CN105436588A - 一种球头立铣刀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种球头立铣刀，包括以中心轴为旋转中心的圆柱状刀具主体，所述刀具主体切削部的外圆周设有延伸至切削端部的容屑槽，所述容屑槽与切削端部所设的后刀面相交形成端切削刃，所述容屑槽与后刀面均设有两个以上，且数量相等，相邻后刀面相交形成横刃，所述容屑槽包括主槽和深槽，所述主槽与后刀面相交形成圆弧切削刃，所述深槽由小前刀面与斜平面构成，所述小前刀面与后刀面相交形成平面切削刃，所述斜平面与主槽的圆弧状底部相交，且斜平面深度大于主槽深度，所述圆弧切削刃与平面切削刃平滑连接构成端切削刃，所述横刃端部交于平面切削刃中部。该球头立铣刀能够确保横刃边界强度、增加切削刃锋利性、提高排屑能力。

Description

一种球头立铣刀
技术领域
本发明涉及金属切削加工领域，尤其涉及针对模具型腔和航空叶片等零件的成形加工时所使用的球头立铣刀。
背景技术
通常，球头立铣刀被大量地使用在模具的型腔曲面的切削加工或者航天难加工材料叶型轮廓根部清根加工，需要频繁地使用球头立铣刀球头中心附近的球头切削刃加工（这种加工方式简称端铣）。
众所周知，通用球头立铣刀切削速度从球头中心到外圆周刃依次增加，且轴线处球头切削刃的线速度为零。使用球头立铣刀端铣时，在与中心轴线夹角为0°～5°范围内，可以近似的认为球头切削刃此范围内都在进行挤压刮擦加工，是非正常的切削加工。目前，这种加工状况是模具型腔加工和航空叶片零件清根的典型加工方式。为保证被加工工件的表面粗糙度和加工方便，在现有技术中，通常将通用球头立铣刀的容屑槽的底部制作成凸圆弧刃的形状，且在球头中心形成横刃进行切削。
通用球头立铣刀此时的弊端如下：
第一，通用球头立铣刀在与中心轴线的夹角为0°～5°范围内的切削刃，由于其螺旋结构的限制，使得此范围内的切削刃前角为-1°～-10°之间变化，所以球头立铣刀球头中心附近的切削刃处的前角为负值，加工时切削不轻快，导致刀具磨损快，刀具寿命偏短。
第二，通常通用球头立铣刀的容屑槽的底部制作成凸圆弧刃的形状，由于其球头中心附近切削刃处的容屑空间狭小，导致球头中心附件切削刃处的容屑、排屑能力有限，无法大幅度提高切削效率，制约了刀具切削性能的提升。
第三，通用球头立铣刀在球头中心形成横刃，使得球头中心形成切削刃，球头中心表面质量也得到提高和改善，但是同时会在横刃边界处形成横刃尖角，横刃边界的强度得不到保证，在球头立铣刀端铣时，容易产生应力集中而崩刃，降低了球头立铣刀的切削寿命，同时影响球头立铣刀的切削稳定性。
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，提供一种能够确保横刃边界强度、增加切削刃锋利性、提高排屑能力球头立铣刀。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种球头立铣刀，包括以中心轴为旋转中心的圆柱状刀具主体，所述刀具主体切削部的外圆周设有延伸至切削端部的容屑槽，所述容屑槽与切削端部所设的后刀面相交形成端切削刃，所述容屑槽与后刀面均设有两个以上，且数量相等，相邻后刀面相交形成横刃，所述容屑槽包括主槽和深槽，所述主槽与后刀面相交形成圆弧切削刃，所述深槽由小前刀面与斜平面构成，所述小前刀面与后刀面相交形成平面切削刃，所述斜平面与主槽的圆弧状底部相交，且斜平面深度大于主槽深度，所述圆弧切削刃与平面切削刃平滑连接构成端切削刃，所述横刃端部交于平面切削刃中部。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述斜平面与中心轴的夹角α为45°～70°。
所述平面切削刃与圆弧切削刃相交于交点，所述交点至球头立铣刀的球心点的连线与中心轴的夹角γ为4°～5°。
所述平面切削刃与横刃的夹角β为12°～25°。
所述刀具主体是Co含量为6%～14%的硬质合金刀具主体。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的球头立铣刀，其容屑槽包括主槽和深槽，深槽由小前刀面与斜平面构成，斜平面与主槽的圆弧状底部相交，且斜平面深度大于主槽深度，使得容屑槽容屑能力增强，同时由于该斜平面的引导作用，使切屑更容易通过容屑槽被排除到刀体外，从而大大提高了球头立铣刀的切削效率；小前刀面与后刀面相交形成平面切削刃，该小前刀面可增大此区域的切削刃前角，增加切削锋利度，使得刀具磨损减小，从而大大提高球头立铣刀的使用寿命；横刃端部交于平面切削刃中部，由平面切削刃消除了横刃边界的尖角，增强了横刃端点处的耐磨性，延长了球头立铣刀的切削寿命；同时平面切削刃的存在使得切屑在球头处的受力方向不同，从而增加了铣刀的断屑分离能力，所以使得断开的铁屑排出更顺畅。
附图说明
图1是本发明球头立铣刀的主视图。
图2是本发明球头立铣刀的左视放大图。
图3是本发明球头立铣刀的球头刃部的放大结构示意图。
图4是本发明与现有技术球头立铣刀的球头中心的对比示意图（图2中X放大图）。
图5是图2的A－A剖面结构示意图。
图6是本发明与现有技术球头立铣刀的横刃边界处尖角结构对比示意图。
图中各标号表示：
1、刀具主体；2、容屑槽；21、主槽；22、深槽；221、小前刀面；222、斜平面；4、横刃；5、平面切削刃；6、后刀面；7、圆弧切削刃；O、中心轴；P、交点；R、球心点。
具体实施方式
图1至图6示出了本发明的一种球头立铣刀实施例，该球头立铣刀包括以中心轴O为旋转中心的圆柱状刀具主体1，刀具主体1切削部的外圆周设有延伸至切削端部的容屑槽2，容屑槽2与切削端部所设的后刀面6相交形成端切削刃，容屑槽2与后刀面6均设有两个以上，且数量相等，相邻后刀面6相交形成横刃4，容屑槽2包括主槽21和深槽22，主槽21与后刀面6相交形成圆弧切削刃7，深槽22由小前刀面221与斜平面222构成，小前刀面221与后刀面6相交形成平面切削刃5，斜平面222与主槽21的圆弧状底部相交，且斜平面222深度大于主槽21深度，圆弧切削刃7与平面切削刃5平滑连接构成端切削刃，横刃4端部交于平面切削刃5中部。本发明的球头立铣刀，斜平面222深度大于主槽21深度，使得容屑槽2容屑能力增强，同时由于该斜平面222的引导作用，使切屑更容易通过容屑槽2被排除到刀具主体1外，从而大大提高了球头立铣刀的切削效率；小前刀面221可增大此区域的切削刃前角，增加切削锋利度，使得刀具磨损减小，从而大大提高球头立铣刀的使用寿命；平面切削刃5消除了横刃4边界的尖角，增强了横刃4端点处的耐磨性，延长了球头立铣刀的切削寿命；同时平面切削刃5的存在使得切屑在球头处的受力方向不同，从而增加了铣刀的断屑分离能力，所以使得断开的铁屑排出更顺畅。
平面切削刃5与圆弧切削刃7相交于交点P，交点P至球头立铣刀的球心点R的连线与中心轴O的夹角γ为4°～5°，此范围内的切削刃前角大，切削轻快；平面切削刃5与横刃4的夹角β为12°～25°；斜平面222与中心轴O的夹角α为45°～70°；刀具主体1是Co含量为6%～14%的硬质合金刀具主体。本实施例中，γ为5°，β为18°，α为50°，Co含量为12%。
图4是本发明与现有技术球头立铣刀的球头中心的对比示意图，图中虚线表示现有技术球头立铣刀的切削刃走向，阴影部分表示增大的容屑空间，其清楚的示出了本发明的容屑空间明显增大，球头立铣刀的容排屑能力进一步增强，可以采取更高的切削参数，所以切削效率也进一步提升。
图6是本发明与现有技术球头立铣刀的横刃边界处尖角结构对比示意图，现有技术球头立铣刀的横刃边界处横刃尖角8很明显（如图6中虚线所示），而本发明的横刃边界消除了横刃尖角8，增强了横刃4端点处的耐磨性，大大延长了球头立铣刀的切削寿命。
以下结合对比试验对本发明的立铣刀的性能作进一步说明。
本发明的立铣刀与现有通用球立铣刀对比，在端铣切削条件下进行对比试验：
切削参数：Vc=150m/min，fz=0.175mm/z，Ap=0.15mm，Ae=0.2mm；
工件材料：NAK80；
冷却方式：水冷；
刀具寿命标准：零件表面粗糙度小于Ra0.9；
用本发明球头立铣刀加工了6h，刃口均匀磨损，表面粗糙度合格，而通用球头立铣刀只加工了4h，横刃边界刃口崩缺，其余切削刃磨损严重，表面粗糙度超差。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种球头立铣刀，包括以中心轴（O）为旋转中心的圆柱状刀具主体（1），所述刀具主体（1）切削部的外圆周设有延伸至切削端部的容屑槽（2），所述容屑槽（2）与切削端部所设的后刀面（6）相交形成端切削刃，所述容屑槽（2）与后刀面（6）均设有两个以上，且数量相等，相邻后刀面（6）相交形成横刃（4），其特征在于：所述容屑槽（2）包括主槽（21）和深槽（22），所述主槽（21）与后刀面（6）相交形成圆弧切削刃（7），所述深槽（22）由小前刀面（221）与斜平面（222）构成，所述小前刀面（221）与后刀面（6）相交形成平面切削刃（5），所述斜平面（222）与主槽（21）的圆弧状底部相交，且斜平面（222）深度大于主槽（21）深度，所述圆弧切削刃（7）与平面切削刃（5）平滑连接构成端切削刃，所述横刃（4）端部交于平面切削刃（5）中部。
2.根据权利要求1所述的球头立铣刀，其特征在于：所述斜平面（222）与中心轴（O）的夹角α为45°～70°。
3.根据权利要求1或2所述的球头立铣刀，其特征在于：所述平面切削刃（5）与圆弧切削刃（7）相交于交点（P），所述交点（P）至球头立铣刀的球心点（R）的连线与中心轴（O）的夹角γ为4°～5°。
4.根据权利要求1或2所述的球头立铣刀，其特征在于：所述平面切削刃（5）与横刃（4）的夹角β为12°～25°。
5.根据权利要求3所述的球头立铣刀，其特征在于：所述平面切削刃（5）与横刃（4）的夹角β为12°～25°。
6.根据权利要求1或2所述的球头立铣刀，其特征在于：所述刀具主体（1）是Co含量为6%～14%的硬质合金刀具主体。
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