CN110893488A - 一种高效不等分多刃扩铰刀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效不等分多刃扩铰刀，属于铰刀技术领域。本发明的多刃扩铰刀，包括刀柄和切削部，切削部具有多条周向分布的螺旋形切削刃，在切削部的横截面上，相邻两条切削刃之间的齿距夹角最大值与最小值之差为6°～9°；每条切削刃的齿宽大小与该切削刃旋转切削方向后侧的齿距夹角大小具有对应的变化规律。本发明采用多刃不等分结合多刃不等齿设计，不仅提高了所加工孔的表面粗糙度和圆柱度，而且能够提高铰孔加工余量和切削效率，满足了深孔及孔的断续高效精加工需要；此外，该多刃扩铰刀的前端采用分层结构，扩大了加工余量，增强了扩铰刀的加工可靠性，并且能够使得切屑形成碎小屑，便于孔内切屑的清洗，尤其适用于多通道的断续孔加工。

Description

一种高效不等分多刃扩铰刀

技术领域

本发明涉及一种机械加工工具，更具体地说，涉及一种高效不等分多刃扩铰刀。

背景技术

在机械加工过程中，经常会遇到各种孔的加工，孔加工也是非常常见的加工手段。根据加工方法的不同，孔加工通常包括钻孔、扩孔、锪孔和铰孔等，不同加工方法使用的刀具特点也不同，铰孔即是用铰刀从工件孔壁上切除微量金属层，以提高其尺寸精度和孔表面质量的方法。铰孔是孔的精加工方法之一，在生产中应用很广。铰孔的主要工具即为铰刀，铰刀结构大部分由工作部分及柄部组成，工作部分主要起切削和校准功能，按齿槽的形状可分为直槽和螺旋槽两种。铰刀的齿数影响铰孔精度、表面粗糙度、容屑空间和刀齿强度，其值一般按铰刀直径和工件材料确定，铰刀直径较大时，可取较多齿数；加工韧性材料时，齿数应取少些；加工脆性材料时，齿数可取多些。为了便于测量铰刀直径，齿数应取偶数，在常用直径8～40mm范围内，一般取齿数4～8个。铰刀刀齿沿圆周可以等齿距分布，也可以不等齿距分布。

随着科技的发展，机械加工的精度要求也越来越高，加工孔的精度更是要求严格。以液压阀主孔加工为例，孔的粗糙度要求Ra≤1.6，孔的圆柱度要求≤0.01mm，并且液压阀主孔内还具有多道油道孔，这些油道孔与液压阀主孔贯通形成断续加工难点，现有扩铰刀难以满足上述孔加工的精度要求，主要体现在以下几个方面：

1)扩铰刀加工过程中因刀具振动及断续加工等因素引起扩铰加工的孔精度不高，粗糙度和圆柱度均较差；虽然现有铰刀采用不等齿距设计能够有效降低刀具加工振动，如专利号ZL201220619191.6和专利申请号201910176977.1等，但对刀具的加工振动抑制依然难以满足高精度高效的铰孔加工精度要求，尤其对于深孔(8～15倍径)加工，孔的圆柱度更加难以保证；

2)为了降低刀具振动，通常会选用较低的加工速度，但这样导致刀具加工效率较低，难以实现高效铰孔加工；

3)铰刀切削碎屑较大，不仅容易碰伤已加工表面，更重要的是容易堵塞贯通的其他孔道，且清洗困难，导致产品报废。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有扩铰刀存在的上述不足，提供一种高效不等分多刃扩铰刀，采用本发明的技术方案，该多刃扩铰刀在切削部的横截面上，相邻两条切削刃之间的齿距夹角最大值与最小值之差为6°～9°，且每条切削刃的齿宽大小与该切削刃旋转切削方向后侧的齿距夹角大小具有对应的变化规律，每条切削刃旋转切削方向后侧的齿距夹角越大则该切削刃的齿宽越大，采用上述多刃不等分结合多刃不等齿设计，大大降低了扩铰加工的刀具振动，不仅提高了所加工孔的表面粗糙度和圆柱度，而且能够提高铰孔加工余量和切削效率，大幅提高了扩铰孔的加工效率，尤其满足了深孔及孔的断续高效精加工需要；此外，该多刃扩铰刀的前端采用分层结构，扩大了加工余量，增强了扩铰刀的加工可靠性，并且能够使得切屑形成碎小屑，便于孔内切屑的清洗，尤其适用于多通道的断续孔加工，有效解决了切屑残留堵塞孔道的问题。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种高效不等分多刃扩铰刀，包括刀柄和设于刀柄前部的切削部，所述的切削部具有多条周向分布的螺旋形切削刃，相邻两条切削刃之间具有螺旋槽，该多刃扩铰刀的切削刃在圆周方向上具有不等分结构，在切削部的横截面上，相邻两条切削刃之间的齿距夹角最大值与最小值之差为6°～9°；该多刃扩铰刀的切削刃同时具有不等齿结构，每条切削刃的齿宽大小与该切削刃旋转切削方向后侧的齿距夹角大小具有对应的变化规律，每条切削刃旋转切削方向后侧的齿距夹角越大则该切削刃的齿宽越大。

更进一步地，相邻两条切削刃之间的齿距夹角数值中至少有一对是小数。

更进一步地，所述的切削部的前端设有分层结构，该分层结构是在切削部的前端设有直径D1小于切削部的主体部分直径D2的前切削段，所述的前切削段与切削部主体部分之间具有分层后角。

更进一步地，所述的刀柄和切削部的中心设有冷却液通道，每条螺旋槽上均具有连通冷却液通道的喷液口。

更进一步地，所述的切削部上设有八条周向分布的螺旋形切削刃。

更进一步地，所述的切削部的主体部分L2具有前大后小的倒锥，所述的切削部的主体部分后侧具有退刀斜面。

更进一步地，所述的切削部的主体部分L2的倒锥为50/(0.01～0.02)mm；所述的切削部主体部分后侧的退刀斜面的角度为3～5°。

更进一步地，每条所述的切削刃均具有一后角、二后角和三后角，每条所述的切削刃的端部还设有前倒角。

更进一步地，在八条所述的切削刃中，相邻两条切削刃之间的齿距夹角分别为42°、44.5°、47°、48°、46°、44°、45.5°和43°；每条切削刃旋转切削方向后侧的齿距夹角对应的切削刃齿宽分别为1.47mm、1.78mm、2.04mm、2.15mm、1.9mm、1.67mm、1.81mm和1.58mm。

更进一步地，该多刃扩铰刀为左旋右切结构。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种高效不等分多刃扩铰刀，其在切削部的横截面上，相邻两条切削刃之间的齿距夹角最大值与最小值之差为6°～9°，且每条切削刃的齿宽大小与该切削刃旋转切削方向后侧的齿距夹角大小具有对应的变化规律，每条切削刃旋转切削方向后侧的齿距夹角越大则该切削刃的齿宽越大，采用上述多刃不等分结合多刃不等齿设计，进一步强化了多刃扩铰刀的抗震能力，大大降低了扩铰加工的刀具振动，不仅提高了所加工孔的表面粗糙度和圆柱度，而且能够提高铰孔加工余量和切削效率，大幅提高了扩铰孔的加工效率，尤其满足了深孔及孔的断续高效精加工需要；

(2)本发明的一种高效不等分多刃扩铰刀，其相邻两条切削刃之间的齿距夹角数值中至少有一对是小数，采用该不等分设计，使得各个切削刃的切削振动频率不同，进一步降低了各个切削刃切削过程中的共振，保证了铰孔加工的精度，能够以更高的切削速度进行加工，提高了扩铰孔加工的效率；

(3)本发明的一种高效不等分多刃扩铰刀，其切削部的前端设有分层结构，该分层结构是在切削部的前端设有直径D1小于切削部的主体部分直径D2的前切削段，前切削段与切削部主体部分之间具有分层后角，利用分层结构不仅能够增强扩铰刀的加工可靠性，扩大加工余量，提高扩铰刀的使用寿命，而且能够使切屑断开形成碎小屑，便于孔内切屑的清洗，尤其适用于多通道的断续孔加工，有效解决了切屑残留堵塞孔道的问题；

(4)本发明的一种高效不等分多刃扩铰刀，其刀柄和切削部的中心设有冷却液通道，每条螺旋槽上均具有连通冷却液通道的喷液口，保证了刀具强度和冷却液喷射的均匀性，改善了扩铰刀的散热效果，进一步提高了扩铰刀的使用寿命；

(5)本发明的一种高效不等分多刃扩铰刀，其切削部上设有八条周向分布的螺旋形切削刃，采用八刃设计，不仅孔的加工精度更高，而且加工稳定性好，切削速度快；

(6)本发明的一种高效不等分多刃扩铰刀，其切削部的主体部分L2具有前大后小的倒锥，倒锥为50/(0.01～0.02)mm，倒锥设计具有非常好的切削导向作用，保证了扩铰孔加工的直线度；切削部的主体部分后侧具有退刀斜面，退刀斜面的角度为3～5°，便于刀具退刀，防止损伤已加工孔的表面质量；

(7)本发明的一种高效不等分多刃扩铰刀，其每条切削刃均具有一后角、二后角和三后角，每条切削刃的端部还设有前倒角，采用三级后角设计，增加了容屑空间，使得加工排屑更加顺畅，配合多刃扩铰刀的左旋右切设计，排屑方式为下排屑，排屑顺畅稳定，提高了多刃扩铰刀的加工精度和加工效率；

(8)本发明的一种高效不等分多刃扩铰刀，其在八条所述的切削刃中，相邻两条切削刃之间的齿距夹角分别为42°、44.5°、47°、48°、46°、44°、45.5°和43°；每条切削刃旋转切削方向后侧的齿距夹角对应的切削刃齿宽分别为1.47mm、1.78mm、2.04mm、2.15mm、1.9mm、1.67mm、1.81mm和1.58mm，采用上述八刃扩铰刀的不等分和不等齿设计，使得扩铰刀自身的动平衡性更好，切屑加工更加稳定可靠，加工效率得到进一步提高。

附图说明

图1为本发明的一种高效不等分多刃扩铰刀的立体结构示意图；

图2为图1中K处的局部放大结构示意图；

图3为本发明的一种高效不等分多刃扩铰刀的正视结构示意图；

图4为本发明的一种高效不等分多刃扩铰刀的切削刃不等分设计原理图；

图5为本发明的一种高效不等分多刃扩铰刀的切削刃不等齿设计原理图。

示意图中的标号说明：

1、刀柄；2、切削部；2-1、切削刃；2-1a、一后角；2-1b、二后角；2-1c、三后角；2-1d、前倒角；2-2、螺旋槽；2-3、前切削段；2-4、分层后角；2-5、避空段；2-6、退刀斜面；3、冷却液通道。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。

结合图1至图5所示，本发明的一种高效不等分多刃扩铰刀，包括刀柄1和设于刀柄1前部的切削部2，切削部2具有多条周向分布的螺旋形切削刃2-1，切削刃2-1的数量可根据扩铰刀的直径和所加工工件的材质来定，优选采用偶数条切削刃2-1，如4刃、6刃和8刃等，相邻两条切削刃2-1之间具有螺旋槽2-2，该多刃扩铰刀的切削刃2-1在圆周方向上具有不等分结构，具体体现在切削部2的横截面上，切削刃2-1在圆周方向上不是均匀分布，且相邻两条切削刃2-1之间的齿距夹角最大值与最小值之差为6°～9°，优选各个齿距夹角均不相等；该多刃扩铰刀的切削刃2-1同时具有不等齿结构，具体体现在切削刃2-1的齿宽大小不一，每条切削刃2-1的齿宽大小与该切削刃2-1旋转切削方向后侧的齿距夹角大小具有对应的变化规律，即每条切削刃2-1旋转切削方向后侧的齿距夹角越大则该切削刃2-1的齿宽越大，优选各个切削刃2-1的齿宽均不相等。采用上述多刃不等分结合多刃不等齿设计，切削刃2-1在扩铰加工时，使得每条切削刃2-1均具有不同的振动频率，有效避免了切削加工产生刀具共振，进一步强化了多刃扩铰刀的抗震能力，大大降低了扩铰加工的刀具振动，不仅提高了所加工孔的表面粗糙度和圆柱度，而且能够提高铰孔加工余量和切削效率，大幅提高了扩铰孔的加工效率，尤其满足了深孔及孔的断续高效精加工需要。

对于多刃扩铰刀的不等分设计，优选地，相邻两条切削刃2-1之间的齿距夹角数值中至少有一对是小数，如齿距夹角中至少有一对是具有“半度”的角度，实验表明，采用该不等分设计，能够进一步降低各个切削刃2-1切削过程中的共振，保证了铰孔加工的精度，能够以更高的切削速度进行加工，提高了扩铰孔加工的效率。

另外，该多刃扩铰刀还可采用分层结构设计，即切削部2的前端设有分层结构，该分层结构是在切削部2的前端设有直径D1小于切削部2的主体部分直径D2的前切削段2-3，前切削段2-3与切削部2主体部分之间具有分层后角2-4。前切削段2-3的长度L1可设为5mm左右，建议设为5mm～5.5mm。采用上述分层结构，不仅能够增强扩铰刀的加工可靠性，扩大加工余量，提高扩铰刀的使用寿命，而且能够使切屑断开形成碎小屑，便于孔内切屑的清洗，尤其适用于多通道的断续孔加工，有效解决了切屑残留堵塞孔道的问题。

为了提高扩铰刀的使用寿命，在刀柄1和切削部2的中心设有冷却液通道3，每条螺旋槽2-2上均具有连通冷却液通道3的喷液口，各个喷液口在对应的螺旋槽2-2内可沿扩铰刀轴向间隔分布，保证了刀具强度和冷却液喷射的均匀性，改善了扩铰刀的散热效果，进一步提高了扩铰刀的使用寿命，满足了扩铰刀高效率加工需要。此外，在切削部2的主体部分L2具有前大后小的倒锥，倒锥设计具有非常好的切削导向作用，保证了扩铰孔加工的直线度；切削部2的主体部分后侧具有退刀斜面2-6，便于刀具退刀，防止损伤已加工孔的表面质量。在切削部2与刀柄1之间具有避空段2-5，避空段2-5的直径小于切削部2的主体部分的直径，减小了扩铰加工的阻力。

本发明的一种高效不等分多刃扩铰刀，优选采用下排屑方式，通常采用左旋右切结构，排屑顺畅稳定，提高了多刃扩铰刀的加工精度和加工效率。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例

本实施例以八刃扩铰刀为例，进一步阐述本发明的一种高效不等分多刃扩铰刀的设计原理。参见图1、图2、图4和图5所示，本实施例的八刃扩铰刀，采用左旋右切结构，其包括刀柄1和设于刀柄1前部的切削部2，切削部2具有八条周向分布的螺旋形切削刃2-1，相邻两条切削刃2-1之间具有用于容屑和排屑的螺旋槽2-2，该八刃扩铰刀的切削刃2-1在圆周方向上具有不等分结构，不等分结构的设计原则为：在切削部2的横截面上，相邻两条切削刃2-1之间的齿距夹角最大值与最小值之差为6°～9°，进一步地，相邻两条切削刃2-1之间的齿距夹角数值中至少有一对是小数，如齿距夹角中至少有一对是具有“半度”的角度。在此基础上，该八刃扩铰刀的切削刃2-1同时具有不等齿结构，不等齿结构的设计原则为：每条切削刃2-1的齿宽大小与该切削刃2-1旋转切削方向后侧的齿距夹角大小具有对应的变化规律，即每条切削刃2-1旋转切削方向后侧的齿距夹角越大则该切削刃2-1的齿宽越大。具体在本实施例中，如图4和图5所示，在八条切削刃2-1中，相邻两条切削刃2-1之间的齿距夹角分别为42°、44.5°、47°、48°、46°、44°、45.5°和43°；每条切削刃2-1旋转切削方向后侧的齿距夹角对应的切削刃2-1齿宽分别为1.47mm、1.78mm、2.04mm、2.15mm、1.9mm、1.67mm、1.81mm和1.58mm。也即每个齿距夹角的切削方向前侧的切削刃2-1齿宽大小与该齿距夹角的大小具有一致的变化规律，齿距夹角设计的大则对应的切削刃2-1齿宽也相应较大，实验表明，采用上述八刃扩铰刀的不等分和不等齿设计，使得扩铰刀自身的动平衡性更好，切屑加工更加稳定可靠，进一步强化了八刃扩铰刀的抗震能力，大大降低了扩铰加工的刀具振动，不仅提高了所加工孔的表面粗糙度和圆柱度，而且能够提高铰孔加工余量和加工速度，其机床加工转速可达到40～80m/min，是普通铰刀加工效率(机床加工转速为10～20m/min)的2～8倍，大幅提高了扩铰孔的加工效率，尤其满足了深孔及孔的断续高效精加工需要。

为了优化切削部2高速加工的散热条件，在刀柄1和切削部2的中心设有冷却液通道3，每条螺旋槽2-2上均具有连通冷却液通道3的喷液口，八条螺旋槽2-2内的喷液口沿切削部2的轴向间隔分布，保证了刀具强度和冷却液喷射的均匀性，改善了扩铰刀的散热效果，进一步提高了扩铰刀的使用寿命。如图3所示，在切削部2的前端还设有分层结构，该分层结构是在切削部2的前端设有直径D1小于切削部2的主体部分直径D2的前切削段2-3，前切削段2-3与切削部2主体部分之间具有分层后角2-4。前切削段2-3的长度L1可设为5mm～5.5mm，分层后角2-4的角度优选为6°，分层后角2-4可采用铲磨加工成型。采用上述分层结构，不仅能够增强扩铰刀的加工可靠性，扩大加工余量，提高扩铰刀的使用寿命，实验表明，该扩铰刀的累计寿命达到1068～2002m，而且能够使切屑断开形成碎小屑，便于孔内切屑的清洗，尤其适用于多通道的断续孔加工，有效解决了切屑残留堵塞孔道的问题。在本实施例中，相比于普通铰刀加工余量一般为0.1～0.2mm，前切削段2-3的切削余量和切削部2主体部分的切削余量之和优选≤0.4mm，一般可设计为0.3～0.4mm，切削余量更大，加工效率更高。在切削部2的主体部分L2具有前大后小的倒锥，倒锥优选为50/0.01～0.02mm，倒锥设计具有非常好的切削导向作用，保证了扩铰孔加工的直线度；切削部2的主体部分后侧具有退刀斜面2-6，退刀斜面2-6的角度优选为3～5°，便于刀具退刀，防止损伤已加工孔的表面质量。在切削部2与刀柄1之间具有避空段2-5，避空段2-5的直径D3小于切削部2的主体部分的最小直径，减小了扩铰加工的阻力。此外，在本实施例中，每条切削刃2-1均具有一后角2-1a、二后角2-1b和三后角2-1c，每条切削刃2-1的端部还设有前倒角2-1d，采用三级后角设计，增加了容屑空间，使得加工排屑更加顺畅，配合多刃扩铰刀的左旋右切设计，排屑方式为下排屑，排屑顺畅稳定，提高了多刃扩铰刀的加工精度和加工效率。三级后角的具体设计参数可根据切削部2的直径和刃数等加工指标而定，在本实施例中，一后角2-1a为2°，宽度为0.08mm，二后角2-1b为12°，宽度为0.42mm，三后角2-1c为22°；前倒角2-1d一般设计为1mm×20°斜倒角。

在本实施例中，切削部2的前端面为平面，切削部2的芯厚直径优选设计为切削部2主体部分直径D2的0.7倍，保证了切削部2的整体强度。刀柄1部分的圆柱度公差≤0.01mm，提高了扩铰刀的加工平稳性。本实施例的八刃扩铰刀的直径和长度等其他参数设计可根据孔的加工指标而定。

本发明的一种高效不等分多刃扩铰刀，该多刃扩铰刀在切削部的横截面上，相邻两条切削刃之间的齿距夹角最大值与最小值之差为6°～9°，且每条切削刃的齿宽大小与该切削刃旋转切削方向后侧的齿距夹角大小具有对应的变化规律，每条切削刃旋转切削方向后侧的齿距夹角越大则该切削刃的齿宽越大，采用上述多刃不等分结合多刃不等齿设计，大大降低了扩铰加工的刀具振动，不仅提高了所加工孔的表面粗糙度和圆柱度，而且能够提高铰孔加工余量和切削效率，大幅提高了扩铰孔的加工效率，尤其满足了深孔及孔的断续高效精加工需要；此外，该多刃扩铰刀的前端采用分层结构，扩大了加工余量，增强了扩铰刀的加工可靠性，并且能够使得切屑形成碎小屑，便于孔内切屑的清洗，尤其适用于多通道的断续孔加工，有效解决了切屑残留堵塞孔道的问题。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高效不等分多刃扩铰刀，包括刀柄(1)和设于刀柄(1)前部的切削部(2)，所述的切削部(2)具有多条周向分布的螺旋形切削刃(2-1)，相邻两条切削刃(2-1)之间具有螺旋槽(2-2)，该多刃扩铰刀的切削刃(2-1)在圆周方向上具有不等分结构，其特征在于：在切削部(2)的横截面上，相邻两条切削刃(2-1)之间的齿距夹角最大值与最小值之差为6°～9°；该多刃扩铰刀的切削刃(2-1)同时具有不等齿结构，每条切削刃(2-1)的齿宽大小与该切削刃(2-1)旋转切削方向后侧的齿距夹角大小具有对应的变化规律，每条切削刃(2-1)旋转切削方向后侧的齿距夹角越大则该切削刃(2-1)的齿宽越大。

2.根据权利要求1所述的一种高效不等分多刃扩铰刀，其特征在于：相邻两条切削刃(2-1)之间的齿距夹角数值中至少有一对是小数。

3.根据权利要求1所述的一种高效不等分多刃扩铰刀，其特征在于：所述的切削部(2)的前端设有分层结构，该分层结构是在切削部(2)的前端设有直径D1小于切削部(2)的主体部分直径D2的前切削段(2-3)，所述的前切削段(2-3)与切削部(2)主体部分之间具有分层后角(2-4)。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种高效不等分多刃扩铰刀，其特征在于：所述的刀柄(1)和切削部(2)的中心设有冷却液通道(3)，每条螺旋槽(2-2)上均具有连通冷却液通道(3)的喷液口。

5.根据权利要求4所述的一种高效不等分多刃扩铰刀，其特征在于：所述的切削部(2)上设有八条周向分布的螺旋形切削刃(2-1)。

6.根据权利要求5所述的一种高效不等分多刃扩铰刀，其特征在于：所述的切削部(2)的主体部分L2具有前大后小的倒锥，所述的切削部(2)的主体部分后侧具有退刀斜面(2-6)。

7.根据权利要求6所述的一种高效不等分多刃扩铰刀，其特征在于：所述的切削部(2)的主体部分L2的倒锥为50/(0.01～0.02)mm；所述的切削部(2)主体部分后侧的退刀斜面(2-6)的角度为3～5°。

8.根据权利要求6所述的一种高效不等分多刃扩铰刀，其特征在于：每条所述的切削刃(2-1)均具有一后角(2-1a)、二后角(2-1b)和三后角(2-1c)，每条所述的切削刃(2-1)的端部还设有前倒角(2-1d)。

9.根据权利要求8所述的一种高效不等分多刃扩铰刀，其特征在于：在八条所述的切削刃(2-1)中，相邻两条切削刃(2-1)之间的齿距夹角分别为42°、44.5°、47°、48°、46°、44°、45.5°和43°；每条切削刃(2-1)旋转切削方向后侧的齿距夹角对应的切削刃(2-1)齿宽分别为1.47mm、1.78mm、2.04mm、2.15mm、1.9mm、1.67mm、1.81mm和1.58mm。

10.根据权利要求9所述的一种高效不等分多刃扩铰刀，其特征在于：该多刃扩铰刀为左旋右切结构。

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