CN111168133A - 一种石墨加工用整体氧化锆陶瓷成型铣刀 - Google Patents

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余洪
万苏洲
蒋长青
李静
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Abstract

本发明一种石墨加工用整体氧化锆陶瓷成型铣刀，包括同轴设置且分别为圆柱体的刀体和圆柱柄，刀体外周轴向设有若干个右螺旋形的排屑槽，切削方向为右切，轴向刃口采用渐变螺旋型线结构，排屑槽采用变芯厚，槽底呈圆弧结构，排屑槽与刀体相交形成周刃刃背，周刃刃背与圆柱柄通过颈部过渡变径连接，周刃刃背与容屑槽形成端刃，周刃刃背前段无锥度后段倒锥。本发明提供的一种石墨加工用整体氧化锆陶瓷成型铣刀，具有高韧性、高耐磨性、优异的隔热性能以及良好的热膨胀系数等优点。氧化锆陶瓷铣刀无需涂覆金刚石涂层，刀具寿命比金刚石涂层硬质合金刀具提高15～20％，加工工件表面尺寸更加均匀，光洁度更高。

Description

一种石墨加工用整体氧化锆陶瓷成型铣刀
技术领域
本发明属于刀具设计、刀具应用技术领域，具体涉及一种石墨加工用整体氧化锆陶瓷成型铣刀。
背景技术
石墨材料是由石墨质碳组成的碳素材料，因其具有优良的耐高温、导电性、导热性以及化学稳定性等特点，常被用来制作石墨3D热弯玻璃模具、电极、隔热层等零部件，在汽车、家电、通信、电子与核能等行业应用越来越广泛。然而，石墨材料也由于硬度高、脆性大，同时零件形状越来越复杂，容易出现崩口、断裂等难点。目前石墨零件成型孔加工存在薄壁、小圆角、锐变等缺点，易造成排屑不畅、刀具磨损严重、孔内壁表面粗糙度大等问题，目前的解决方法常用整体硬质合金金刚石涂层刀具加工，但是刀具磨损快、价格昂贵、加工寿命低，亟待实现加工质量与加工效率的提升。
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种石墨加工用整体氧化锆陶瓷成型铣刀。
为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：
一种石墨加工用整体氧化锆陶瓷成型铣刀，包括同轴设置且分别为圆柱体的刀体和圆柱柄，所述刀体外周轴向设有若干个右螺旋形的排屑槽，切削方向为右切，轴向刃口采用渐变螺旋型线结构，排屑槽采用变芯厚，槽底呈圆弧结构，排屑槽与刀体相交形成周刃刃背，周刃刃背与圆柱柄通过颈部过渡变径连接，周刃刃背与容屑槽形成端刃，周刃刃背前段无锥度后段倒锥。
进一步的，所述排屑槽的数量为两个，径向前角为16～20°，排屑槽的螺旋角沿中轴线从刀尖向圆柱柄方向线性减小，变化范围为35°→30°。
进一步的，所述排屑槽单槽轴向长度为L1，周刃刃背单背轴向长度为L2，槽背比L1：L2为1.5～2.0。
进一步的，所述排屑槽芯厚锥度为正锥，锥度角度为0.4～0.8°，排屑槽的前芯厚为a1，a1的取值范围为0.23～0.28D1，后芯厚为a2，a2的取值范围为0.30～0.35D1，其中，D1为刀体的圆柱直径。
进一步的，所述排屑槽槽底圆弧半径为0.3～0.6mm。
进一步的，所述刀体中部采用正变径比锥度过渡结构，过渡角度为30～45°，D2：D1为1.5～5.0，其中，D1为刀体的圆柱直径，D2为圆柱柄的圆柱直径。
进一步的，所述周刃刃背前段直径为D1，前段锥度角度为0°，前段长度为3～5mm；周刃刃背后段直径为D3，后段锥度角度为0.3～0.5°。
进一步的，所述周刃刃背的第一后刀面采用小角度假性刃带直后刀面结构，第一后角为0～5°，宽度为0.03～0.08mm；周刃刃背的第二后刀面采用直后刀面结构，第二后角为6～10°，宽度为0.03～0.08mm；周刃刃背的第三后刀面采用弧面结构，后角角度为18～25°。
进一步的，所述端刃的数量为两个，端刃顶尖与两个钻尖轴向落差长度为0.10～0.15mm，容屑槽与周刃刃背交接刃口形成刀尖平台结构，轴向长度为0.3～0.6mm，保证端刃刃口平直。
进一步的，所述圆柱柄右端部形成柄部倒角。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明的石墨加工用整体氧化锆陶瓷成型铣刀的刀具基体材料采用氧化锆非金属陶瓷，具有高韧性、高耐磨性、优异的隔热性能以及良好的热膨胀系数等优点，无需涂覆金刚石涂层，刀具寿命比传统的金刚石涂层硬质合金刀具提高15～20％，加工工件表面尺寸更加均匀，光洁度更高；
2、石墨加工用整体氧化锆陶瓷成型铣刀采用端面抛物曲线刃口对称三尖结构与内凹曲面后刀面结构形态，通过一点定心与两点切削方式来防止刀具振动，保证刀具铣削的稳定性；
3、石墨加工用整体氧化锆陶瓷成型铣刀的螺旋方向为右螺旋，切削方向为右切，轴向刃口采用渐变螺旋型线结构，可以增强刀具刃口的强度与整体刚性；
4、石墨加工用整体氧化锆陶瓷成型铣刀的周刃刃背采用前段无锥度后段倒锥结构，第一后刀面采用小角度假性刃带结构，第三后刀面采用弧面结构形态，在增加刀具楔形角的同时，减小周刃对孔内壁的挤削和断刀风险；
5、石墨加工用整体氧化锆陶瓷成型铣刀排屑槽采用变芯厚，槽底采用大圆弧结构，刀体中部采用正变径比锥度过渡结构，增加切屑的排出空间，并使得刀具刚性大大增强。
附图说明
图1为本发明的主视图；
图2为本发明的刀体前端放大图；
图3为本发明的图1中A-A的剖视图；
图4为本发明的芯厚轴向锥度示意图；
图5为本发明图3中I的A-A局部放大图；
图6为本发明的周刃刃背的锥度示意图；
图7为本发明的左视图；
其中，1-刀体；2-周刃刃背；3-排屑槽；4-中轴线；5-圆柱柄；6-柄部倒角；7-颈部过渡；8-端刃；9-理想面；10-顶尖；11-容屑槽；12-端刃第一后刀面；13-端刃第二后刀面；14-钻尖；15-周刃第一后刀面；16-周刃第二后刀面；17-周刃第三后刀面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1-7所示，一种石墨加工用整体氧化锆陶瓷成型铣刀，由氧化锆陶瓷制成，包括刀体1和圆柱柄5，刀体1和圆柱柄5是以中轴线4为中心的同轴圆柱体，刀体1外周轴向设有若干个右螺旋形的排屑槽3，排屑槽3与刀体1相交处形成周刃刃背2，周刃刃背2与容屑槽11形成端刃8，位于左端部，端刃8的两钻尖14连线以理想面9为基准，理想面9作用：作为刀具在制作过程中两个钻尖14在轴向方向的轴向差值的参考基准面，周刃刃背2与圆柱柄5通过颈部过渡7变径连接，刀体1的圆柱直径为D1，圆柱柄5的圆柱直径为D2，用于刀具的夹持和固定，D1小于D2，圆柱柄5端面形成柄部倒角6，防止夹持时刀具崩口与筒夹划伤内壁。刀体1中部采用正变径比锥度过渡结构，过渡角度设计为θ，θ的取值范围为30～45°，变径比(D2：D1)为1.5～5.0，增强刀具颈部强度，以防刀具折断。
如图2所示，石墨加工用整体氧化锆陶瓷成型铣刀的螺旋方向为右螺旋，切削方向为右切，排屑槽3的数量为2个，轴向刃口采用渐变螺旋型线结构。排屑槽3的螺旋角设计为α，螺旋角沿中轴线4从刀尖向圆柱柄5方向线性减小，变化范围为35°→30°，线性方程式为：
α＝35°-k*△L，其中k为线性变化系数，常取0.2～0.5，△L为从钻尖14开始沿中轴线4方向到测量点的长度，0≤△L≤L，L为刃长。
一般地，以中心轴线4为基准，排屑槽3单槽轴向长度设计为L1，周刃刃背2单背轴向长度设计为L2，槽背比L1：L2设计为1.5～2.0。如图5所示，排屑槽3的径向前角设计为γ，一般为16～20°，采用大前角能够增加刃口的锋利性。
容屑槽11是由排屑槽3在端刃8前端形成的切削容屑空间，其与周刃刃背2交接刃口形成刀尖平台结构，轴向长度设计为L4，取值范围为0.3～0.6mm，增强周刃刃口的强度，保证端刃8刃口的平直，防止钻尖在加工中磨损或者崩口，而且通过改变端刃8与排屑槽3之间的结构形态，增加切屑切除瞬间的容屑空间与流出方向，以防石墨粉屑的积存导致闷刀。
如图3-4所示，排屑槽3采用变芯厚，芯厚为a，前芯厚为a1，取值范围为0.23～0.28D1，后芯厚为a2，取值范围为0.30～0.35D1，采用正向锥度，锥度角度为θ1，取值范围为0.4～0.8°，增强了刀具芯部刚性。排屑槽3槽底采用大圆弧结构，圆弧半径设计为R1，取值范围为0.3～0.6mm，增大排屑槽3的排屑与容屑空间，利于切屑快速顺畅排出。
如图5-6所示，周刃刃背2采用前段无锥度后段倒锥结构。周刃刃背2直径为D，周刃刃背2的整个刃长范围内包括以下两段锥度结构：①前段直径为D1，前段锥度角度为0°，前段长度为L5，取值范围为3～5mm；②后段直径为D3，后段锥度角度为θ2，取值范围为0.3～0.5°，后段长度为L6，取值范围为刃长与L5之间的差值。周刃刃背2由周刃第一后刀面15、周刃第二后刀面16与周刃第三后刀面17三部分构成，其中，周刃第一后刀面15采用小角度假性刃带直后刀面结构，第一后角设计为α1，α1的取值范围为0～5°，宽度k的取值范围为0.03～0.08mm；周刃第二后刀面16采用直后刀面结构，第二后角设计为α2，取值范围为6～10°，宽度为0.03～0.08mm；周刃第三后刀面17采用弧面结构形态，后角角度为18～25°，在增加刀具楔形角的同时，减小周刃对孔内壁的挤削和断刀风险。
如图7所示，石墨加工用整体氧化锆陶瓷成型铣刀采用端面抛物曲线刃口对称三尖结构与内凹曲面后刀面结构形态，端刃8的数目为2个，端刃8由端刃第一后刀面12与端刃第二后刀面13所组成，端刃第一后刀面12为弧面内凹窄结构，端刃第二后刀面13为弧面内凹宽结构。端刃8上的顶尖10为中心轴线4与端刃8形成的单尖状结构，钻尖14为排屑槽3、周刃第一后刀面15与端刃第一后刀面12三者之间形成的两个对称于中心轴线4的尖状结构，其中，顶尖10与两个钻尖14轴向落差长度设计为L3，取值范围为0.10～0.15mm，在实际切削中通过中心顶尖定心与两刀尖接触工件实现三点定位来防止刀具振动，保证刀具铣削的稳定性。
本发明未详细描述的部分采用现有技术即可实现，在此不做赘述。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种石墨加工用整体氧化锆陶瓷成型铣刀，包括同轴设置且分别为圆柱体的刀体(1)和圆柱柄(5)，其特征在于，所述刀体(1)外周轴向设有若干个右螺旋形的排屑槽(3)，切削方向为右切，轴向刃口采用渐变螺旋型线结构，排屑槽(3)采用变芯厚，芯厚锥度为正锥，槽底呈圆弧结构，排屑槽(3)与刀体(1)相交形成周刃刃背(2)，周刃刃背(2)前段无锥度后段倒锥，周刃刃背(2)与圆柱柄(5)通过颈部过渡(7)变径连接，周刃刃背(2)与容屑槽(11)形成端刃(8)。
2.根据权利要求1所述的一种石墨加工用整体氧化锆陶瓷成型铣刀，其特征在于，所述排屑槽(3)的数量为两个，径向前角为16～20°，排屑槽(3)的螺旋角沿中轴线(4)从刀尖向圆柱柄(5)方向线性减小，变化范围为35°→30°。
3.根据权利要求1所述的一种石墨加工用整体氧化锆陶瓷成型铣刀，其特征在于，所述排屑槽(3)单槽轴向长度为L1，周刃刃背(2)单背轴向长度为L2，槽背比L1：L2为1.5～2.0。
4.根据权利要求1所述的一种石墨加工用整体氧化锆陶瓷成型铣刀，其特征在于，所述排屑槽(3)芯厚锥度角度为0.4～0.8°，排屑槽(3)的前芯厚为0.23～0.28D1，后芯厚为0.30～0.35D1，其中，D1为刀体(1)的圆柱直径。
5.根据权利要求1所述的一种石墨加工用整体氧化锆陶瓷成型铣刀，其特征在于，所述排屑槽(3)槽底圆弧半径为0.3～0.6mm。
6.根据权利要求1所述的一种石墨加工用整体氧化锆陶瓷成型铣刀，其特征在于，所述刀体(1)中部采用正变径比锥度过渡结构，过渡角度为30～45°，变径比D2：D1为1.5～5.0，其中，D1为刀体(1)的圆柱直径，D2为圆柱柄(5)的圆柱直径。
7.根据权利要求1所述的一种石墨加工用整体氧化锆陶瓷成型铣刀，其特征在于，所述周刃刃背(2)前段锥度角度为0°，前段长度为3～5mm；周刃刃背(2)后段锥度角度为0.3～0.5°。
8.根据权利要求1所述的一种石墨加工用整体氧化锆陶瓷成型铣刀，其特征在于，所述周刃刃背(2)的周刃第一后刀面(15)采用小角度假性刃带直后刀面结构，第一后角为0～5°，宽度为0.03～0.08mm；周刃刃背(2)的周刃第二后刀面(16)采用直后刀面结构，第二后角为6～10°，宽度为0.03～0.08mm；周刃刃背(2)的周刃第三后刀面(17)采用弧面结构，后角角度为18～25°。
9.根据权利要求1所述的一种石墨加工用整体氧化锆陶瓷成型铣刀，其特征在于，所述圆柱柄(5)右端部形成柄部倒角(6)。
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