一種鈦合金切削用刀具及其製作方法
2023-10-06 00:49:49 1
專利名稱：一種鈦合金切削用刀具及其製作方法
技術領域：
本發明涉及製造技術領域的切削用刀具，具體涉及一種鈦合金切削用刀具及其制
造方法。
背景技術：
鈦合金具有比強度高、耐熱性強、耐蝕性好等優良的機械性能，逐漸用於航空、醫療器件、汽車部件等領域。在鈦合金切削加工中，通常採用YG硬質合金刀具，主要成分為WC 和Co，刀具由前刀面、主後刀面和副後刀面組成，切削主要依賴於刀尖、主切削刃和副切削刃。鈦合金材料的低導熱性、高化學侵蝕性和低彈性模數使得切削溫度過高，且鈦合金工件易對刀具產生腐蝕，因此，在切削中，刀具的磨損較快，導致加工效率低，加工成本高。傳統的硬質合金刀具前刀面是光滑的，而且佔總切削熱量70 80%的切屑與前刀面近刀尖附件與工件接觸，因與前刀面的摩擦和化學粘附，導致排屑困難，大量的熱量無法從切削區快速排除，這使得刀具磨損較快的關鍵因素。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的缺點，提供一種前刀面帶有微V槽陣列結構的鈦合金切削用刀具，在鈦合金切削加工時可以利用微V槽整列結構快速將佔總切削熱量 70 80%的切屑排除，降低切削溫度，延長刀具壽命，提高加工效率。本發明另一目的在於提供上述鈦合金切削用刀具的製作方法。本發明在硬質合金刀具前刀面的刀尖附近加工出微V槽陣列結構，在不改變刀具幾何形狀尺寸的情況下，該V槽陣列產生新的排屑功能和散熱功能，可以在切削過程中從切削區域內快速排除切屑和切削熱，減小刀具的磨損，提高切削效率。本發明採用青銅金屬基的微細金剛石砂輪V形尖端在硬質合金刀具的光滑前刀面上加工出具有高精度的微細 V槽陣列結構，該加工方法是機械加工方式，也可以彌補光、化學等微細加工的效率低、腐蝕液難處理等不足。本發明的目的通過如下技術方案實現一種鈦合金切削用刀具，包括前刀面、主後刀面和副後刀面，在刀尖的兩側分別為主後刀面和副後刀面，與主後刀面和副後刀面都垂直的上側水平面為前刀面；其中前刀面與主後刀面和副後刀面相交的線分別為主切削刃和副切削刃；刀具的前刀面上被分布有微 V槽陣列，微V槽陣列位於刀尖的兩側；微V槽為在前刀面上間隔開設的多條「V」形槽，微 V槽高度為50 300微米，V槽的間距為50 300微米，V槽的角度為50 65度，微V槽長度方向與主切削刃成25 45度；微V槽陣列在刀尖左右兩側穿過主切削刃和副切削刃， 微V槽在主切削刃和副切削刃的總長度為6 10毫米。為進一步實現本發明目的，所述微V槽尖端為圓弧形，圓弧半徑小於50微米。所述微V槽關於刀尖兩側對稱分布。
所述鈦合金切削用刀具為YG硬質合金刀具，主要成分為WC和Co。上述鈦合金切削用刀具的製作方法先將青銅金屬基的600 1200目金剛石砂輪修整成V形，V形角度50 65度，利用旋轉的金剛石砂輪的V形尖端在鈦合金切削用刀具前刀面上作直線往復運動，進給速度為100-800毫米/分鐘，每次進給深度控制在1 5微米，逐漸加工工件，最終在前刀面上加工出微V槽整列。加工時，金剛石砂輪轉速優選為2000-4000轉/分鐘。本發明與現有技術相比，具有如下優點和有益效果(1)與普通硬質合金刀具的光滑前刀面相比，本發明刀具前刀面的微V槽陣列結構可以在加工鈦合金材料時產生排屑和散熱功能，減小金屬切屑在前刀面的摩擦力，提高刀具壽命和切削效率。(2)採用金剛石砂輪V形尖端可以在硬質合金刀具的前刀面上進行微V槽的機械加工，與光、化學等腐蝕微細加工方法相比，具有生產效率高、加工成本低、無難處理的腐蝕液等優點。
圖1為本發明帶有微V槽的鈦合金切削用刀具結構示意圖。圖2為圖1的局部放大圖。圖3為採用金剛石砂輪V形尖角進行微V槽機械加工的原理圖。
具體實施例方式為更好理解本發明，下面結合實施例對本發明做進一步的說明，但是本發明要求保護的範圍並不局限於實施例表示的範圍。如圖1、2所示，一種帶有微V槽的鈦合金切削用刀具包括前刀面1、主後刀面2和副後刀面3，其形狀與普通的硬質合金刀具形同，在刀尖4的兩側分別為主後刀面2和副後刀面3，與主後刀面2和副後刀面3都垂直的上側水平面為前刀面1 ；其中前刀面1與主後刀面2和副後刀面3相交的線分別為主切削刃5和副切削刃6 ；微V槽陣列7分布在刀具的前刀面1上，對稱位於刀尖4的兩側；微V槽為在前刀面1上間隔開設的多條「V」形槽， 微V槽高度h為50 300微米，V槽的間距為50 300微米，V槽的角度為50 65度，V 槽尖端為圓弧形，圓弧半徑小於50微米；微V槽長度方向與與主切削刃成25 45度；微V 槽陣列7以刀尖4為中心左右兩側穿過主切削刃5和副切削刃6，微V槽在主切削刃5和副切削刃6的總長度為6 10毫米；微V槽優選關於刀尖4兩側對稱分布。帶有微V槽的鈦合金切削用刀具為YG硬質合金刀具，主要成分為WC和Co。切削主要利用刀尖4、主切削刃 5和副切削刃6。如圖2所示，刀具前刀面上的V槽陣列7中的微V槽界定如下微V槽高度h為從 V槽底部尖端8到前刀面1的距離；微V槽的間距f為相鄰兩「V」形槽尖端間的距離；微V 槽的角度a為「V」形槽兩側面9間的夾角；微V溝槽尖端8近似一圓弧，其圓弧半徑定義為微V槽尖端半徑。微V槽的長度與從主切削刃5和副切削刃6延伸到前刀面的後端。在採用前刀面1上具有微V槽陣列結構的刀具加工鈦合金時，因為佔切削熱比例 70 80%的切屑與刀尖4附近的前刀面1接觸，與前刀面劇烈摩擦，使得刀具前刀面磨損較快，且切屑不能快速排除。因此，在前刀面1的刀尖4附件製作出微V槽陣列，可以快速排除切屑，帶走切削刃，延長刀具壽命。如圖3所示，一種帶有微V槽的鈦合金切削用刀具的製造方法，包括如下步驟(1)將青銅金屬基的600-1200目金剛石砂輪10與GC磨石進行數控對磨，最後修整成V形尖端11且同時達到修銳的效果，其V形尖端角度為50 65度，高度5 7毫米。(2)將轉速為2000 4000轉/分的金剛石砂輪V形尖端在硬質合金刀具水平的前刀面1上沿著平行於前刀面的直線行走軌跡12作直線往復運動，進給速度Vf為100-800 毫米/分鐘，每次進給深度a為1 5微米，直到加工出高度為50 300微米的微V槽。(3)以水平間距f重複加工微V槽，微V槽切穿主刀刃5和副刀刃6，最終形成高精度的微細V槽陣列7，微V槽高度h為50 300微米，微V槽的角度a為35 65度，微 V槽的間距f為40 300微米，微V溝槽尖端圓弧半徑小於50微米，微細V槽陣列方向與主切削刃5的夾角為25 45度，微細V槽陣列幅度為6 10毫米。
實施例在CNC精密磨床上採用直徑150毫米的600目金剛石砂輪，先修整成角度為60. 3 度的V形尖角，並保證微細金剛石磨粒足夠的出刃。砂輪V形尖角的圓弧半徑為觀微米。 如圖2所示，刀具的材料為硬質合金YG8(HRC80-90)，在刀具的微V槽功能表面的製造中，金剛石砂輪11的轉速η = 3000轉/分，進給速度Vf為100毫米/分，金剛石砂輪的V形尖角進給深度為3微米，每個V槽的累計切除深度200微米，零磨削2次，用ΒΜ2作為磨削液。 如圖1所示，加工的V槽陣列方向與主切削刃5成30度夾角，V槽角度為61. 5度，V槽尖端圓弧半徑為35微米。在鈦合金(Ti-6A1_4V)的幹切削加工中，採用CNC數控車床，車床主軸轉速η = 2000轉/分，進給量f = 0. 14毫米/轉，進給深度為1. 0毫米，傳統的光滑表面的硬質合金刀具會產生大量火星及燒紅部分，切屑為連續的卷屑，刀尖有崩裂，刀具前刀面和後刀面的磨損面積分別為1. 76和1. 17平方毫米，但是，採用前刀面有微V槽功能表面的硬質合金刀具加工時，不產生火星及燒紅現象，尖端沒有崩裂現象，切屑為斷屑，刀具的前刀面和後刀面的磨損面積分別為1. 49和0. 99平方毫米，與光滑前刀面的刀具相比本實施例帶有微 V槽的鈦合金切削用刀具磨損面積分別減小了 15. 3%和15.4%。當採用硬質合金刀具對鈦合金進行切削時，佔切削熱比例70 80%的切屑與硬質合金刀具的光滑前刀面接觸，產生劇烈摩擦，使得刀具前刀面磨損較快，且切屑不能快速排除，使得加工熱量很難排出，也使得鈦合金工件更容易與刀具發生化學腐蝕，導致刀具磨損較快，加工效率較低。因此，本發明在硬質合金刀具的前刀面上加工出微V槽陣列結構， 取代傳統的光滑表面，利用微V槽陣列結構降低切屑對前刀面的摩擦力，將切屑從切削區域內快速排出，延長刀具壽命，提高加工效率。
權利要求
1.一種鈦合金切削用刀具，包括前刀面、主後刀面和副後刀面，刀尖的兩側分別為主後刀面和副後刀面，與主後刀面和副後刀面都垂直的上側水平面為前刀面；其中前刀面與主後刀面和副後刀面相交的線分別為主切削刃和副切削刃；其特徵在於刀具的前刀面上被分布有微V槽陣列，微V槽陣列對稱位於刀尖的兩側；微V槽為在前刀面上間隔開設的多條 「V」形槽，微V槽高度為50 300微米，V槽的間距為50 300微米，V槽的角度為50 65度，微V槽長度方向與主切削刃成25 45度；微V槽陣列在刀尖左右兩側穿過主切削刃和副切削刃，微V槽在主切削刃和副切削刃的總長度分別為6 10毫米。
2.根據權利要求1所述的鈦合金切削用刀具，其特徵在於所述微V槽尖端為圓弧形， 圓弧半徑小於50微米。
3.根據權利要求1所述的鈦合金切削用刀具，其特徵在於所述微V槽關於刀尖兩側對稱分布。
4.根據權利要求1所述的鈦合金切削用刀具，其特徵在於所述鈦合金切削用刀具為 YG硬質合金刀具，主要成分為WC和Co。
5.權利要求1所述的鈦合金切削用刀具的製作方法，其特徵在於先將青銅金屬基的 600 1200目金剛石砂輪修整成V形，V形角度50 65度，利用旋轉的金剛石砂輪的V形尖端在鈦合金切削用刀具前刀面上作直線往復運動，進給速度為100-800毫米/分鐘，每次進給深度控制在1 5微米，逐漸加工工件，最終在前刀面上加工出微V槽整列。
6.根據權利要求5所述的鈦合金切削用刀具的製作方法，其特徵在於加工時，金剛石砂輪轉速為2000-4000轉/分鐘。
全文摘要
本發明公開了一種鈦合金切削用刀具及其製作方法。在刀具的前刀面上分布微V槽陣列，微V槽陣列位於刀尖的兩側；微V槽為在前刀面上間隔開設的多條「V」形槽，微V槽高度為50～300微米，V槽的間距為50～300微米，V槽的角度為50～65度，微V槽長度方向與主切削刃成25～45度；微V槽陣列在刀尖左右兩側穿過主切削刃和副切削刃，微V槽在主切削刃和副切削刃的長度為6～10毫米。切削時，本發明在硬質合金刀具的前刀面上加工出微V槽陣列結構，取代傳統的光滑表面，利用微V槽陣列結構降低切屑對前刀面的摩擦力，將切屑從切削區域內快速排出，延長刀具壽命，提高加工效率。
文檔編號B24B3/00GK102228998SQ20111015732
公開日2011年11月2日 申請日期2011年6月13日 優先權日2011年6月13日
發明者謝晉 申請人:華南理工大學