CN106624099B - 一种钛合金加工高强度方形铣刀片 - Google Patents

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Abstract

一种钛合金加工高强度方形铣刀片，属于切削加工用刀具技术领域。以解决现有的铣刀片加工钛合金时存在加工表面质量不高，刀具磨损严重，加工效率低的问题。铣刀片的水平截面形状为正方形，铣刀片的几何中心处沿厚度方向设有用于与刀杆固定连接的螺纹安装孔；铣刀片上设有两个刀尖，在每个刀尖的两侧设有主切削刃和修光刃，两个主切削刃和两个修光刃分别相对于铣刀片的几何中心对称设置，铣刀片的前刀面上设有两组锥形凸起，两组锥形凸起与两个主切削刃相邻设置，铣刀片上包含有主切削刃的后刀面依上至下由主切削刃后刀面及刀片基底后刀面组成，刀片基底后刀面为下部向铣刀片里侧倾斜的斜面。本发明用于对钛合金工件进行铣削加工。

Description

一种钛合金加工高强度方形铣刀片
技术领域
本发明涉及一种铣刀片，属于切削加工用刀具技术领域。
背景技术
20世纪以来，航空航天工程的规模日益扩大，工程技术的复杂程度越来越高，在加速航空航天快速发展的过程中，发动机的技术创新始终是航空航天发展的核心，其主要在高温、高压、高转速环境中工作，并且相关零件为了满足使用安全性能要求，根据行业标准，对于相关重要的零件要同时保证精度与工作性能。同时由于钛合金密度小，高的热强性以及持久强度，对在振动载荷及冲击载荷作用下裂纹扩展的敏感性低，并且有良好的耐蚀性，因此在发动机及壳体结构中优先采用钛合金材料。但是在加工制造发动机时，由于钛合金具有导热性差，弹性模量小，弹性变形大，接近后刀面处工件表面回弹量大，约为不锈钢的2～3倍，造成已加工表面质量不高以及刀具后刀面的剧烈摩擦、粘附和粘结磨损等，此外，由于钛合金材料的塑性低、硬度高，使剪切角增大，切屑与前刀面接触长度较小，切削力和切削热集中在切削刃附近，刀刃易发生破损现象，影响刀具的正常使用。
发明内容
本发明的目的在于提出一种钛合金加工高强度方形铣刀片，以解决现有的铣刀片加工钛合金时存在加工表面质量不高，刀具磨损严重，加工效率低的问题。
本发明的铣刀片主要应用在钛合金铣削阶段，该刀片主要针对钛合金切削加工时刀-屑接触长度较短，导热性差，而且密度小，切削力和切削热集中在切削刃附近，刃区温度较高，导致刀具容易崩刃和磨损严重，同时冷硬现象严重，不仅降低了零件的疲劳强度，而且加剧了刀具磨损，并且弹性模量小，弹性恢复大，摩擦严重，同时化学亲和力大，与含Ti的硬质合金粘结严重等问题，设计的一种钛合金加工高强度方形铣刀片。
根据钛合金的性质和切削过程中的特点，加工时应考虑以下几个方面：尽可能使用硬质合金刀具，如钨钴类硬质合金与钛合金化学亲和力小、导热性好、强度也较高。采用较小的前角和较大的后角以增大切屑与前刀面的接触长度，尽量减小后刀面与工件的摩擦，刀尖采用圆弧过渡刃以提高强度，避免尖角烧损，要保持刀刃锋利，以保证排屑流畅，避免刀具粘屑崩刃。
实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种钛合金加工高强度方形铣刀片，所述的铣刀片由硬质合金材料制成，铣刀片的顶面面积大于底面面积，铣刀片的水平截面形状为正方形，铣刀片的几何中心处沿厚度方向设有用于与刀杆固定连接的螺纹安装孔；铣刀片上设有两个刀尖，所述的两个刀尖相对于铣刀片的几何中心对称设置；在每个刀尖的一侧设有主切削刃，在每个刀尖的另一侧设有修光刃，两个所述的主切削刃相对于铣刀片的几何中心对称设置，两个所述的修光刃也相对于铣刀片的几何中心对称设置，铣刀片的前刀面上设有两组尺寸参数相同的锥形凸起，两组所述的锥形凸起与两个主切削刃相邻设置，每组锥形凸起包括多个锥形凸起，所述的多个锥形凸起沿主切削刃的长度方向排布，铣刀片上包含有主切削刃的后刀面依上至下由主切削刃后刀面及刀片基底后刀面组成，所述的刀片基底后刀面为下部向铣刀片里侧倾斜的斜面。
本发明相对于现有技术的有益效果是：
1.本刀片为一种钛合金加工高强度方形铣刀片，设计有两个主切削刃，两个修光刃，修光刃处设计了刀片刃带，铣刀片的外表面设有TiCN涂层，提高铣刀片的硬度，耐磨性，缓解刀片的磨损，提高刀片耐用度，铣刀片通过螺纹安装孔固定安装在刀杆上。
2.针对钛合金材料的切削加工特点，铣刀片的前角为8°，后角为10°，主偏角为90°，刃倾角为5°，同时铣刀片结构呈对称性，加工成本低。
3.钛合金材料在600℃以上温度时，表面会形成氧化硬层，对刀具有强烈的磨损作用，并且钛合金的导热性差，以及冷硬现象严重，更加剧了刀具的磨损，所以为了减缓铣刀片磨损，铣刀片的前曲面与前刀面之间形成一个V型槽，有利于断屑及排屑，从而防止铣刀片磨损。
4.由于钛合金材料的塑性低、硬度高，使剪切角增大，切屑与前刀面接触长度较小，切削力和切削热集中在切削刃附近，刀刃易发生破损，因此在前刀面上设计了两组锥形凸起，起到加强铣刀片强度、减缓铣刀片磨损以及降低切削温度的作用。
5.切削加工钛合金材料时，由于材料的弹性模量小，弹性变形大，接近后刀面处工件表面回弹量大，约为不锈钢的2～3倍，造成已加工表面质量不高以及刀具后刀面的剧烈摩擦、粘附和粘结磨损等，所以设计主切削刃后刀面与刀片基底后刀面不在同一平面，能起到提高切削刃强度和已加工表面质量的作用。又由于设有修光刃的铣刀片在相同进给条件下，能使表面质量较普通铣刀片有较大提高，因此设计修光刃进行再次加工，起到提高工件表面质量及减缓铣刀片磨损的作用。同时修光刃后刀面与避让面之间通过弧形连接面进行连接，能保证已加工表面质量和提高铣刀片的抗振性。
6.根据刀具的加工条件，在铣刀片底面上设计了环形散热槽，起到散热的作用以及缓解紧固时的应力集中。该铣刀片加工成本低，安全可靠，能有效的提高铣削加工中的工作效率。
综上，本发明的一种钛合金加工高强度方形铣刀片主要是为了解决切削加工钛合金时，由于加工材料的切削加工特点，使切削力和切削热集中在切削刃附近，刃区温度高，导致刀具容易崩刃以及磨损严重等问题。本发明的一种钛合金加工高强度方形铣刀片是针对切削加工钛合金的实际工况设计的，该铣刀片有较高的加工精度，在铣削过程中，利用修光刃可提高工件的表面质量，同时减缓刀具的磨损；设计了刀片避让面，在切削过程中起到抗振的作用；此外，又设计了环形散热槽，在切削过程中起到降低切削温度以及缓解紧固时应力集中的作用；在铣刀片的前刀面上设有两组尺寸参数相同的锥形凸起，在切削过程中起到加强铣刀片强度、防止铣刀片磨损以及降低切削温度的作用。从而在提高加工表面质量的同时能有效的提高铣刀片的使用寿命，减少频繁换刀时间。该铣刀片的结构完整，生产成本低，能很好的适合铣削钛合金过程的需要。
附图说明
图1是本发明的一种钛合金加工高强度方形铣刀片的俯视图；
图2是图1的主视图；
图3是图2的A处局部放大图；
图4是图1的仰视图；
图5是本发明的一种钛合金加工高强度方形铣刀片的轴测图。
其中：主切削刃1、修光刃2、前刀面3、螺纹安装孔4、刀尖5、锥形凸起6、切削刃后刀面7、刀片基底后刀面8、修光刃后刀面9、V型槽10、避让面11、环形散热槽12、底面13、前曲面14、弧形连接面15。
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1~图5所示，一种钛合金加工高强度方形铣刀片，所述的铣刀片由硬质合金材料制成，铣刀片的顶面面积大于底面13面积，铣刀片的水平截面形状为正方形（所述的铣刀片边长为10.2mm，厚度为3.6mm），铣刀片的几何中心处沿厚度方向设有用于与刀杆固定连接的螺纹安装孔4；铣刀片上设有两个刀尖5，所述的两个刀尖5相对于铣刀片的几何中心对称设置（两个刀尖5半径均为0.5mm）；在每个刀尖5的一侧设有主切削刃1，在每个刀尖5的另一侧设有修光刃2，两个所述的主切削刃1相对于铣刀片的几何中心对称设置，两个所述的修光刃2也相对于铣刀片的几何中心对称设置（主切削刃1长度为9.5mm，修光刃2长度为2mm），铣刀片的前刀面3上设有两组尺寸参数相同的锥形凸起，两组所述的锥形凸起与两个主切削刃1相邻设置，每组锥形凸起包括多个锥形凸起6，所述的多个锥形凸起6沿主切削刃1的长度方向排布，铣刀片上包含有主切削刃1的后刀面依上至下由主切削刃后刀面7及刀片基底后刀面8组成，所述的刀片基底后刀面8为下部向铣刀片里侧倾斜的斜面（即主切削刃后刀面7与刀片基底后刀面8不在同一平面内）。修光刃2主要对已加工表面进行二次加工，起到提高表面质量以及减缓铣刀片磨损的作用。刀尖5需经钢化处理。铣刀片的外表面设有TiCN涂层。
在铣刀片的前刀面3上设有两组尺寸参数相同的锥形凸起，有利于加强铣刀片强度以及减缓铣刀片的前刀面磨损。
主切削刃后刀面7与刀片基底后刀面8不在同一平面上，能起到提高主切削刃强度和保证已加工表面质量的作用。
具体实施方式二：如图1~图3及图5所示，具体实施方式一所述的一种钛合金加工高强度方形铣刀片，每组所述的锥形凸起包括五个锥形凸起6，所述的五个锥形凸起6沿主切削刃1的长度方向等间距排布。
具体实施方式三：具体实施方式一所述的一种钛合金加工高强度方形铣刀片，所述的铣刀片的前角为8°，后角为10°，刃倾角为5°，主偏角为90°。铣刀片可实现较大切削用量的切削，同时能减缓被加工表面受到过高轴向压力的作用，适合于切削加工钛合金，并且铣刀片结构完整，加工成本低。
具体实施方式四：如图1及图5所示，具体实施方式一或三所述的一种钛合金加工高强度方形铣刀片，所述的铣刀片的前刀面3与螺纹安装孔4之间的区域为前曲面14，所述的铣刀片的前曲面14与前刀面3之间形成一个V型槽10。有利于断屑及排屑，从而防止铣刀片磨损。
具体实施方式五：如图1、图2及图5所示，具体实施方式一或三所述的一种钛合金加工高强度方形铣刀片，所述的铣刀片上与修光刃2同侧的后刀面由包含有修光刃的后刀面9、弧形连接面15及避让面11组成，所述的包含有修光刃的后刀面9与避让面11之间通过弧形连接面15连接。保证已加工表面质量和提高铣刀片的抗振性。
具体实施方式六：如图5所示，具体实施方式四所述的一种钛合金加工高强度方形铣刀片，所述的铣刀片的底面13上设有环形散热槽12。其作用为缓解切削温度过高及紧固时的应力集中。
具体实施方式七：如图1及图5所示，具体实施方式一所述的一种钛合金加工高强度方形铣刀片，所述的修光刃2处设有刀片刃带。刀片刃带的作用是提高修光刃强度。
具体实施方式八：如图1及图5所示，具体实施方式七所述的一种钛合金加工高强度方形铣刀片，所述的刀片刃带与螺纹安装孔4之间的区域设有沿刀片刃带变化的曲面。

Claims (1)

1.一种钛合金加工高强度方形铣刀片，所述的铣刀片由硬质合金材料制成，铣刀片的顶面面积大于底面（13）面积，铣刀片的水平截面形状为正方形，铣刀片的几何中心处沿厚度方向设有用于与刀杆固定连接的螺纹安装孔（4）；铣刀片上设有两个刀尖（5），所述的两个刀尖（5）相对于铣刀片的几何中心对称设置；其特征在于：在每个刀尖（5）的一侧设有主切削刃（1），在每个刀尖（5）的另一侧设有修光刃（2），两个所述的主切削刃（1）相对于铣刀片的几何中心对称设置，两个所述的修光刃（2）也相对于铣刀片的几何中心对称设置，铣刀片的前刀面（3）上设有两组尺寸参数相同的锥形凸起，两组所述的锥形凸起与两个主切削刃（1）相邻设置，每组锥形凸起包括多个锥形凸起（6），所述的多个锥形凸起（6）沿主切削刃（1）的长度方向排布，铣刀片上包含有主切削刃（1）的后刀面依上至下由主切削刃后刀面（7）及刀片基底后刀面（8）组成，所述的刀片基底后刀面（8）为下部向铣刀片里侧倾斜的斜面；
每组所述的锥形凸起包括五个锥形凸起（6）， 所述的五个锥形凸起（6）沿主切削刃（1）的长度方向等间距排布；
所述的铣刀片的前角为8°，后角为10°，刃倾角为5°，主偏角为90°；
所述的铣刀片的前刀面（3）与螺纹安装孔（4）之间的区域为前曲面（14），所述的铣刀片的前曲面（14）与前刀面（3）之间形成一个V型槽（10）；
所述的铣刀片上与修光刃（2）同侧的后刀面由包含有修光刃的后刀面（9）、弧形连接面（15）及避让面（11）组成，所述的包含有修光刃的后刀面（9）与避让面（11）之间通过弧形连接面（15）连接；
所述的铣刀片的底面（13）上设有环形散热槽（12）；
所述的修光刃（2）处设有刀片刃带；
所述的刀片刃带与螺纹安装孔（4）之间的区域设有沿刀片刃带变化的曲面；
所述的铣刀片的外表面设有TiCN涂层。
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