本發(fā)明涉及一種切削加工領(lǐng)域用的切削刀具，特別是一種切削鈦合金tc4的硬質(zhì)合金微槽車刀。

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，刀具前刀面上靠近切削刃的微小區(qū)域，如圖2中橢圓圈出的區(qū)域)的工作環(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，所以合理的切削刃近域結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對提升刀具的切削性能尤為重要。目前行業(yè)對刀具前刀面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要集中在減摩槽和斷屑槽的設(shè)計(jì)，前者主要關(guān)注如何減小刀具與切屑底層金屬間的摩擦以達(dá)到降低切削溫度提高刀具耐用度的目的，后者主要關(guān)注如何合理設(shè)計(jì)斷屑槽以使切屑能夠按照要求折斷或卷曲以避免切屑對加工表面質(zhì)量的影響。切削加工時(shí)，刀具溫度會(huì)急劇升高，前刀面的溫升尤為明顯，這不僅會(huì)降低刀具的耐用度，而且還會(huì)降低加工質(zhì)量。通過上述可知，目前行業(yè)還沒有以降低刀具切削溫度為直接目的對車刀前刀面切削刃近域微結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的研究成果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種切削鈦合金tc4的硬質(zhì)合金微槽車刀。本發(fā)明具有降低切削溫度和提高刀具耐用度特點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種切削鈦合金tc4的硬質(zhì)合金微槽車刀，包括前刀面，前刀面的邊緣為主切削刃，前刀面切削刃近域處置入微槽；所述的微槽呈勺型結(jié)構(gòu)。

前述的切削鈦合金tc4的硬質(zhì)合金微槽車刀中，所述的微槽在垂直于后刀面的平面上的截面輪廓為非對稱曲線型，微槽的底面呈曲面，微槽的最大深度h為0.12～0.18mm。

前述的切削鈦合金tc4的硬質(zhì)合金微槽車刀中，所述的微槽的長度l為1.2～3.0mm，微槽的寬度w1為0.35～0.60mm，總槽寬w2為0.55～0.70mm。

前述的切削鈦合金tc4的硬質(zhì)合金微槽車刀中，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t1為0.07～0.12mm，靠近刀尖的曲線部分r與刀尖圓弧等半徑,微槽最左端距離副切削刃距離t2為0.13mm。

前述的切削鈦合金tc4的硬質(zhì)合金微槽車刀中，所述的微槽(5)的外緣(3)和主切削刃(2)的所在平面與水平面的夾角為-6°～9°。

前述的切削鈦合金tc4的硬質(zhì)合金微槽車刀中，沿主后刀面的法向觀察，所述的主切削刃呈直線型。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過在車刀前刀面切削刃近域置入勺型微槽結(jié)構(gòu)，使刀具在切削航空鈦合金tc4時(shí)，刀-屑實(shí)際接觸區(qū)域(該區(qū)域位于切削刃近域)的切削溫度降低從而有效提高刀具的耐用度。刀具在切削過程中，刀-屑接觸區(qū)會(huì)產(chǎn)生局部高溫高壓，促使刀-屑接觸界面發(fā)生劇烈摩擦，進(jìn)而產(chǎn)生大量切削熱；同時(shí)第一變形區(qū)因受到明顯的應(yīng)力應(yīng)變作用，工件材料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，最終導(dǎo)致刀具切削溫度的升高。本發(fā)明中，申請人通過切削航空鈦合金tc4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0.07～0.12mm(最優(yōu)為0.10mm)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t1)置入勺型微槽，微槽的最大深度h在0.12～0.18mm間且微槽的長度l為1.2～3.0mm，微槽的寬度w1為0.35～0.60mm，總槽寬w2為0.55～0.70mm時(shí)，且該新型微槽結(jié)構(gòu)在滿足粉末冶金壓制工藝的粉末壓實(shí)要求的前提下，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，當(dāng)該正應(yīng)力逐漸減小到某一臨界值，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(dòng)摩擦區(qū)，由于內(nèi)摩擦區(qū)域是刀具熱量的主要來源，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)，減小了第一變形區(qū)剪切變形程度，從而降低切削熱的產(chǎn)生。綜合作用使得刀具切削溫度得到有效降低，進(jìn)而有效提高車刀耐用度。

本發(fā)明在實(shí)際生產(chǎn)中，微槽還有斷屑的功能：刀具前刀面的新型微槽結(jié)構(gòu)使得切削過程中切屑沿其表面流動(dòng)，而該空間曲形表面對切屑的流動(dòng)產(chǎn)生一定阻擋和引導(dǎo)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(shí)，受到該處的高應(yīng)力作用，當(dāng)切屑因受到集中應(yīng)力作用而發(fā)生的應(yīng)變達(dá)到其極限應(yīng)變值時(shí)，切屑即發(fā)生折斷。與斷屑槽和減摩槽相比，本發(fā)明的勺型微槽的不同之處，除了上述設(shè)計(jì)原理外，有別于卷屑槽(斷屑槽)，其主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)尺度上：即本發(fā)明的新型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)，尺度遠(yuǎn)小于卷屑槽(斷屑槽)，可根據(jù)實(shí)際切削情況將該微槽重合設(shè)計(jì)在已有卷屑槽(斷屑槽)內(nèi)。本發(fā)明的新型微槽也有別于減摩槽，主要體現(xiàn)在刀屑接觸狀態(tài)、尺度和數(shù)量排布上：即減摩槽區(qū)域刀屑接觸狀態(tài)多為點(diǎn)接觸或線接觸等不完全接觸，而本設(shè)計(jì)微槽刀屑接觸狀態(tài)為近全接觸(如圖6～圖11所示)，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。由此可知，本發(fā)明的微槽在尺度上小于斷屑槽，原理上不同于減摩槽，這樣就進(jìn)一步有效確保了車刀的強(qiáng)度。

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)：使用原硬質(zhì)合金車刀(以下簡稱原車刀)與本發(fā)明進(jìn)行切削航空鈦合金tc4仿真對比實(shí)驗(yàn)。上述的原車刀與本發(fā)明的車刀的每一組對比實(shí)驗(yàn)均在相同切削條件(切削用量、除微槽外的其他刀具幾何結(jié)構(gòu)、刀具和工件材料等)下進(jìn)行，切削航空鈦合金tc4的仿真對比實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果如表1所示。

表1仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果

綜上得知本發(fā)明的車刀降溫效果相對明顯。

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是負(fù)前角時(shí)圖2的a-a截面上的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是零前角時(shí)圖2的a-a截面上的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是正前角時(shí)圖2的a-a截面上的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是vc＝60m/min、f＝0.2mm、ap＝2mm和γ0為-6°時(shí)，微槽車刀的刀-屑接觸狀態(tài)仿真圖；

圖7是vc＝40m/min、f＝0.15mm、ap＝1.5mm和γ0為-6°時(shí)，微槽車刀的刀-屑接觸狀態(tài)仿真圖；

圖8是vc＝60m/min、f＝0.2mm、ap＝2mm和γ0為0°時(shí)，微槽車刀的刀-屑接觸狀態(tài)示意圖；

圖9是vc＝40m/min、f＝0.15mm、ap＝1.5mm和γ0為0°時(shí)，微槽車刀的刀-屑接觸狀態(tài)仿真圖；

圖10是vc＝60m/min、f＝0.2mm、ap＝2mm和γ0為6°時(shí)，微槽車刀的刀-屑接觸狀態(tài)仿真圖；

圖11是vc＝40m/min、f＝0.15mm、ap＝1.5mm和γ0為6°時(shí)，微槽車刀的刀-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：一種切削鈦合金tc4的硬質(zhì)合金微槽車刀，其構(gòu)成如圖1所示，包括前刀面1，前刀面1的邊緣有主切削刃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呈不對稱和不等深的勺型微槽結(jié)構(gòu)(如圖2所示)。

前述的微槽5(如圖3-5所示)在垂直于后刀面的平面上的截面輪廓為非對稱曲線型，微槽5的底面7呈曲面，微槽5的最大深度h為0.12～0.18mm，優(yōu)選值為0.14mm。

前述的微槽5的長度l為1.2～3.0mm，最優(yōu)為1.7mm；微槽5的寬度w1為0.35～0.60mm，總槽寬w2為0.55～0.70mm(如圖2所示)，w1優(yōu)選值為0.54mm，w2優(yōu)選值為0.64mm。

前述的微槽5的靠近主切削刃2一側(cè)的微槽外緣3距主切削刃2的距離t1(如圖2所示)為0.07～0.12mm，優(yōu)選值為0.1mm?？拷都?的曲線部分r與刀尖圓弧等半徑。微槽最左端距離副切削刃距離t2為0.13mm。

前述的微槽5的外緣3與主切削刃2的連接形式為正、負(fù)或零前角型，具體地，所述的微槽5的外緣3和主切削刃2的所在平面與水平面的夾角為-6°～9°，零前角為優(yōu)選值(如圖3-5所示)。

沿垂直于主后刀面方向觀察，前述的主切削刃2呈直線型。

以上微槽槽形參數(shù)優(yōu)選值為具體實(shí)施例方案，參數(shù)選擇范圍表示微槽的一般結(jié)構(gòu)方案。同時(shí)，該切削鈦合金tc4的硬質(zhì)合金微槽車刀同樣適用于性能相似的其他鈦合金(如tc3、tc10等)的切削加工。