專利名稱：一種基于滾動減磨原理的切削刀具結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種刀具結(jié)構(gòu)，尤其是涉及一種基于滾動減磨原理的切削刀具結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
金屬切削過程中，刀具前、后刀面不斷與工件發(fā)生滑動摩擦，使得接觸區(qū)溫度急劇升高、刀具摩擦磨損快速失效、進(jìn)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、后刀面與工件加工表面之間的摩擦，對于提高刀具切削性能和加工零件
表面質(zhì)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(fā)新型的刀具材料和涂層技術(shù)，使刀具的耐磨性和抗高溫性能增強(qiáng)；另一種是切削加工進(jìn)行潤滑，減小摩擦系數(shù)，降低摩擦力，從而降低摩擦產(chǎn)生的熱量。新型材料的刀具包括陶瓷刀具、硬質(zhì)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。涂層刀具則是為了解決刀具材料中硬度、耐磨與強(qiáng)度、韌性之間矛盾，在韌性較好的基體上涂覆一層耐磨材料，但是其應(yīng)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(jìn)行潤滑的方法，主要包括:采用具有潤滑作用的切削液；使用自潤滑刀具。使用切削液由于會造成環(huán)境污染，增加成本等劣勢，應(yīng)用受到一定限制。因此，自潤滑刀具成為刀具的發(fā)展趨勢。然而隨著切削的進(jìn)行，起潤滑作用的涂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(fā)明基于滾動減磨原理的刀具結(jié)構(gòu)。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的專利大多數(shù)是關(guān)于自潤滑刀具和涂層刀具。例如“一種自潤滑與自冷卻的干切削刀具及其制備方法”(參見中國發(fā)明專利，公開號CN102000841A)，涉及一種自潤滑自冷卻的干切削刀具；“一種微池自潤滑刀具及其制備方法”(參見中國發(fā)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(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀具及其制備方法”(參見中國發(fā)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(jī)理上看，目前基于滾動減磨原理在刀具結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)，以減小傳統(tǒng)上基于滑動摩擦原理的“切屑-刀具-加工表面”之間的摩擦力，進(jìn)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種通用性強(qiáng)，刀具切削性能好，刀具使用壽命長，加工表面質(zhì)量高的基于滾動減磨原理的切削刀具結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):一種基于滾動減磨原理的切削刀具結(jié)構(gòu)，包括一體式設(shè)置的刀體和刀頭，其特征在于，所述刀頭的前刀面和后刀面上設(shè)有微槽，微槽內(nèi)嵌有滾珠。所述的微槽的深度為沿遠(yuǎn)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(nèi)自由滾動(或微孔內(nèi)嵌入微球，微球直徑略小于微孔的直徑，可在微孔內(nèi)自由滾動)。切削時切屑帶動滾珠在微槽內(nèi)滾動(或微球在微孔內(nèi)滾動)，使切屑與前刀面的摩擦由滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動摩擦，減小了摩擦力從而降低由于摩擦力做功產(chǎn)生的熱量；刀具后刀面與加工表面接觸時，微球或滾珠與已加工表面發(fā)生滾動摩擦，能夠提高加工表面精度，減小傳統(tǒng)由于滑動摩擦產(chǎn)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(fā)生滾動摩擦，摩擦做功產(chǎn)生的熱量可以降低I 2個數(shù)量級；后刀面與已加工表面之間產(chǎn)生滾動摩擦和擠壓，有利于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(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明針對現(xiàn)有刀具前刀面與切屑、后刀面與切削表面之間都是基于滑動摩擦機(jī)理從而導(dǎo)致“刀具-切屑-工件”之間摩擦力大的缺陷，在前刀面、后刀面上增加微觀滾動結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)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(zhì)量。


圖1為本發(fā)明滾動刀具結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明刀頭部分結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)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(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實施例如圖1 4所示，一種基于滾動減磨原理的切削刀具結(jié)構(gòu)，包括一體式設(shè)置的刀體4和刀頭3，所述刀頭的前刀面和后刀面上設(shè)有微槽I，微槽I的深度為沿遠(yuǎn)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(nèi)嵌有滾珠2,滾珠2直徑略小于微孔的直徑,可在微孔內(nèi)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(yuǎn)離刀尖方向深度逐漸減小，滾珠露出刀片部分相應(yīng)增加，從而實現(xiàn)滾珠外圓切線與前刀面存在一定角度β，這一設(shè)計的作用是使切屑平穩(wěn)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(fā)生滑動摩擦接觸，當(dāng)切屑6遇到第一個滾珠時，沿滾珠進(jìn)行滑動，帶動滾珠在圓孔內(nèi)沿順時針方向滾動，隨著切削的進(jìn)行，切屑依次與滾珠發(fā)生滾動摩擦，直至切屑脫離刀具前刀面。如果采用大流量潤滑液的切削方式，滾動的滾珠有助于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(qū)域，增強(qiáng)切削液的降溫效果；再者，后刀面與已加工切削表面7的滾動接觸有助于減小以加工表面粗糙度，形成殘余壓應(yīng)力。由于滾動摩擦系數(shù)比滑動摩擦系數(shù)小I 2個數(shù)量級，因此摩擦做功產(chǎn)生的熱量可以降低I 2個數(shù)量級，該滾動刀具結(jié)構(gòu)有助于大大降低切削過程中由于刀具與切屑和已加工表面之間由于摩擦做功產(chǎn)生的熱量，從而減小了刀具的摩擦磨損，有助于提聞刀具的使用壽命。此外，滾動后刀面有利于提聞加工表面精度、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。其余同實施例1。
權(quán)利要求
1.一種基于滾動減磨原理的切削刀具結(jié)構(gòu)，包括一體式設(shè)置的刀體(4)和刀頭(3)，其特征在于，所述刀頭的前刀面和后刀面上設(shè)有微槽(1)，微槽(I)內(nèi)嵌有滾珠(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于滾動減磨原理的切削刀具結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的微槽(I)的深度為沿遠(yuǎn)離刀尖方向逐漸減小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于滾動減磨原理的切削刀具結(jié)構(gòu)，其特征在于，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(nèi)自由滾動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于滾動減磨原理的切削刀具結(jié)構(gòu)，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于滾動減磨原理的切削刀具結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的刀具在切削過程中，待切削工件與前刀面發(fā)生滾動摩擦，摩擦做功產(chǎn)生的熱量可以降低I 2個數(shù)量級；后刀面與已加工表面之間產(chǎn)生滾動摩擦和擠壓，有利于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(fā)明涉及一種基于滾動減磨原理的切削刀具結(jié)構(gòu)，包括一體式設(shè)置的刀體(4)和刀頭(3)，所述刀頭的前刀面和后刀面上設(shè)有微槽(1)，微槽(1)內(nèi)嵌有滾珠(2)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠提高加工表面精度，減小傳統(tǒng)由于滑動摩擦產(chǎn)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(fā)明涉及的刀具通用性強(qiáng)，刀具切削性能好，刀具使用壽命長，加工表面質(zhì)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(yōu)先權(quán)日2013年1月15日
發(fā)明者張雪萍, 丁利強(qiáng), 孟龍 申請人:上海交通大學(xué)