一種雙斷屑結(jié)構(gòu)重型切削刀片的制作方法
【專利摘要】一種雙斷屑結(jié)構(gòu)重型切削刀片，屬于車銑加工用刀具【技術領域】，以解決水室封頭切削加工過程中斷屑困難，切削力過大，切削溫度過高，刀具破損嚴重，換刀頻繁，生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本增大問題。前刀面外邊緣處加工有直線形切削刃，前刀面上斜置設有數(shù)個橢圓形凸起，刀片頂面的正方形平臺的每個側(cè)面中部加工有梯形槽，梯形槽內(nèi)設有凸塊，凸塊頂面并列設有圓弧面凸柱，正方形平臺上位于梯形槽兩側(cè)的側(cè)面為凸球面，刀片底面中部設有方形散熱槽，方形散熱槽外圍的刀片底面被分割成八塊支撐面，每相鄰兩塊支撐面與位于二者之間的支撐面之間設有與方形散熱槽相通的U形散熱槽。本發(fā)明專用于水室封頭切削加工。
【專利說明】—種雙斷屑結(jié)構(gòu)重型切削刀片
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于車銑加工用刀具【技術領域】，尤其涉及一種雙斷屑結(jié)構(gòu)重型切削刀片。
【背景技術】
[0002]隨著我國對電力的需求日益增長，中國計劃到2020年核電裝機容量達到6000萬千瓦，對核電設備的需求隨之增大。水室封頭是AP1000核島核電站中蒸汽發(fā)生器中重要難加工零部件。為了保證水室封頭能在惡劣的環(huán)境下正常運轉(zhuǎn)，對其生產(chǎn)加工要求非常嚴格，ASME標準要求AP1000水室封頭毛坯件必須采用整體鍛造工藝，然后進行切削加工成型。并且水室封頭的材料為特殊難加工材料SA508 III鋼，屬于低碳低合金鋼，其具有較高的韌性和強度，而材料韌性高會使斷屑困難，切削時消耗能量多，切削力和切削溫度都比較高；而強度高則會導致切屑變形困難，從而使切削過程中的切削力和切削溫度進一步升高。由于SA508 III鋼材料的難加工性，導致水室封頭加工過程中切削刀具失效嚴重。此外,水室封頭毛坯件為鍛造加工，毛坯表面普遍存在缺陷，如鍛造凸條、鍛造褶皺、鍛造鼓包、鍛造凹坑、氧化皮等，由于這些鍛造缺陷隨機出現(xiàn)在毛坯的外表面，刀具的運動應看成隨機的斷續(xù)切削過程，這導致沖擊載荷無規(guī)律，且大小變化范圍很大。由于這些原因綜合作用導致水室封頭加工過程中刀具的破損嚴重，需要進行頻繁換刀，從而嚴重影響水室封頭的生產(chǎn)效率，使生產(chǎn)成本增大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種雙斷屑結(jié)構(gòu)重型切削刀片，以解決水室封頭切削加工過程中斷屑困難，切削力過大，切削溫度過高，刀具破損嚴重，換刀頻繁，生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本增大的問題。
[0004]為了達到上述目的，本發(fā)明所采取的技術方案是:
[0005]一種雙斷屑結(jié)構(gòu)重型切削刀片，所述刀片外形為正四棱臺形狀，且刀片底面面積小于刀片頂面面積，刀片頂面四周設有前刀面，位于前刀面的四條外邊緣處分別加工有四條直線形切削刃，每相鄰兩條直線形切削刃的頂角處設有圓弧形刀尖，刀片中心處沿刀片厚度方向加工有用于與刀桿固定的螺釘緊固孔，前刀面為外端高于里端的坡面，在前刀面上斜置且等間距設有數(shù)個橢圓形凸起，刀片頂面中部設有一正方形平臺，正方形平臺的頂面與四條直線形切削刃平齊，正方形平臺的每個側(cè)面中部加工有一個梯形槽，所述梯形槽的槽側(cè)面為向外傾斜的斜面，每個梯形槽內(nèi)中部設有一個凸塊，所述凸塊的俯視投影為等腰梯形，凸塊的外端低于里端，每個凸塊的頂面上并列設有至少兩個圓弧面凸柱，圓弧面凸柱沿凸塊頂面的寬度方向設置，每個凸塊與所對應的梯形槽之間設有間隙，由梯形槽、凸塊以及設置在該凸塊上的所有圓弧面凸柱構(gòu)成梯形斷屑結(jié)構(gòu)；正方形平臺上位于每個梯形槽兩側(cè)的側(cè)面均為凸球面，相鄰兩個凸球面的交角與圓弧形刀尖正對；刀片底面中部設有方形散熱槽，方形散熱槽外圍的刀片底面被分割成八塊支撐面，八塊支撐面按如下方式分布:其中有四塊支撐面布置在刀片底面四個角部，余下四塊支撐面中，位于每相鄰兩塊支撐面之間分布一塊支撐面；每相鄰兩塊支撐面與位于二者之間的支撐面之間設有一 U形散熱槽，U形散熱槽與方形散熱槽相通。
[0006]本發(fā)明的有益效果是:
[0007]1、在前刀面上斜置設有數(shù)個平行設置的橢圓形凸起，減小了切屑與前刀面的接觸面積，并且增加了有效散熱面積，起到降低切削溫度的作用，同時橢圓形凸起與切削刃大約成45°角，當?shù)镀髌荎r=45°時,橢圓形凸起的長軸與所述刀片的進給方向平行,這樣，橢圓形凸起與切屑接觸面積更大，使前刀面受到的力均勻分布在橢圓形凸起上，從而有更好的減振作用。
[0008]2、正方形平臺上位于每個梯形槽兩側(cè)的側(cè)面均為凸球面，相鄰兩個凸球面的交角與圓弧形刀尖正對，構(gòu)成該刀片的第一個斷屑結(jié)構(gòu)。在對于切深小的情況下(小于8mm)，切屑流到凸球面上時受到凸球面的強制約束，使切屑更易折斷，并且凸球面使切屑與刀片接觸的面積減少，能有效減少摩擦，能降低切削溫度15%左右。
[0009]3、為了解決在對于切深較大的情況下斷屑困難問題，設計了第二個斷屑結(jié)構(gòu)，SP梯形斷屑結(jié)構(gòu)，它與第一個斷屑結(jié)構(gòu)相比，拋物面凸柱具有更強的抗沖擊性能，此外，由于第二個斷屑結(jié)構(gòu)上拋物面凸柱的作用，使切屑更容易發(fā)生折斷。
[0010]4、支撐面之間設計有U形散熱槽，這樣的設計增大了散熱面積，提高了刀片的散熱性能。
[0011]5、刀片底面中心處設有方形散熱面，能有效減少刀片與刀墊間的熱傳遞，并且當切削液從U形散熱槽中流入時，可短暫的存儲部分切削液，使切削液在螺釘緊固孔附近形成一層切削液層，這樣能更好的對刀片進行冷卻。整個刀片利用螺釘通過螺釘緊固孔固定在刀桿上。
[0012]綜上，本發(fā)明在對水室封頭切削加工過程中斷屑順暢，切削力和切削溫度都有不同程度的降低，刀片不易損壞，能延長刀片使用壽命20%左右，提高約17%生產(chǎn)效率，降低25%的生產(chǎn)成本，為水室封頭切削加工中專用車刀片。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的雙斷屑結(jié)構(gòu)重型切削刀片俯視圖；圖2是圖1的A-A剖視圖；圖3是圖1的主視圖；圖4是圖1的仰視圖；圖5是圖1的立體圖；圖6是負倒棱剖面圖；圖7是【具體實施方式】三的結(jié)構(gòu)圖，圖中箭頭所示方向為進給運動方向。
[0014]圖中表示的各零部件名稱及標號如下:心形凸起1、凸球面2、凸塊3、橢圓形凸起
4、直線形切削刃5、圓弧形刀尖6、V形斷屑槽7、螺釘緊固孔8、支撐面9、方形散熱槽10、U形散熱槽11、前刀面12、正方形平臺13、梯形槽14、圓弧面凸柱15、間隙16。
【具體實施方式】
[0015]【具體實施方式】一:如圖1-圖5所示，一種雙斷屑結(jié)構(gòu)重型切削刀片，所述刀片外形為正四棱臺形狀，且刀片底面面積小于刀片頂面面積，刀片頂面四周設有前刀面12，位于前刀面12的四條外邊緣處分別加工有四條直線形切削刃5，每相鄰兩條直線形切削刃5的頂角處設有圓弧形刀尖6，刀片中心處沿刀片厚度方向加工有用于與刀桿固定的螺釘緊固孔8，前刀面12為外端高于里端的坡面，在前刀面12上斜置且等間距設有數(shù)個橢圓形凸起4，刀片頂面中部設有一正方形平臺13，正方形平臺13的頂面與四條直線形切削刃5平齊，正方形平臺13的每個側(cè)面中部加工有一個梯形槽14，所述梯形槽14的槽側(cè)面為向外傾斜的斜面，每個梯形槽14內(nèi)中部設有一個凸塊3，所述凸塊3的俯視投影為等腰梯形，凸塊3的外端低于里端(即凸塊3的頂面為外低、內(nèi)高的斜面)，每個凸塊3的頂面上并列設有至少兩個圓弧面凸柱15，圓弧面凸柱15沿凸塊3頂面的寬度方向設置，每個凸塊3與所對應的梯形槽14之間設有間隙16，由梯形槽14、凸塊3以及設置在該凸塊3上的所有圓弧面凸柱15構(gòu)成梯形斷屑結(jié)構(gòu)；正方形平臺13上位于每個梯形槽14兩側(cè)的側(cè)面均為凸球面2，相鄰兩個凸球面2的交角與圓弧形刀尖6正對；刀片底面中部設有方形散熱槽10 (方形散熱槽10的四個頂角分別指向刀片底面所對應邊緣的中部)，方形散熱槽10外圍的刀片底面被分割成八塊支撐面9，八塊支撐面9按如下方式分布:其中有四塊支撐面9布置在刀片底面四個角部，余下四塊支撐面9中，位于每相鄰兩塊支撐面9之間分布一塊支撐面9 ;每相鄰兩塊支撐面9與位于二者之間的支撐面9之間設有一 U形散熱槽11，U形散熱槽11與方形散熱槽10相通。
[0016]【具體實施方式】二:結(jié)合圖1、圖5說明，本實施方式所述前刀面12靠近每個圓弧形刀尖6處設有一個心形凸起1，心形凸起I的尖部朝向與其相鄰的圓弧形刀尖6 (四個心形凸臺I位于前刀面的四條對角線上)。在靠近圓弧形刀尖6處設置心形凸起1，起到加強刀尖強度的作用，提高了刀片的抗沖擊性能，同時增加了刀具的有效散熱面積，有利于散熱。本實施方式中未公開的技術特征與【具體實施方式】一相同。
[0017]【具體實施方式】三:結(jié)合圖1及圖7說明，本實施方式所述橢圓形凸起4的長軸和與其相鄰的直線形切削刃5之間呈45°夾角，當?shù)镀髌荎r=45°時，橢圓形凸起4的長軸與所述刀片的進給方向平行。本實施方式中未公開的技術特征與【具體實施方式】一或二相同。
[0018]具體實施 方式四:結(jié)合圖1、圖5說明，本實施方式所述圓弧面凸柱15為拋物面凸柱。本實施方式中未公開的技術特征與【具體實施方式】一相同。
[0019]【具體實施方式】五:結(jié)合圖5、圖6說明，本實施方式所述刀片厚度為IOmm,刀片后角α0=7°~9°，刀片前角為9°~11°，刀片刃傾角為0°，刀片負倒棱寬度bYl=0.3~
0.5mm，刀片負倒棱角度Y <^=-15°~-45°，這種設計能增大刀片的抗沖擊性能，提高刀片的耐磨性。本實施方式中未公開的技術特征與【具體實施方式】一相同。
[0020]【具體實施方式】六:結(jié)合圖1、圖5、圖6說明,本實施方式所述直線形切削刃5為負倒棱切削刃。使刀片前角和后角不變的前提下，提高切削刃的強度，并且由于負倒棱切削刃存在楔角，使散熱性能大大提高，從而能有效的提高刀片的耐用度。本實施方式中未公開的技術特征與【具體實施方式】一相同。
[0021]【具體實施方式】七:結(jié)合圖1、圖5說明，本實施方式所述圓弧形刀尖6的圓弧半徑r=5mm。由于在重型車削過程中刀尖受到的沖擊載荷非常嚴重，所以設計了刀尖大圓弧6，它使刀尖強度增大，提高刀尖抗沖擊性。本實施方式中未公開的技術特征與【具體實施方式】一相同。
[0022]【具體實施方式】八:結(jié)合圖1說明，本實施方式所述前刀面12與凸塊3以及凸球面2之間構(gòu)成V形斷屑槽7。對切屑起著附加變形的作用，使切屑更容易發(fā)生卷曲，有利于形成長緊卷屑。本實施方式中未公開的技術特征與【具體實施方式】一相同。[0023]【具體實施方式】九:結(jié)合圖1、圖5說明，本實施方式所述每個凸塊3的頂面上等間距并列設有三個圓弧面凸柱15。本實施方式中未公開的技術特征與【具體實施方式】一或四相同。
[0024]上述實施方式證明，本發(fā)明的刀片中設計有兩個斷屑結(jié)構(gòu)以及其它增強散熱、減小摩擦的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)能有效的提高刀片的斷屑性能、散熱性能和抗沖擊性，從而解決在水室封頭切削加工過程中，刀具失效嚴重的問題，提高水室封頭的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。
[0025]重型切削加工是指對大型零部件的切削加工過程，其主要特點是被加工工件的尺寸和質(zhì)量都很大，與普通切削加工相比，重型切削的切削深度大、切削速度低，進給速度較慢。切削深度可達到50mm,切削速度10?15m/min左右,進給量I?2mm。
【權利要求】
1.一種雙斷屑結(jié)構(gòu)重型切削刀片，所述刀片外形為正四棱臺形狀，且刀片底面面積小于刀片頂面面積，刀片頂面四周設有前刀面(12)，位于前刀面(12)的四條外邊緣處分別加工有四條直線形切削刃(5)，每相鄰兩條直線形切削刃(5)的頂角處設有圓弧形刀尖(6)，刀片中心處沿刀片厚度方向加工有用于與刀桿固定的螺釘緊固孔(8)，其特征在于:前刀面(12)為外端高于里端的坡面，在前刀面(12)上斜置且等間距設有數(shù)個橢圓形凸起(4)，刀片頂面中部設有一正方形平臺(13)，正方形平臺(13)的頂面與四條直線形切削刃(5)平齊，正方形平臺(13)的每個側(cè)面中部加工有一個梯形槽(14)，所述梯形槽(14)的槽側(cè)面為向外傾斜的斜面，每個梯形槽(14)內(nèi)中部設有一個凸塊(3)，所述凸塊(3)的俯視投影為等腰梯形，凸塊(3)的外端低于里端，每個凸塊(3)的頂面上并列設有至少兩個圓弧面凸柱(15)，圓弧面凸柱(15)沿凸塊(3)頂面的寬度方向設置，每個凸塊(3)與所對應的梯形槽(14)之間設有間隙(16)，由梯形槽(14)、凸塊(3)以及設置在該凸塊(3)上的所有圓弧面凸柱(15)構(gòu)成梯形斷屑結(jié)構(gòu)；正方形平臺(13)上位于每個梯形槽(14)兩側(cè)的側(cè)面均為凸球面(2)，相鄰兩個凸球面(2)的交角與圓弧形刀尖(6)正對；刀片底面中部設有方形散熱槽(10)，方形散熱槽(10)外圍的刀片底面被分割成八塊支撐面(9)，八塊支撐面(9)按如下方式分布:其中有四塊支撐面(9)布置在刀片底面四個角部，余下四塊支撐面(9)中，位于每相鄰兩塊支撐面(9)之間分布一塊支撐面(9);每相鄰兩塊支撐面(9)與位于二者之間的支撐面(9)之間設有一 U形散熱槽(11)，U形散熱槽(11)與方形散熱槽(10)相通。
2.根據(jù)權利要求1所述一種雙斷屑結(jié)構(gòu)重型切削刀片，其特征在于:所述前刀面(12)靠近每個圓弧形刀尖(6)處設有一個心形凸起(I)，心形凸起(I)的尖部朝向與其相鄰的圓弧形刀尖(6)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述一種雙斷屑結(jié)構(gòu)重型切削刀片，其特征在于:所述橢圓形凸起(4)的長軸和與其相鄰的直線形切削刃(5)之間呈45°夾角，當?shù)镀髌荎r=45°時，橢圓形凸起(4)的長軸與所述刀片的進給方向平行。
4.根據(jù)權利要求1所述一種雙斷屑結(jié)構(gòu)重型切削刀片，其特征在于:所述圓弧面凸柱(15)為拋物面凸柱。
5.根據(jù)權利要求1所述一種雙斷屑結(jié)構(gòu)重型切削刀片，其特征在于:所述刀片厚度為10mm，刀片后角α(ι=7°?9°，刀片前角為9°?11°，刀片刃傾角為0°，刀片負倒棱寬度bYl=0.3?0.5mm,刀片負倒棱角度Y ol=-15°?-45°。
6.根據(jù)權利要求1所述一種雙斷屑結(jié)構(gòu)重型切削刀片，其特征在于:所述直線形切削刃(5)為負倒棱切削刃。
7.根據(jù)權利要求1所述一種雙斷屑結(jié)構(gòu)重型切削刀片，其特征在于:所述圓弧形刀尖(6)的圓弧半徑r=5mm。
8.根據(jù)權利要求1所述一種雙斷屑結(jié)構(gòu)重型切削刀片，其特征在于:所述前刀面(12)與凸塊(3)以及凸球面(2)之間構(gòu)成V形斷屑槽(7)。
9.根據(jù)權利要求1或4所述一種雙斷屑結(jié)構(gòu)重型切削刀片，其特征在于:所述每個凸塊(3)的頂面上等間距并列設有三個圓弧面凸柱(15)。
【文檔編號】B23B27/22GK103862074SQ201410138221
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年4月8日 優(yōu)先權日:2014年4月8日
【發(fā)明者】程耀楠, 錢俊, 吳明陽, 劉利, 鞏亞楠, 韓禹, 盧真真 申請人:哈爾濱理工大學