一種聚晶金剛石銑刀的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種用于加工成形面的繞中心軸線回轉的銑刀，包括：剛性刀體（1），該刀體具有平行間隔布置的至少兩個齒基（10）；和分別固定在各個齒基上的聚晶金剛石刀片（2），所述聚晶金剛石刀片（2）軸向延伸超出所述剛性刀體（1）的末端以形成端齒（4），而所述聚晶金剛石刀片的徑向最外側限定出周齒（3），其中，該銑刀還包括冷卻結構，所述冷卻結構包括在刀體內形成的主冷卻通道（3）和與所述主冷卻通道（3）連通并將冷卻流體供應到所述刀片（2）的冷卻孔（6，8）。
【專利說明】—種聚晶金剛石銑刀
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于加工成形面的聚晶金剛石銑刀，尤其是用于加工鈦合金的聚晶金剛石銑刀。
【背景技術】
[0002]鈦合金是現代航空、航天中常用的新型材料，它質輕、硬度高，韌性高、抗蝕性好、導熱性差(一般只有鐵的1/5，鋁的1/3)、摩擦系數大(大約為0.42)。正因如此，在鈦合金的加工中，例如切削加工時，容易使鈦合金工件及刀具溫度升高，造成粘刀，降低刀具壽命，故切削加工性差，給鈦合金的機械加工帶來了很大的困難。
[0003]銑刀是用于對工件成形面如金屬表面或其它表面進行加工的一種刀具。生產中，通常采用圓柱銑刀對包括平面在內的成形面進行加工，其手段一般是通過銑刀的旋轉帶動切削刃切削掉工件中的一些來形成想要的工件表面。當前，在有色金屬成形面加工中常用的是整體硬質合金銑刀或高速鋼銑刀。但是在鈦合金或者其他的一些硬金屬加工中，上述二種刀具均不能很好地克服上述問題，從而不能進行較長時間的連續加工，刀具壽命短，造成生產率低、成品率低。
[0004]因此，本發明希望提供一種能夠有效地對包括鈦合金在內的硬金屬進行加工的銑刀。

【發明內容】

[0005]根據本發明的一個方案，提供一種用于加工成形面的繞中心軸線回轉的銑刀，包括:剛性刀體，該刀體具有平行間隔布置的至少兩個齒基；和分別固定在各個齒基上的聚晶金剛石刀片。聚晶金剛石刀片軸向延伸超出所述剛性刀體的末端以形成端齒。所述聚晶金剛石刀片的徑向最外側限定出周齒。該銑刀還包括內冷卻結構，所述冷卻結構包括在刀體內形成的軸向主冷卻通道和與所述主冷卻通道連通并將冷卻流體供應到每個所述刀片的冷卻孔。
[0006]本發明的銑刀，在利用周齒銑削的基礎上，能夠充分利用端齒來加強銑削，這非常有利于銑削如鈦合金等硬質金屬。并且由于設置了內冷卻系統，能夠有效地解決粘刀問題，適用于導熱性差、摩擦系數大的材料如鈦合金的加工。
[0007]根據進一步優選的方案，本發明的內冷卻系統包括用于將冷卻流體供應向所述周齒的周齒冷卻孔以及用于將冷卻流體供應向所述端齒的端齒冷卻孔。該周齒冷卻孔可以垂直或傾斜于沿軸向延伸的主冷卻通道設置。并且，端齒冷卻孔最好具有比所述周齒冷卻孔的最小直徑小的最小直徑，且所述端齒冷卻孔與所述周齒冷卻孔之間的夾角小于等于90°。這樣優選的冷卻系統能夠提供非常有效的冷卻。
[0008]為了充分利用端齒的切削性能，端齒可以在徑向上朝所述中心軸線和刀體傾斜延伸并限定出一端齒內凹角，所述端齒內凹角在0-1.5°的范圍內。
[0009]而為了保證刀齒的強度并保證加工精度，優選在端齒與周齒的連接部位設置連接圓弧，連接圓弧優選具有3mm-5mm的連接圓弧半徑。
[0010]根據本發明進一步的實施例，所述周齒具有一周齒切削刃，在該周齒切削刃之前的周齒前刀面以及依次布置在該切削刃之后的周齒圓柱刃帶和周齒后角部，所述周齒前刀面具有在3° -6°范圍內的前角，所述周齒圓柱刃帶具有小于等于0.05_的寬度，所述周齒后角部具有大于等于18°的周齒后角。
[0011]根據本發明一個優選實施例，所述端齒限定出一端齒切削刃，所述端齒還具有位于所述端齒切削刃之后的第一后角部和第二后角部，其中第一后角部具有0°的第一后角且具有小于等于0.05mm的寬度，所述第二后角部具有大于等于12°的第二后角。
[0012]為了使得本發明的端齒能夠提供更大、更有效的切削力，所述齒基以及刀片相對于所述中心軸線傾斜布置并限定出在3° -6°的范圍內的螺旋傾角，該螺旋傾角進而限定了端齒的前角。
[0013]本發明的其他特征和優點一部分將是本領域技術人員在閱讀了本發明之后顯見的，另一部分將在下文的【具體實施方式】中體現。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]以下，結合附圖來詳細說明本發明的實施例，其中:
[0015]圖1示出了根據本發明的聚晶金剛石銑刀的一個實施例；
[0016]圖2A示出了圖1的銑刀的端視圖，其中顯示了該銑刀的冷卻結構的一個實施例；
[0017]圖2B是圖2A的部分放大視圖，具體地示出了銑刀的聚晶金剛石刀片的周齒；
[0018]圖3示出了根據本發明的聚晶金剛石銑刀的另一實施例；
[0019]圖4示出了根據本發明的聚晶金剛石銑刀的又一實施例。
[0020]1-刀體；2_刀片;3-主冷卻通道；4_周齒；5-端齒；6_周齒冷卻孔；7_周齒冷卻孔出口 ；8_端齒冷卻孔;A-部分；0-0’ -中心軸線；9_堵塞件；10_齒基；11_周齒前刀面；12-周齒圓柱刃帶；13-周齒切削刃；14_端齒前刀面；15_端齒第一后角部；16-端齒切削刃。
[0021]在本發明的說明書及附圖中，相同或相近的附圖將表示相同或相近的特征或構件。
【具體實施方式】
[0022]現結合附圖參考以下的【具體實施方式】來描述本發明的銑刀的示意性方案。盡管提供附圖是為了呈現本發明的一些實施方案，但附圖不必按具體尺寸繪制，某些特征可被放大、移除或剖切以更好地示出本發明。
[0023]另外，除非另有指定，在本發明中的某些方向性術語將按照本領域技術人員的理解為準。例如，按照銑刀的旋轉方向來確定銑刀的部件中的“前”和“后”位置。此外，關于“軸向”、“徑向”和“周向”的限定，一般認為統刀的中心軸線的延伸方向為軸向，在垂直于軸向的平面內經過回轉軸線的方向可視為徑向，圍繞該回轉軸線或軸向的方向將視作周向。
[0024]圖1是用于鈦合金加工的聚晶金剛石(P⑶)銑刀的一個實施例的正視圖，但該銑刀也可以適用于其它材料的加工，如其它硬金屬成形面的加工。該銑刀總體呈繞中心軸線0-0’回轉的圓柱銑刀形式，該銑刀具有一銑刀直徑D，也即是該銑刀的工作直徑。如圖所示，銑刀包括總體沿中心軸線0-0’延伸的硬質合金刀體I，其上有多個在刀體I上一體形成的平行間隔布置的多個齒基10。如本領域技術人員已知的，在相鄰的兩個齒基之間可以形成排屑槽。每個齒基10上固定有一個聚晶金剛石(PCD)刀片2。該刀片2的延伸方向與相應的齒基10基本一致。
[0025]如本領域技術人員已知的，刀片2限定出可借助銑刀的繞中心軸線0-0’的回轉沿軸向切削工件例如鈦合金的成形面的周齒4，且該周齒4包括在刀片2的徑向最外側邊緣限定出的周齒切削刃13。理論上講，在加工時，切屑刃將會是最先接觸待加工的成形面的部分。
[0026]結合圖1、圖2A和2B，該周齒切削刃13的延伸方向基本與齒基10或刀片2的延伸方向一致，即稍傾斜于軸向。如圖所示，在該周齒切削刃13之前，在刀片2的周齒4中限定出前刀面11。如圖所示，工作中心軸線和切削刃在橫截面中連線與前刀面之間的夾角被限定為前角Y。針對鈦合金加工，優選前角Y在大約3° -大約6°的范圍內，優選在大于5° -6°的范圍內。緊跟在周齒切削刃13之后設有用于防止周齒跳動，保證周齒強度和銑出表面的粗糙度的周齒圓柱刃帶12，其優選具有小于等于大約0.05_的寬度b。在周齒圓柱刃帶12之后可以設置一個或多個周齒后角部(未示出)。在所示的實施例中的一個后角部優選具有大于等于約18°、最好大約18° -20°的周齒后角α，這在鈦合金加工中有利地保證加工后的避讓，防止后刀面或刀體與被加工工件表面之間磨擦而影響被加工工件表面的粗糙度。人們將明白，在此所指的“前”、“后”將按照前述的定義。根據上述限定，周齒切削刃13切削工件時，周齒前刀面11面向待加工的工件表面，而后角部面向已加工的工件表面。
[0027]進一步地，針對鈦合金的加工，該刀片2優選軸向延伸超出所述刀體的末端以形成端齒5。也即是，該端齒`5位于銑刀的端面上。如圖1所示，端齒5具有基本上沿徑向延伸的端齒切削刃16。具體地，在部分A中示出了端齒5的部分截面圖，其是沿大體平行于中心軸線0-0’的一個平面中截取的。如該部分A所示，類似于前述周齒4，端齒5也包括位于端齒切削刃16之前的端齒前刀面14。該端齒前刀面14具有一前角(未示出)，其主要是由齒基10或刀片2相對于中心0-0’軸線傾斜的螺旋傾角β所確定。換句話說，端齒前刀面14和周齒如刀面11是在刀片上的同一平面上的，該平面例如為圖1中附圖標記4和5所限定和包圍的刀片表面即。本發明人發現，針對鈦合金加工，螺旋傾角β在大約3° -大約6°的范圍內是特別有利的，這樣將會使得端齒具有合適的前角，以具有適宜的切削力和強度。緊跟在端齒切削刃16之后還設有后角為0°的端齒第一后角部15，其優選具有小于等于大約0.05mm的寬度bl，以保證端齒的強度和端齒銑出表面的粗糙度。在端齒第一后角部15之后還設置有第二后角部(未示出)，該第二后角部最好具有大于等于12°的端齒后角α?，其作用主要是排屑與避讓。
[0028]本發明人發現在周齒4與端齒5之間，具體而言在周齒與端齒的切削刃之間設置連接圓弧是特別有利于保證刀齒強度的。并且，該連接圓弧優選具有的連接圓弧半徑R。
[0029]另外，如圖1所示，端齒5在徑向上朝中心軸線和刀體傾斜延伸(凹陷)并借此限定出一端齒內凹角K。根據本發明的優選實施例，所述端齒內凹角K在O-大約1.5°的范圍內，最好在大約1-大約1.5°的范圍內。通過本發明如此地設置端齒5，并進而設置該凹陷如端齒內凹角K，其能夠有利地利用端齒的加工能力，特別適合于這種硬度較高的鈦合金加工，例如能夠有效地銑削鈦合金并保證端齒銑出表面的粗糙度。
[0030]借助于以上的構造，工作時，銑刀以中心軸線O-CV為工作回轉軸轉動，且同時作垂直于回轉軸向或微傾斜于回轉軸向進行插補的進給運動，從而借助于PCD刀片2的周齒4及端齒5為刃銑出被加工工件表面。
[0031]繼續參考圖1，針對鈦合金導熱性差、易粘刀的問題，該銑刀還設置有在其中一體形成的內冷卻結構。在圖1所示的實施例中，所述內冷卻結構包括沿中心軸線延伸的主冷卻通道3，該主冷卻通道3是由沿中心軸線延伸的通孔所限定出，且在通孔的末端設置有一堵塞件，而冷卻流體從通孔的近端進入。另外，該內冷卻結構還包括與所述主冷卻通道3連通并將冷卻流體供應到刀片2的周齒4的周齒冷卻孔6 (圖1未示出)。如圖所示，所述冷卻孔6基本上垂直于主冷卻通道3，并且周齒冷卻孔6的出口 7構造成將冷卻流體導向刀片2的周齒4。
[0032]接下來參考圖3，其示出了銑刀的另一實施例。類似于圖1的實施例，該銑刀包括剛性刀體1、齒基10、設置在齒基上的刀片2 (該刀片短于圖1所示的刀片)以及冷卻結構。該冷卻結構包括沿軸向延伸的主冷卻通道3以及與該主冷卻通道3流體連通的多個周齒冷卻孔6。該周齒冷卻孔6具有相應的出口 7。但與圖1的主要區別在于，該周齒冷卻孔6相對于主冷卻通道3傾斜設置，并且該傾斜布置使得流體在主冷卻通道3中轉到周齒冷卻孔6的轉角小于90°，例如轉角t為約約30° -約60°。這樣設置對于平穩地供應流體是尤為有利的。
[0033]如圖4所示，其示出了根據本發明的一個特別優選的實施例。該實施例總體類似于圖3所示的實施例，但區別在于，圖4的實施例中的主冷卻通道的一端不是堵塞的，而是與一基本同軸布置的端齒冷卻孔8連通。在鈦合金加工中，這樣的端齒冷卻孔8以及相應的設置對于充分利用端齒的切削能力來說是非常有利的。根據進一步有利的設置，最好周齒冷卻孔6與端齒冷卻孔8之間的夾角小于90°，且最好在10° -60°范圍內，更優選在15° -60°范圍內。優選地,所述端齒冷卻孔8的最小通流面積應該比周齒冷卻孔6的最小通流面積小，例如為其比例為3/4，1/2，1/3，1/4，1/5，以及這些值之間的任何子范圍。如此設置的端齒和周齒冷卻孔能和合適地平衡分別供應到端齒和周齒的冷卻流體量。如圖所示的端齒冷卻孔8為一個，但可以想到在另一有利的實施例中，設置多個，并且例如可以類似于圖3或4的周齒冷卻孔6的布置形式，即傾斜于主冷卻通道3供應至每個端齒4，這樣設置也能有效地平衡供應到端齒和周齒的冷卻流體量。另外，盡管如圖所示的端齒冷卻孔8具有等大的直徑，但是可以呈朝銑刀末端擴孔的形式。
[0034]現已通過參考附圖描述了本發明的優選實施例，但應該明白，本發明的思想和范圍并不局限于所示出的實施例而是由所附的權利要求書的范圍及其等同而限定。
【權利要求】
1.一種用于加工成形面的繞中心軸線回轉的銑刀，包括:剛性刀體(1)，該刀體具有平行間隔布置的至少兩個齒基(10);和分別固定在各個齒基上的聚晶金剛石刀片(2)，所述聚晶金剛石刀片(2)的徑向最外側限定出周齒(4)，而所述聚晶金剛石刀片(2)軸向延伸超出所述剛性刀體(I)的末端以形成端齒(5)，其中，該銑刀還包括冷卻結構，所述冷卻結構包括在刀體內形成的軸向主冷卻通道(3)和與所述主冷卻通道(3)連通并將冷卻流體供應到每個所述刀片(2)的冷卻孔(6，8)。
2.根據權利要求1所述的銑刀，其特征是，所述冷卻孔(6，8)包括用于將冷卻流體供應向所述周齒(4)的周齒冷卻孔(6)。
3.根據權利要求2所述的銑刀，其特征是，所述周齒冷卻孔(6)垂直或傾斜于所述主冷卻通道(3)設置。
4.根據權利要求2或3所述的銑刀，其特征是，所述冷卻孔(6，8)包括用于將冷卻流體供應向所述端齒(5)的端齒冷卻孔(8)，其中，所述端齒冷卻孔(8)具有比所述周齒冷卻孔(6)的最小通流面積小的最小通流面積，且所述周齒冷卻孔(6)與所述端齒冷卻孔(8)之間的夾角小于等于90°。
5.根據權利要求1所述的銑刀，其特征是，所述端齒(5)在徑向上朝所述中心軸線(0-0’)和刀體(I)傾斜延伸并限定出一端齒內凹角(K )，所述端齒內凹角(K )在0-1.5°的范圍內。
6.根據權利要求1所述的銑刀，其特征是，所述周齒(4)與所述端齒(5)相連且在連接部位具有連接圓弧，所述連接圓弧具有的連接圓弧半徑(R)。
7.根據權利要求1所述的銑刀，其特征是，所述周齒(4)具有一周齒切削刃(13)，在該周齒切削刃(13)之前的周齒前刀面(11)以及依次布置在該周齒切削刃(13)之后的周齒圓柱刃帶(12)和周齒后角部,所述周齒前刀面(11)具有在3° -6°范圍內的前角(Y),所述周齒圓柱刃帶(12)具有小于等于0.05mm的寬度(b)，所述周齒后角部具有大于等于18°的周齒后角(α )。
8.根據權利要求7所述的銑刀，其特征是，所述端齒(5)限定出一端齒切削刃(16)，位于所述端齒切削刃(16)之后的第一后角部(15)和第二后角部，其中第一后角部(15)具有0°的第一后角且具有小于等于0.05mm的寬度，所述第二后角部具有大于等于12°的第二后角(α I)。
9.根據權利要求1或8所述的銑刀，其特征是，所述齒基(10)以及刀片(2)相對于所述中心軸線傾斜布置并限定出螺旋傾角(β)，所述螺旋傾角(β)在3° -6°的范圍內。
10.根據權利要求1所述的銑刀，其特征是，所述銑刀是專用于鈦合金加工的銑刀。
【文檔編號】B23C5/10GK103658795SQ201210362648
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月26日 優先權日:2012年9月26日
【發明者】劉敏 申請人:深圳市中天精密工具有限公司