本發(fā)明涉及一種切削加工領(lǐng)域用的切削刀具，特別是一種切削211Z鋁合金的微結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金車刀片。

背景技術(shù)：

切削加工是機(jī)械制造業(yè)材料去除的主要手段，而切削刀具的好壞直接影響了切削加工的效率及加工質(zhì)量。在切削加工中，切削刃作為去除材料的主要部位，切削刃及切削刃附近的前刀面區(qū)域(切削刃近域是指刀具前刀面上靠近切削刃的微小區(qū)域，如圖2中虛線包圍的區(qū)域)工作環(huán)境最為惡劣，而其結(jié)構(gòu)又直接關(guān)系到刀具的耐用度和加工的效率及加工質(zhì)量，所以合理的切削刃及切削刃近域結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對提升車刀的性能尤為重要。目前行業(yè)對刀具前刀面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要集中減摩槽的設(shè)計(jì)和斷屑槽的設(shè)計(jì)，前者主要關(guān)注如何減小刀具與切屑底部金屬的摩擦，已達(dá)到降低切削溫度提高耐用度的目的，后者關(guān)注如何合理設(shè)計(jì)使切屑能夠按照要求折斷或彎曲，避免影響加工和加工表面質(zhì)量。切削加工時，刀具的溫度會急劇升高，這不僅會降低刀具的耐用度，而且還會降低切削加工質(zhì)量。目前行業(yè)主要采用的降溫手段為在加工時使用冷卻液降溫，該降溫方式只能降低車刀表面的溫度。通過上述可知，目前行業(yè)還沒有如何降低切削溫度對車刀切削刃近域的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種切削211Z鋁合金的前刀面切削刃近域微結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金車削刀片。本發(fā)明具有降低切削溫度和提高刀具耐用度的特點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種切削211Z鋁合金的微結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金車刀片，包括前刀面，前刀面的邊緣設(shè)有主切削刃，前刀面的切削刃近域處設(shè)有微槽；所述的微槽呈直槽型。

前述的切削211Z鋁合金的微結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金車刀片中，所述的微槽在垂直于主切削刃的平面上的截面為非對稱曲線型，微槽的底面呈平面或弧面，微槽的最大深度H為0.05～0.3mm。

前述的切削211Z鋁合金的微結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金車刀片中，所述的微槽的長度L為1～3.5mm，微槽的最大寬度W為0.3～1.5mm。

前述的切削211Z鋁合金的微結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金車刀片中，所述的微槽的靠近主切削刃一側(cè)的外緣距主切削刃的距離T為0.08～0.5mm。

前述的切削211Z鋁合金的微結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金車刀片中，所述的微槽的外緣與主切削刃的連接形式為等高型或不等高型。

前述的切削211Z鋁合金的微結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金車刀片中，沿垂直于主后刀面方向觀察，所述的主切削刃呈弧線型或直線型。

有益效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過在前刀面切削刃近域處設(shè)置直槽型的微結(jié)構(gòu)，使刀具在切削211Z鋁合金時，刀-屑實(shí)際接觸區(qū)域(該區(qū)域位于切削刃近域)的溫度降低從而有效提高刀具的耐用度。眾所周知，刀具在切削過程中，刀-屑接觸區(qū)會發(fā)生劇烈摩擦和形變，產(chǎn)生局部高溫高壓，產(chǎn)生大量切削熱；同時在切削過程中第一變形區(qū)發(fā)生剪切滑移，剪切區(qū)域的抗剪切變形功幾乎全部轉(zhuǎn)化為切削熱，經(jīng)過熱量的傳遞，也會導(dǎo)致刀具切削溫度的升高。本發(fā)明中，申請人通過對211Z鋁合金的大量實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在前刀面上距主切削刃0.08～0.5mm(最優(yōu)為0.11mm)的距離(該距離為靠近主切削刃一側(cè)的外緣距主切削刃的距離，即T)置入“直槽”型微槽結(jié)構(gòu)，微槽的最大深度H在0.05～0.3mm間且微槽的長度L為1～3.5mm，最大寬度W為0.3～1.5mm時，切削刃近域的新結(jié)構(gòu)有較明顯降溫效果；主要是因?yàn)椋?)微槽的存在增大了切屑與刀具前刀面接觸面積，降低了刀具在刀-屑接觸處區(qū)的正應(yīng)力，該正應(yīng)力逐漸減小到某一臨界值，降低了切屑底層金屬內(nèi)部發(fā)生內(nèi)摩擦的可能，使得原本刀-屑接觸區(qū)部分內(nèi)摩擦區(qū)域轉(zhuǎn)化為外摩擦區(qū)域即粘結(jié)摩擦區(qū)轉(zhuǎn)化為滑動摩擦區(qū)，由于內(nèi)摩擦區(qū)域是刀具熱量的主要來源區(qū)域，該區(qū)域的減小導(dǎo)致了刀具溫度降低；2)微槽的存在改變了刀具切削過程的熱力耦合作用，改變了第一變形區(qū)應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，改善了第一變形區(qū)剪切滑移，降低切削熱的產(chǎn)生。綜合作用使得刀具切削溫度得到有效降低，進(jìn)而有效確保了車刀具的耐用度。

本發(fā)明在使用時，微槽還有斷屑的功能，微槽使得切削過程中切屑沿其表面流動，彎曲的表面對切屑的流動產(chǎn)生一定阻擋作用從而使得切屑發(fā)生卷曲，當(dāng)切屑流經(jīng)微槽外邊緣時，受到該處的高應(yīng)力作用，當(dāng)切削因受到局部應(yīng)力作用而發(fā)生的應(yīng)變達(dá)到其極限應(yīng)變值時，切屑會發(fā)生折斷。與通常的斷屑槽和減摩槽相比，本發(fā)明微槽的不同之處，除了上述設(shè)計(jì)原理之外，微槽所處的位置主要在前刀面切削刃近域的刀-屑接觸區(qū)，尺度上一般小于斷屑槽和減摩槽，且其所處位置的范圍相對遠(yuǎn)離主切削刃；切削過程中本發(fā)明微槽刀具與切屑底層的接觸狀幾乎全接觸或絕大部分接觸，增大了切屑與刀具前刀面接觸面積，降低了刀具在刀-屑接觸處區(qū)的正應(yīng)力；而普通減摩槽刀具與切屑底層的接觸為不完全接觸，因?yàn)槠胀p摩槽的設(shè)計(jì)主要目的是減少刀具與切屑底層的接觸。

為了能更好證明本發(fā)明的有益效果，申請人做了如下仿真實(shí)驗(yàn)：使用普通硬質(zhì)合金車刀片(以下簡稱對照車刀)與本發(fā)明進(jìn)行切削211Z鋁合金仿真對比。

上述的對照車刀與本發(fā)明每一組對比實(shí)驗(yàn)均在相同切削條件下進(jìn)行，切削211Z鋁合金的仿真對比實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果如表1所示。

表1

由表1可知，采用本發(fā)明能有效降低刀具的最高，降溫幅度達(dá)10～20％，降溫效果明顯。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的M處的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是零前角時圖2的A-A截面上的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是負(fù)前角時圖2的A-A截面上的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是正前角時圖2的A-A截面上的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是Vc＝500m/min、f＝0.25mm、a_p＝2mm和γ0為0°時，微槽的刀-屑接觸狀態(tài)仿真圖；

圖7是Vc＝300m/min、f＝0.15mm、a_p＝1.5mm和γ₀為0°時，微槽的刀-屑接觸狀態(tài)仿真圖；

圖8是Vc＝500m/min、f＝0.25mm、a_p＝2mm和γ₀為-15°時，微槽的刀-屑接觸狀態(tài)示意圖；

圖9是Vc＝300m/min、f＝0.15mm、a_p＝1.5mm和γ₀為-15°時，微槽的刀-屑接觸狀態(tài)仿真圖；

圖10是Vc＝Vc＝500m/min、f＝0.25mm、a_p＝2mm和γ₀為15°時，微槽的刀-屑接觸狀態(tài)仿真圖；

圖11是Vc＝300m/min、f＝0.15mm、a_p＝1.5mm和γ₀為15°時，微槽的刀-屑接觸狀態(tài)仿真圖。

附圖中的標(biāo)記為：1-前刀面，2-主切削刃，3-外緣，4-切削刃近域，5-微槽，6-刀尖，7-底面。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但并不作為對本發(fā)明限制的依據(jù)。

實(shí)施例1。一種切削211Z鋁合金的微結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金車刀片，其構(gòu)成如圖1和2所示，包括前刀面1，前刀面1的邊緣設(shè)有主切削刃2，前刀面1的切削刃近域4處設(shè)有微槽5；所述的微槽5呈不對稱、整體不等寬和不等深的直槽型微結(jié)構(gòu)(如圖2所示)。

前述的微槽5(如圖3所示)的截面為非對稱曲線型，微槽5的底面7呈平面或弧面，微槽5的最大深度H為0.05～0.3mm。

前述的微槽5的長度L為1～3.5mm；微槽5的最大寬度W(如圖2所示)為0.3～2.5mm。

前述的微槽5的靠近主切削刃2一側(cè)的外緣3距主切削刃2的距離T(如圖2所示)為0.08～0.5mm，最優(yōu)為0.11mm。

前述的微槽5的外緣3與主切削刃2的連接形式為等高型(零前角，如圖3所示)或不等高型(正、負(fù)前角)(如圖4和5所示)。

沿垂直于主后刀面方向觀察，前述的主切削刃2呈弧線型或直線型。