，所述分屑切削刀为W型刀片。

10.如权利要求1至9任意一项所述的套料刀具，其特征在于，所述切削刀以其远离所述刀体中心的一端的径向为基准，前刀面偏向所述刀体中心设置，偏向角为2~3°；所述外切削刀的主切削刃的偏角为5~30°；内、中、外切削刀以及分屑切削刀的切削后角为5~30°，切削前角为1~10°。