專利名稱:超薄結(jié)構(gòu)刀具的制作方法
本發(fā)明涉及一種帶超薄刀片的超薄結(jié)構(gòu)金屬切削刀具。
眾所周知，金屬切削刀具的切削性能取決于刀具結(jié)構(gòu)參數(shù)，刀具材料及其它們的制造工藝。完善的刀具設(shè)計應(yīng)求得它們?nèi)矫娴牧己闷ヅ洹，F(xiàn)有刀具材料性能中強度與耐磨性是相互矛盾的，至今未能解決，要解決也是非常難的技術(shù)問題。但刀具性能要求刀具材料本身要具備強度和耐磨性兼優(yōu)的性能。從材料成分和制造工藝上看，目前尚不能解決這一對矛盾，應(yīng)從其他途徑來解決?，F(xiàn)有刀具結(jié)構(gòu)均屬于三維空間結(jié)構(gòu)(指切削刃部分)，設(shè)計方法也是三維空間設(shè)計的方法，這種方法對簡單刀具設(shè)計問題不大，對復雜、成形刀具就顯得太繁雜，且加工制造難度很大。另外，刀具材料均很貴，有的元素中國甚缺，因而還存在一個節(jié)約材料的問題。
近年來，美國通用電氣公司發(fā)明了一種“凸耳式”硬質(zhì)合金刀具(見中國株洲硬質(zhì)合金廠編輯出版的《國外硬質(zhì)合金》雜志1985年第2期第54～61頁)，在鈦合金制品的切削加工中顯著地提高了刀具壽命，可使用3～5倍于常規(guī)的切削速度，並能獲得很高的加工光潔度，其特征是在普通可轉(zhuǎn)位刀片上沿副切削刃做出寬0.4～1.27毫米、凸出刀片體約0.75～1.5毫米的一條懸臂邊帶，靠由極微細崩刃產(chǎn)生的所謂“逆磨損自銳”使刀具繼續(xù)保持其切削能力。但這種刀具有很大的局限性，即它只適用于切削深度在“凸耳”懸伸范圍以內(nèi)的縱向切削，並且隨著刀具的迅速磨損，必須及時補償?shù)毒叩奈恢?，否則已加工面會出現(xiàn)錐度(或者斜度)。此外，這種刀具的結(jié)構(gòu)和設(shè)計方法仍未擺脫三維空間的范圍，更未考慮利用刀具結(jié)構(gòu)參數(shù)來改善刀具切削部分受力后的應(yīng)力狀態(tài)，從而提高刀具的強度問題。因此，仍未解決前述存在的問題。
本發(fā)明的目的，就是研究開發(fā)一種具有超薄結(jié)構(gòu)特征的金屬切削刀具(簡稱超薄結(jié)構(gòu)刀具)，以解決前述存在的問題。
本發(fā)明的構(gòu)思總的構(gòu)思概括起來分為下述三方面的構(gòu)思要點1.薄板理論的應(yīng)用當薄板的撓度遠小于該薄板的厚度時，其內(nèi)部呈壓應(yīng)力狀態(tài)。將刀片做成超薄型刀片，使其后面與被加工件的接觸受到限制;刀具切削區(qū)的應(yīng)力將呈更完整的三向受壓狀態(tài)，從而能大幅度提高刀具的承載能力。因此，將刀片做成超薄型刀片，對現(xiàn)代刀具材料的耐磨性高而抗拉強度低的特性來說，是極為有利的。
2.等效后角概念及零度后角的提出刀具在切削過程中終究要產(chǎn)生磨損，由于這種磨損區(qū)的存在使刀具並不在理想后角的條件下工作，而是存在一個與實際切削狀態(tài)相符的等效后角，隨著磨損量的增大，等效后角逐漸變?yōu)榱愣?。由此可得出一個重要的概念，即只要將刀具后面與工件的接觸限制在一定范圍內(nèi)，刀具后角即使設(shè)計成零度，也可以正常使用。
3.刀具二維平面設(shè)計方法的提出在刀具后角為零度的條件下，就可將刀具設(shè)計由傳統(tǒng)的三維空間設(shè)計簡化成二維平面設(shè)計。這尤其在成形復雜刀具設(shè)計中將大大受益，同時簡化刀具的制造和減輕加工難度。
本發(fā)明就是基于前述總構(gòu)思完成的，其技術(shù)要點如下1.超薄刀片厚度及其懸伸于剛性刀墊的伸出量的確定。
超薄刀片厚度的確定必須遵循兩條原則，其一是根據(jù)彈性力學中的薄板理論，把刀片做成其厚度比它的其他尺寸小得多的超薄刀片，使其在切削力的作用下其內(nèi)部應(yīng)力呈壓應(yīng)力狀態(tài)，有利于提高超薄刀片的承載能力;其二是必須考慮該種刀具允許磨損的最大值。故超薄刀片的厚度應(yīng)在0.2～2.5毫米范圍內(nèi)選取。
超薄刀片懸伸于剛性刀墊的伸出量的確定必須遵循彈性力學中薄板理論的薄板產(chǎn)生的彎曲變形(通常稱為撓度)應(yīng)小于薄板厚度的原則，同時考慮切削刃的強度。因此，不管超薄刀片的形狀如何，其切削刃部分總是懸伸于刀墊之外，其伸出量應(yīng)為該刀片厚度的0.1～0.4。
2.超薄結(jié)構(gòu)刀具零度后角的確定在傳統(tǒng)的刀具三維空間設(shè)計中，人們一直認為刀具必須有正的后角才能使切削加工順利進行並獲得良好的被加工件。在實際切削加工過程中，被加工件要產(chǎn)生彈性變形，而且刀具的后面終究要產(chǎn)生磨損，刀具的工作后角並不是理想的后角，而是存在一個與實際切削狀態(tài)相符合的不斷變化的后角，我們稱它為等效后角，隨著后面磨損量的增大，等效后角逐漸變?yōu)榱愣?。當控制刀具后面與被加工件的接觸保持在一定的范圍，即把刀片做成前述的超薄刀片，刀具設(shè)計中即使把后角設(shè)計成零度，也可以正常使用。因此，不管超薄結(jié)構(gòu)刀具的類型如何，其刀具的后角值取為零度。
3.超薄結(jié)構(gòu)刀具的結(jié)構(gòu)本發(fā)明的超薄結(jié)構(gòu)刀具，不管刀具的類型如何，它由刀體、刀墊、超薄刀片、斷屑器和連接緊固部分組成。其連接緊固的方式可以是公知的機械夾固式，也可以是其他的連接緊固方式，靠超薄刀片、刀墊和刀體容刀槽之間的相對位置關(guān)系來確定產(chǎn)生切削作用所需的各項幾何參數(shù)，其特征是所用刀片是一種厚度為0.2～2.5毫米的超薄刀片，不管該刀片的形狀如何，其切削刃部分總是懸伸于刀墊之外，其伸出量為該刀片厚度的0.1～0.4;不管刀具的類型如何，超薄結(jié)構(gòu)刀具的后角為零度。
4.超薄刀片的材料和超薄結(jié)構(gòu)刀具的制造方法超薄刀片的材料可以使用高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷等所有刀具材料，也可以使用涂層工藝作成涂層超薄刀片，進一步提高切削性能。
本發(fā)明的超薄結(jié)構(gòu)刀具可用公知的各種方法制造成超薄結(jié)構(gòu)刀具產(chǎn)品。
成品超薄刀片最好進行鈍化處理。
本發(fā)明的效果1.由于本發(fā)明的刀具采用超薄結(jié)構(gòu)，改善了切削加工時刀片內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)，從而改善了刀片材料的強度，使刀片的強度和耐磨性達到良好的匹配狀態(tài)，因而本發(fā)明的刀具具有很高的抗沖擊性能;
2.由于超薄刀片有相當?shù)膽疑炝?，大大提高了可磨耗體積，因而使刀具壽命提高一倍以上。
3.由于本發(fā)明的刀具采用零度后角，刀具與被加工表面產(chǎn)生良好的擠壓作用，改善了加工表面光潔度;
4.由于刀片大大減薄，其材料消耗可減少80%以上;
5.由于本發(fā)明刀具采用零度后角，刀具的設(shè)計由原來的三維空間設(shè)計簡化為二維平面設(shè)計，特別是大大減小了復雜刀具設(shè)計的難度和工作量，從根本上改變了傳統(tǒng)的刀具設(shè)計面貌。
6.零度后角刀具制造簡單，在同樣工裝條件下可大大提高刀具的加工精度，特別是為高精密成形復雜刀具的制造工藝開辟了新的途徑。
7.由于刀具材料消耗大大減少，就有條件使用昂貴的高性能刀具材料，促進機械加工勞動生產(chǎn)率的進一步提高。同時由于刀具制造精度的提高，將進一步促使金屬切削機床向高速、高精度方向發(fā)展。
8.由于本發(fā)明刀具結(jié)構(gòu)適用面廣，經(jīng)濟效益十分顯著。如全面推廣，僅以節(jié)約的刀具材料計算，其價值預(yù)計可達數(shù)千萬元，如考慮刀具壽命的成倍增加和切削加工效率的提高，其經(jīng)濟效益預(yù)計將達數(shù)億元。
圖1為超薄結(jié)構(gòu)車刀示意圖。
圖2為圖1中1-1截面剖面圖。
圖3為超薄結(jié)構(gòu)螺紋梳刀示意圖。
圖4為圖3中刀桿軸向剖面圖。
圖5為超薄結(jié)構(gòu)齒輪滾刀示意圖。
圖6為圖5中1-1截面剖面圖。
圖中，1為超薄刀片，2為刀墊，3為斷屑器，4為壓板，5為螺釘，6為刀座，7為螺釘，8為刀桿，9為超薄梳刀刀片，10為刀墊，11為擋屑器，12為壓板，13為螺釘，14為刀桿，15為超薄齒輪滾刀刀片，16為刀墊，17為壓板，18為螺釘，19為螺釘，20為圓環(huán)，21為刀體。
實施例說明實施例1超薄結(jié)構(gòu)車刀，其結(jié)構(gòu)如圖1和圖2。超薄刀片(1)置于刀墊(2)上，通過斷屑器(3)和壓板(4)靠螺釘(5)將超薄刀片(1)壓緊在刀座(6)上，刀座(6)靠螺釘(7)緊固在刀桿(8)上。超薄刀片(1)的厚度為0.6毫米，超薄刀片(1)懸伸于刀墊(2)之外的伸出量為0.2毫米。本車刀的后角為零度。超薄刀片的材料為YT14。
對比試驗對比刀具為本發(fā)明的車刀和刀片材料為YT14的公用機夾車刀;被加工材料為45號碳鋼，其硬度為HB260～280;切削用量為V＝150米/分，a＝2毫米，f＝0.27毫米/轉(zhuǎn)。對比結(jié)果本發(fā)明車刀的壽命提高130%，被加工件的光潔度提高一級。
實施例2超薄結(jié)構(gòu)螺紋梳刀，其結(jié)構(gòu)如圖3和圖4。超薄梳刀刀片(9)置于刀墊(10)上，通過壓塊(12)和擋屑器(11)靠螺釘(13)將超薄梳刀刀片(9)緊固在刀桿(14)的容刀槽內(nèi)。超薄梳刀刀片(9)的厚度為0.6毫米，它懸伸于刀墊(10)之外的伸出量為0.2毫米，本發(fā)明螺紋梳刀的后角為零度。超薄梳刀刀片(9)的材料為公用的560硬質(zhì)合金。
對比試驗對比刀具為本發(fā)明的螺紋梳刀和與此相同規(guī)格的60硬質(zhì)合金公用機夾螺紋梳刀;被加工材料為18CrMnTi，其硬度為HB110～113;切削用量為V＝80米/分，a＝0.25毫米。對比結(jié)果以承受間斷切削沖擊次數(shù)計算，本發(fā)明的螺紋梳刀的耐沖擊能力提高7.5倍以上，使用壽命提高128%，被加工件的光潔度提高1級。
實施例3超薄結(jié)構(gòu)齒輪滾刀，其結(jié)構(gòu)如圖5和圖6。超薄齒輪滾刀刀片(15)置于刀墊(16)上，通過壓塊(17)靠螺紋(18)將超薄齒輪滾刀刀片(15)緊固在刀體(21)的容刀槽兼容屑槽內(nèi)，兩端的兩個圓環(huán)(20)用螺釘(19)緊固于刀體(21)的兩端，以防止超薄齒輪滾刀刀片(1)的軸向串動。超薄齒輪滾刀刀片(15)的厚度為0.35毫米，它懸伸于刀墊(16)之外的伸出量為0.1毫米，本發(fā)明滾刀的后角為零度。本發(fā)明滾刀的模數(shù)為4毫米，其超薄齒輪滾刀刀片(15)的材料為高速鋼。
目前世界上齒輪滾刀的最高精度為AAA級，采用本發(fā)明的上述超薄結(jié)構(gòu)齒輪滾刀，其制造方法和制造難度象制造蝸桿那樣簡單，不需要鏟背和鏟磨，切屑溝也無需要求等分，可以直接在精密螺紋磨床或者蝸桿磨床上“靠”出齒背，制造效率很高，精度達到AAA級以上。如果按照現(xiàn)存齒輪滾刀精度等級，按照國內(nèi)達到的標準蝸桿制造精度推算，其精度可以達到5A級齒輪滾刀標準。
本發(fā)明的上述齒輪滾刀經(jīng)2小時的精切試驗，未見顯著磨損，滾齒精度達到5級。
本發(fā)明還試驗了重型車刀、端面銑刀、高速鋼插齒刀等各種類型刀具，均取得了類似的成功。
權(quán)利要求
1.一種金屬切削刀具，其特征是所用刀片是一種厚度為0.2～2.5毫米的超薄刀片，不管該刀片的形狀如何，其切削刃部分總是懸伸于刀墊之外，其伸出量為該刀片厚度的0.1～0.4。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的金屬切削刀具，其特征是不管其刀具的類型如何，其刀具的后角為零度。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種帶超薄刀片的超薄結(jié)構(gòu)金屬切削刀具，其刀具后角為零度，其刀片厚度為0.2～2.5毫米，該刀片懸伸于刀墊之外的伸出量為該刀片厚度的0.1～0.4。由于采用超薄刀片，大幅度改善了刀片本身的承載能力，刀具壽命提高一倍以上，同時，刀片材料消耗減少80％以上，由于刀具的后角為零度，傳統(tǒng)的三維空間刀具設(shè)計簡化為二維平面設(shè)計，使刀具制造簡便，制造精度大幅度提高，刀具切削效率顯著提高，經(jīng)濟效益非常顯著。
文檔編號B23B27/16GK86106480SQ86106480
公開日1988年2月10日 申請日期1986年9月30日
發(fā)明者姜杏生, 強中黎, 沈維鴻, 張翰潮, 馬寶成, 李德森, 袁孔銓, 黃明海 申請人:機械工業(yè)部成都工具研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan