一种用于加工复合材料的PCD刀具的制作方法

专利检索2022-05-10  4


一种用于加工复合材料的pcd刀具
技术领域
1.本发明涉及刀具技术领域,特别是涉及一种用于加工复合材料的pcd刀具。


背景技术:

2.刀具是机械制造中用于切削加工的工具,又称切削工具。pcd刀具通常是指采用人造金刚石制成的刀具,即采用聚晶金刚石制成的刀具,而聚晶金刚石(pcd)则是人们利用高压合成技术合成的。金刚石刀具具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等特性,可在高速切削中获得很高的加工精度和加工效率,因此,金刚石刀具被广泛应用于到航空、航天、汽车、电子、石材等多个领域中。现有技术的一种pcd刀具,是将具有切削刃的焊接片固定在刀体上,焊接片采用金刚石等超硬材料,由于现有pcd刀具的焊接片通常为平板型,这就使得焊接片的前刀面为平直面,这样的pcd刀具虽然加工简单,但是切削力较大,特别是用于加工复合材料时,很容易出现加工面毛刺多的现象,现有技术的这种pcd刀具,存在着加工效率不好,加工质量差等弊端。


技术实现要素:

3.本发明的目的在于克服现有技术之不足,提供一种用于加工复合材料的pcd刀具,通过结构改进,一方面能有效提升刀具的锋利性,降低刀具切削力,提升切削效率;另一方面能够有效抑制刀具加工复合材料时的毛刺产生。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种用于加工复合材料的pcd刀具,包括刀体和焊接片;所述刀体为圆棒形,刀体沿长度方向分为切削部和柄部两段;所述切削部中,由切削部的自由端的端头向柄部方向直线延伸设有至少一个排屑槽,每个排屑槽的朝向切削旋转方向的面设为第一焊接面,每个排屑槽的第一焊接面处焊接固定一个焊接片,焊接片的第二焊接面与刀体的第一焊接面焊接相固定;所述焊接片的朝向切削旋转方向的面设为切削前刀面,所述焊接片的对应于切削外周位置的面设为切削后刀面,所述切削前刀面与所述切削后刀面相交形成周切削刃,所述切削部的外圆周直径设为d;所述焊接片的切削前刀面为非平直面形状,所述焊接片的切削前刀面在垂直于刀具轴线的第一参考平面上的投影为一条线段,所述线段为圆弧线或曲线,或直线、圆弧线、规则曲线和不规则曲线中的两种以上的组合。
5.所述焊接片的周切削刃为波浪形;所述波浪形周切削刃的波浪形波峰为直线形,直线形的波浪形波峰在刀具轴线上的投影的长度为l,l>0.015d。若长度l过小,则波峰强度降低,加工难度增大,不利于刀具的生产和使用。
6.所述焊接片的切削后刀面分为切削第一后刀面和切削第二后刀面,在垂直于刀具轴线的平面对所述焊接片进行剖切的剖面中,所述切削第一后刀面与垂直于焊接片的第二焊接面的第二参考面的夹角为α,切削第二后刀面与垂直于焊接片的第二焊接面的第二参考面的夹角为β,且满足关系式:4
°
≤α<β≤30
°
。若α>β,则使刀具与加工表面间隙很小,旋转加工时,刀具后刀面极有可能会干涉刀加工表面,同时加工刀具第二后刀面时,会对第一
后刀面产生干涉;若α<4
°
,则刀具后刀面会干涉刀加工表面,若β>30
°
,则刀切削刃强度过低,切削时极易出现崩缺。
7.所述切削后刀面上的任意一点到刀具轴心的距离不大于0.5d。若距离大于0.5d,刀具旋转加工时,后刀面会干涉加工表面。
8.所述切削前刀面的靠近刀体的切削圆周一端设置有切削刃带,切削刃带的宽度为a,并满足关系式:0<a≤0.4d。若a>0.4d,则刀体焊接部位强度过低,很容易出现焊接部位断裂情况。
9.所述切削刃带与所述焊接片的第二焊接面呈一个角度θ,且满足关系式:
10.‑5°
≤θ≤30
°

11.若θ<5
°
,则刀具锋利性降低,加工表面粗糙度增大,也极易产生毛刺等缺陷,若θ>30
°
,则切削刃强度过低,切削时极易出现崩缺。
12.所述焊接片中,在对应于切削部的自由端的端头位置设有底端切削刃,底端切削刃所对应的底端后刀面与垂直于焊接片的第二焊接面的第二参考面的夹角为γ,且满足关系式:0
°
≤γ≤30
°
。若γ<0
°
,则刀具锋利性降低,加工表面粗糙度增大,也极易产生毛刺等缺陷,若γ>30
°
,则切削刃强度过低,切削时极易出现崩缺。
13.所述焊接片由切削层和基体层两部分组成,所述切削层所采用的材料的硬度高于所述基体层所采用的材料的硬度,所述切削层由pcd或cbn或硬质合金的材料制作而成,所述基体层的由硬质合金或高速钢的材料制作而成,所述切削层的厚度为m,基体层的厚度为n,且满足关系式:0.01d<m≤0.2d,0≤n≤0.1d。焊片过厚,则需挤占切削部排屑槽的空间,不利于排屑,若要保证排屑空间则需要减小刀体焊接部分的厚度,又会使刀体强度降低。
14.所述刀体由硬质合金或高速钢的材料制作而成。
15.与现有技术相比较,本发明的有益效果是:
16.本发明由于采用了将所述焊接片的切削前刀面设为非平直面形状,且所述焊接片的切削前刀面在垂直于刀具轴线的第一参考平面上的投影为一条线段,所述线段为圆弧线或曲线,或直线、圆弧线、规则曲线和不规则曲线中的两种以上的组合。本发明的这种结构,一是能有效提升刀具的锋利性,降低刀具切削力,提升切削效率;二是能够增大pcd刀具的容屑空间,能够有效排屑,同时保证刀具pcd焊片的强度;三是切削平稳,能够抑制加工复材时的毛刺产生。
17.以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明;但本发明的一种用于加工复合材料的pcd刀具不局限于实施例。
附图说明
18.图1是本发明的实施例的立体构造示意图;
19.图2是本发明的实施例的结构示意图;
20.图3是图2中的a方向的示意图;
21.图4是本发明的实施例的焊接片的立体构造示意图;
22.图5是图4中的b方向的示意图;
23.图6是沿图5中的e

e线的剖视图;
24.图7是沿图5中的f

f线的剖视图;
25.图8是图5中g部放大示意图;
26.图9是沿图5中的h

h线的剖视图;
27.图10是图4中的c方向的示意图。
28.图中:1、刀体的切削部;2、刀体的柄部;3、焊接片;4、刀体的排屑槽;5、刀体的第一焊接面;6、刀体的底部齿隙;7、焊接片的切削层;8、焊接片的基体层;9、焊接片的周切削刃的波峰;10、焊接片的周切削刃的波谷;11、焊接片的切削前刀面;12、焊接片的切削后刀面;13、焊接片的断屑台;14、焊接片的倒角;15、焊接片的切削刃带;16、焊接片的切削第一后刀面;17、焊接片的切削第二后刀面;18、焊接片的第二焊接面;19、焊接片的底端切削刃;20、焊接片的底端后刀面。
具体实施方式
29.实施例
30.参见图1至图10所示,本发明的一种用于加工复合材料的pcd刀具,包括刀体和焊接片3;所述刀体为圆棒形,刀体沿长度方向分为切削部1和柄部2两段;所述切削部1中,由切削部1的自由端(设为底端)的端头向柄部2方向直线延伸设有至少一个排屑槽4,本实施例的排屑槽4为三个,三个排屑槽4的朝向切削旋转方向的面设为第一焊接面5,每个排屑槽4的第一焊接面5处焊接固定一个焊接片3,本实施例的焊接片3共为三个,每个焊接片3的第二焊接面18分别与刀体的对应的排屑槽4的第一焊接面5焊接相固定;所述焊接片3的朝向切削旋转方向的面设为切削前刀面11,所述焊接片3的朝向切削旋转方向的面中,在切削前刀面11的后面设有断屑台13,所述焊接片3的对应于切削外周位置的面设为切削后刀面12,所述切削前刀面11与所述切削后刀面12相交形成周切削刃,所述切削部1的外圆周直径设为d;所述焊接片3的切削前刀面11为非平直面形状,所述焊接片3的切削前刀面11在垂直于刀具轴线的第一参考平面上的投影为一条线段,所述线段为圆弧线或曲线,或直线、圆弧线、规则曲线和不规则曲线中的两种以上的组合,如图7所示,本实施例中,线段为圆弧线,切削前刀面11由半径为r的圆弧构成。
31.如图5、图8所示,本实施例中,所述焊接片3的周切削刃为波浪形;所述波浪形周切削刃包括焊接片的周切削刃的波峰9和焊接片的周切削刃的波谷10,其中,波浪形周切削刃的波浪形波峰9为直线形,直线形的波浪形波峰9在刀具轴线上的投影的长度为l,l>0.015d。若长度l过小,则波峰强度降低,加工难度增大,不利于刀具的生产和使用。周切削刃的波谷10由半径为r1的圆弧构成,直线形的波浪形波峰9采用半径为r2的圆弧过渡至波谷10。
32.本实施例中,所述切削部1的外圆周直径小于所述柄部2的外圆周直径。
33.如图6所示,本实施例中,所述焊接片3的切削后刀面12分为切削第一后刀面16和切削第二后刀面17,在垂直于刀具轴线的平面对所述焊接片进行剖切的剖面中,所述切削第一后刀面16与垂直于焊接片的第二焊接面的第二参考面的夹角为α,切削第二后刀面17与垂直于焊接片的第二焊接面的第二参考面的夹角为β,且满足关系式:4
°
≤α<β≤30
°
。若α>β,则使刀具与加工表面间隙很小,旋转加工时,刀具后刀面极有可能会干涉刀加工表面,同时加工刀具第二后刀面时,会对第一后刀面产生干涉;若α<4
°
,则刀具后刀面会干涉刀加工表面,若β>30
°
,则刀切削刃强度过低,切削时极易出现崩缺。
34.本实施例中,所述切削后刀面12上的任意一点到刀具轴心(即圆棒形的轴心)的距离不大于0.5d。若距离大于0.5d,刀具旋转加工时,后刀面会干涉加工表面。
35.本实施例中,所述切削前刀面11的靠近刀体的切削圆周一端设置有切削刃带15,切削刃带15的宽度为a,并满足关系式:0<a≤0.4d,切削前刀面11的宽度为b。若a>0.4d,则刀体焊接部位强度过低,很容易出现焊接部位断裂情况。
36.本实施例中,所述切削刃带15与所述焊接片3的第二焊接面18呈一个角度θ,且满足关系式:
‑5°
≤θ≤30
°
。本实施案例中,θ=2
°
。若θ<5
°
,则刀具锋利性降低,加工表面粗糙度增大,也极易产生毛刺等缺陷,若θ>30
°
,则切削刃强度过低,切削时极易出现崩缺。
37.如图9所示,本实施例中,所述焊接片3中,在对应于切削部的自由端的端头位置设有底端切削刃19,在刀体的底端中,基于排屑槽4设置刀体的底部齿隙6,底端切削刃19所对应的底端后刀面20与垂直于焊接片的第二焊接面18的第二参考面的夹角为γ,且满足关系式:0
°
≤γ≤30
°
。若γ<0
°
,则刀具锋利性降低,加工表面粗糙度增大,也极易产生毛刺等缺陷,若γ>30
°
,则切削刃强度过低,切削时极易出现崩缺。
38.如图7、图9所示,本实施例中,所述焊接片3由切削层7和基体层8两部分组成,所述切削层7所采用的材料的硬度高于所述基体层8所采用的材料的硬度,所述切削层7由pcd或cbn或硬质合金的材料制作而成,所述基体层8的由硬质合金或高速钢的材料制作而成,所述切削层7的厚度为m,基体层8的厚度为n,且满足关系式:0.01d<m≤0.2d,0≤n≤0.1d。焊片过厚,则需挤占切削部排屑槽的空间,不利于排屑,若要保证排屑空间则需要减小刀体焊接部分的厚度,又会使刀体强度降低。
39.本实施案例中,所述焊接片3在底端位置有倒角14。
40.本实施例中,所述刀体由硬质合金或高速钢的材料制作而成。
41.本发明的一种用于加工复合材料的pcd刀具,采用了将所述焊接片3的切削前刀面11设为非平直面形状,且所述焊接片3的切削前刀面11在垂直于刀具轴线的第一参考平面上的投影为一条线段,所述线段为圆弧线或曲线,或直线、圆弧线、规则曲线和不规则曲线中的两种以上的组合。本发明的这种结构,一是能有效提升刀具的锋利性,降低刀具切削力,提升切削效率;二是结合波形切削刃的设计,便于断屑,能够增大pcd刀具的容屑空间,能够有效排屑,同时保证刀具pcd焊片的强度;三是结合切削刃带设计,使得切削平稳,能够抑制加工复材时的毛刺产生。
42.上述只是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围的情况下,都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰,或修改为等同化的等效实施例。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均应落在本发明技术方案保护的范围内。
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