一種基於滾動減磨原理的切削刀具結構的製作方法

2023-05-28 10:21:41

專利名稱：一種基於滾動減磨原理的切削刀具結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種刀具結構，尤其是涉及一種基於滾動減磨原理的切削刀具結構。
背景技術：
金屬切削過程中，刀具前、後刀面不斷與工件發生滑動摩擦，使得接觸區溫度急劇升高、刀具摩擦磨損快速失效、進而降低切削效率和工件加工表面完整性。因此，減小刀具的前刀面與切屑、後刀面與工件加工表面之間的摩擦，對於提高刀具切削性能和加工零件
表面質量非常重要。目前提高刀具切削性能主要有兩種方法，一種是開發新型的刀具材料和塗層技術，使刀具的耐磨性和抗高溫性能增強；另一種是切削加工進行潤滑，減小摩擦係數，降低摩擦力，從而降低摩擦產生的熱量。新型材料的刀具包括陶瓷刀具、硬質合金刀具、立方氮化硼刀具和金剛石刀具等，不同材料的刀具適合加工不同材料的工件。塗層刀具則是為了解決刀具材料中硬度、耐磨與強度、韌性之間矛盾，在韌性較好的基體上塗覆一層耐磨材料，但是其應用也有局限性，如不適宜加工高溫合金、鈦合金等難加工材料。對切削加工進行潤滑的方法，主要包括:採用具有潤滑作用的切削液；使用自潤滑刀具。使用切削液由於會造成環境汙染，增加成本等劣勢，應用受到一定限制。因此，自潤滑刀具成為刀具的發展趨勢。然而隨著切削的進行，起潤滑作用的塗層或者固體潤滑劑不斷消耗，潤滑效果也會隨之減弱。這兩方面都未涉及發明基於滾動減磨原理的刀具結構。經對現有技術的文獻檢索發現，現有的專利大多數是關於自潤滑刀具和塗層刀具。例如「一種自潤滑與自冷卻的幹切削刀具及其製備方法」(參見中國發明專利，公開號CN102000841A)，涉及一種自潤滑自冷卻的幹切削刀具；「一種微池自潤滑刀具及其製備方法」(參見中國發明專利，公開號CN101125371)，涉及一種微池自潤滑刀具；「一種振蕩熱管冷卻的硬質合金可轉位刀具及其製備方法」(參見中國發明專利，公開號CN102632262A)，涉及一種利用振蕩熱管降低切削溫度的刀具。從減磨機理上看，目前基於滾動減磨原理在刀具結構上進行改進，以減小傳統上基於滑動摩擦原理的「切屑-刀具-加工表面」之間的摩擦力，進而提高刀具切削性能和加工表面完整性的刀具還未涉及。

發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種通用性強，刀具切削性能好，刀具使用壽命長，加工表面質量高的基於滾動減磨原理的切削刀具結構。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:一種基於滾動減磨原理的切削刀具結構，包括一體式設置的刀體和刀頭，其特徵在於，所述刀頭的前刀面和後刀面上設有微槽，微槽內嵌有滾珠。所述的微槽的深度為沿遠離刀尖方向逐漸減小。所述的微槽為凹槽狀或由多個微孔排列而成；所述滾珠在微槽內自由滾動(或微孔內嵌入微球，微球直徑略小於微孔的直徑，可在微孔內自由滾動)。切削時切屑帶動滾珠在微槽內滾動(或微球在微孔內滾動)，使切屑與前刀面的摩擦由滑動摩擦轉變為滾動摩擦，減小了摩擦力從而降低由於摩擦力做功產生的熱量；刀具後刀面與加工表面接觸時，微球或滾珠與已加工表面發生滾動摩擦，能夠提高加工表面精度，減小傳統由於滑動摩擦產生的摩擦功，從而減小切削熱，提高加工工件表面的物理性能。所述的微槽端頭到刀尖的距離在X，Y方向上的距離分別為ΛΧ和ΛΥ，ΔΧ =
0.5 5mm 和 Δ Y = 0.5 2mm。所述的刀具在切削過程中，待切削工件與前刀面發生滾動摩擦，摩擦做功產生的熱量可以降低I 2個數量級；後刀面與已加工表面之間產生滾動摩擦和擠壓，有利於降低表面粗糙度和切削溫度、同時能提高加工表面完整性。與現有技術相比，本發明針對現有刀具前刀面與切屑、後刀面與切削表面之間都是基於滑動摩擦機理從而導致「刀具-切屑-工件」之間摩擦力大的缺陷，在前刀面、後刀面上增加微觀滾動結構，實現刀具切削刀具與切屑和加工表面之間的摩擦力、降低切削溫度，從而提高刀具的切削性能，增加刀具的壽命，同時提高被加工零件表面的質量。


圖1為本發明滾動刀具結構示意圖；圖2為本發明刀頭部分結構圖；圖3為本發明刀具工作原理圖；圖4為圖3中A部放大圖。圖中，1-微槽，2-滾珠，3-刀頭，4-刀體，5-工件、6_切削，7_切削表面。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。實施例如圖1 4所示，一種基於滾動減磨原理的切削刀具結構，包括一體式設置的刀體4和刀頭3，所述刀頭的前刀面和後刀面上設有微槽I，微槽I的深度為沿遠離刀尖方向逐漸減小。微槽I由多個微孔排列而成，各微孔內嵌有滾珠2,滾珠2直徑略小於微孔的直徑,可在微孔內自由滾動。如圖2所示，距離刀尖最近的滾珠，在X，Y方向上的距離分別為ΛΧ和ΛΥ，ΔΧ =
0.5 5mm和ΛΥ = 0.5 2mm。一方面是為了保證切削加工時刀尖先接觸工件，另一方面為了防止刀尖崩斷，因此，必須保持第一個滾珠與刀尖存在一定距離。微孔沿遠離刀尖方向深度逐漸減小，滾珠露出刀片部分相應增加，從而實現滾珠外圓切線與前刀面存在一定角度β，這一設計的作用是使切屑平穩地與滾珠建立起滾動摩擦接觸。如圖3-4所示，開始切削時，切屑6與刀尖發生滑動摩擦接觸，當切屑6遇到第一個滾珠時，沿滾珠進行滑動，帶動滾珠在圓孔內沿順時針方向滾動，隨著切削的進行，切屑依次與滾珠發生滾動摩擦，直至切屑脫離刀具前刀面。如果採用大流量潤滑液的切削方式，滾動的滾珠有助於將切削液帶入刀具與切屑、刀具與工件5的加工表面的狹小接觸區域，增強切削液的降溫效果；再者，後刀面與已加工切削表面7的滾動接觸有助於減小以加工表面粗糙度，形成殘餘壓應力。由於滾動摩擦係數比滑動摩擦係數小I 2個數量級，因此摩擦做功產生的熱量可以降低I 2個數量級，該滾動刀具結構有助於大大降低切削過程中由於刀具與切屑和已加工表面之間由於摩擦做功產生的熱量，從而減小了刀具的摩擦磨損，有助於提聞刀具的使用壽命。此外，滾動後刀面有利於提聞加工表面精度、減小切削熱、提高工件切削表面完整性。實施例2所述微槽為凹槽狀，微槽端頭到刀尖的距離在X，Y方向上的距離分別為ΛΧ和Λ Y，ΛΧ = 0.5mm和ΛΥ = 2mm。其餘同實施例1。
權利要求
1.一種基於滾動減磨原理的切削刀具結構，包括一體式設置的刀體(4)和刀頭(3)，其特徵在於，所述刀頭的前刀面和後刀面上設有微槽(1)，微槽(I)內嵌有滾珠(2)。
2.根據權利要求1所述的一種基於滾動減磨原理的切削刀具結構，其特徵在於，所述的微槽(I)的深度為沿遠離刀尖方向逐漸減小。
3.根據權利要求1所述的一種基於滾動減磨原理的切削刀具結構，其特徵在於，所述的微槽(I)為凹槽狀或由多個微孔排列而成；所述滾珠(2)在微槽(I)內自由滾動。
4.根據權利要求1所述的一種基於滾動減磨原理的切削刀具結構，其特徵在於，所述的微槽⑴端頭到刀尖的距離在X，Y方向上的距離分別為ΛΧ和Λ Y，ΛΧ = 0.5 5mm和Δ Y = 0.5 2mm。
5.根據權利要求1所述的一種基於滾動減磨原理的切削刀具結構，其特徵在於，所述的刀具在切削過程中，待切削工件與前刀面發生滾動摩擦，摩擦做功產生的熱量可以降低I 2個數量級；後刀面與已加工表面之間產生滾動摩擦和擠壓，有利於降低表面粗糙度和切削溫度、同時能提高加工表面完整性。
全文摘要
本發明涉及一種基於滾動減磨原理的切削刀具結構，包括一體式設置的刀體(4)和刀頭(3)，所述刀頭的前刀面和後刀面上設有微槽(1)，微槽(1)內嵌有滾珠(2)。與現有技術相比，本發明能夠提高加工表面精度，減小傳統由於滑動摩擦產生的摩擦功，從而減小切削熱，提高加工工件表面的物理性能。本發明涉及的刀具通用性強，刀具切削性能好，刀具使用壽命長，加工表面質量高。
文檔編號B23B27/00GK103084594SQ201310014738
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月15日 優先權日2013年1月15日
發明者張雪萍, 丁利強, 孟龍 申請人:上海交通大學