本發(fā)明涉及一種球頭銑刀，具體涉及一種鈦合金加工中帶有多功能微織結(jié)構(gòu)的球頭銑刀，屬于機(jī)械加工領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

鈦合金具有良好的抗腐蝕性、韌性和耐熱性，因此廣泛地應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。但鈦合金獨(dú)有的特性，如：導(dǎo)熱系數(shù)小、比熱小及活躍的化學(xué)特性等，為其加工帶來了困難。活躍的化學(xué)性質(zhì)導(dǎo)致鈦合金在加工過程中與空氣發(fā)生高溫氧化反應(yīng)，使鈦合金的塑性降低，強(qiáng)度增加，因此在加工過程中切削溫度較高。導(dǎo)熱系數(shù)和比熱較小又將導(dǎo)致其在銑削加工過程中的切削熱無法及時(shí)散出，影響加工工件的表面質(zhì)量，造成刀具的嚴(yán)重磨損。同時(shí)，鈦合金在銑削加工過程中，由于切削速度較大，所以將產(chǎn)生鋸齒狀的切屑，鋸齒狀的切屑會(huì)導(dǎo)致切削過程中的切削力變大，因此斷屑必須及時(shí)，否則將導(dǎo)致刀具磨損，影響零件表面的完整性。綜合以上的問題，可考慮將多種微織構(gòu)應(yīng)用于球頭銑削刀加工鈦合金中，充分發(fā)揮作用，達(dá)到鈦合金加工過程中及時(shí)斷屑，及時(shí)排屑，及時(shí)降低切削溫度及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)刀具磨損，實(shí)現(xiàn)及時(shí)換刀的目的。

刀具的微織結(jié)構(gòu)在改善材料加工性能等方面得到了廣泛的認(rèn)可，眾多學(xué)者發(fā)現(xiàn)非光滑表面反而具有很好的抗磨性，因此應(yīng)用特有的微織結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)加工中的綠色潤滑，及時(shí)斷屑排屑及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)刀具磨損的目的。對(duì)于刀具磨損的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，傳統(tǒng)的工件刀具接觸電阻檢測(cè)法雖然精度高，但在高溫、高壓下薄膜電阻容易脫落，不適合應(yīng)用于實(shí)際加工中。在實(shí)際加工中，可以應(yīng)用間接測(cè)量的方法監(jiān)測(cè)刀具磨損。在刀具正常的磨損過程中，摩擦力值保持穩(wěn)定衡量的增長(zhǎng)；當(dāng)摩擦力數(shù)值劇烈增長(zhǎng)時(shí)，刀具的磨損加大，可以以此為依據(jù)來判斷刀具的磨損情況。當(dāng)摩擦力到達(dá)最大峰值時(shí)，需要及時(shí)換刀來保證加工的正常進(jìn)行。對(duì)于微織構(gòu)的制備通常采用飛秒激光燒蝕、化學(xué)腐蝕、金屬電沉積技術(shù)或3D打印等已經(jīng)比較成熟的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決銑刀加工鈦合金工件表面效率較低，加工后工件表面質(zhì)量較差，冷卻、潤滑方式不環(huán)保，換刀不及時(shí)等問題，進(jìn)而提出一種鈦合金加工中帶有多功能微織結(jié)構(gòu)的球頭銑刀。

本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是：本發(fā)明包括刀頭，所述刀頭的刀刃部由外至內(nèi)依次設(shè)有至少一個(gè)箭頭形微織結(jié)構(gòu)、至少一個(gè)鋸齒形微織結(jié)構(gòu)、至少一個(gè)碗形微織結(jié)構(gòu)、至少一個(gè)矩形微織結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的有益效果是：箭頭形微織結(jié)構(gòu)起到儲(chǔ)存固體潤滑油的作用，該結(jié)構(gòu)最靠近刀-屑接觸區(qū)域，使?jié)櫥鼮榧皶r(shí)，且潤滑方式更為環(huán)保。鋸齒形微織結(jié)構(gòu)起到及時(shí)斷屑的作用，防止切屑過長(zhǎng)，劃傷工件和刀具表面。碗形微織結(jié)構(gòu)起到及時(shí)排屑的作用。矩形微織結(jié)構(gòu)與刀具磨損檢測(cè)系統(tǒng)相連，起到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)刀具磨損情況，以便及時(shí)換刀，保證加工工件表面質(zhì)量的作用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的三維示意圖，圖2是刀刃部的放大示意圖，圖3是刀刃部的局部放大示意圖，圖4是刀刃部立體結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是矩形微織結(jié)構(gòu)的剖視圖，圖6是實(shí)現(xiàn)刀具磨損實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)目的的具體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：結(jié)合圖1至圖6說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種鈦合金加工中帶有多功能微織結(jié)構(gòu)的球頭銑刀，它包括刀頭，所述刀頭的刀刃部由外至內(nèi)依次設(shè)有至少一個(gè)箭頭形微織結(jié)構(gòu)1、至少一個(gè)鋸齒形微織結(jié)構(gòu)2、至少一個(gè)碗形微織結(jié)構(gòu)3、至少一個(gè)矩形微織結(jié)構(gòu)4。每種微織結(jié)構(gòu)有一定的順序，箭頭形微織構(gòu)1最接近刀刃部，其次是鋸齒形微織構(gòu)2，碗形微織結(jié)構(gòu)3及矩形微織結(jié)構(gòu)4，這樣排列的好處是刀刃部可以快速接觸且充分進(jìn)入刀-屑接觸區(qū)域。鋸齒形微織結(jié)構(gòu)2進(jìn)行斷屑后，由碗形微織結(jié)構(gòu)3迅速排出，將矩形微織結(jié)構(gòu)4放置最頂排的原因是避免導(dǎo)線6對(duì)加工過程的干擾，同時(shí)防止導(dǎo)線6受損

具體實(shí)施方式二：結(jié)合圖1至圖6說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種鈦合金加工中帶有多功能微織結(jié)構(gòu)的球頭銑刀的箭頭形微織結(jié)構(gòu)1沿所述刀頭刃部的圓弧方向設(shè)置，箭頭形微織結(jié)構(gòu)1的寬度為80μm，織構(gòu)深度為100μm，長(zhǎng)度為300μm。箭頭形微織結(jié)構(gòu)1的箭頭織構(gòu)夾角為90°，該織構(gòu)可通過飛秒激光加工技術(shù)、化學(xué)腐蝕或3D打印技術(shù)完成。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：結(jié)合圖1至圖6說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種鈦合金加工中帶有多功能微織結(jié)構(gòu)的球頭銑刀的鋸齒形微織結(jié)構(gòu)2沿所述刀頭刃部的圓弧方向設(shè)置，鋸齒形微織結(jié)構(gòu)2是凸?fàn)羁棙?gòu)體，其齒高為50μm，拔模斜度為25°。該織構(gòu)采用金屬鉻鍍層的電沉積制備方法，金屬鉻鍍層的耐磨性較強(qiáng)；將刀具表面進(jìn)行預(yù)處理后，將材料進(jìn)入到酸性電解液中進(jìn)行電擊沉，鍍層后進(jìn)行熱處理，從而得到凸?fàn)钗⒖棙?gòu)，該織構(gòu)在鈦合金加工中起到斷屑的作用，從而有利于切屑的及時(shí)排出。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式四：結(jié)合圖1至圖6說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種鈦合金加工中帶有多功能微織結(jié)構(gòu)的球頭銑刀的碗形微織結(jié)構(gòu)3沿所述刀頭刃部的圓弧方向設(shè)置，碗形微織結(jié)構(gòu)3在所述刀頭的前刀面投影的半徑為200μm，碗形微織結(jié)構(gòu)3的微坑深度為100μm，拔模斜度為20°。該織構(gòu)同樣采用飛秒激光燒蝕的方法在刀具表面形成所需的微織結(jié)構(gòu)；該微坑織構(gòu)的半徑較大，因此該形狀微坑在切削鈦合金的過程中主要起排屑的作用，避免切屑劃傷工件及刀具表面。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式五：結(jié)合圖1至圖6說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種鈦合金加工中帶有多功能微織結(jié)構(gòu)的球頭銑刀的六個(gè)矩形微織結(jié)構(gòu)4沿所述刀頭刃部的圓弧方向設(shè)置，每個(gè)矩形微織結(jié)構(gòu)4的寬度為2mm，深度為1mm。矩形微織結(jié)構(gòu)4采用飛秒激光燒蝕的方法在刀具表面形成所需的微織結(jié)構(gòu)。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式六：結(jié)合圖1至圖6說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種鈦合金加工中帶有多功能微織結(jié)構(gòu)的球頭銑刀的箭頭形微織結(jié)構(gòu)1、鋸齒形微織結(jié)構(gòu)2、碗形微織結(jié)構(gòu)3、矩形微織結(jié)構(gòu)4內(nèi)填充有固體潤滑劑5。當(dāng)固體潤滑劑5受熱軟化后，會(huì)由于箭頭微織構(gòu)方向的限制及潤滑劑本身的重力作用，會(huì)使?jié)櫥瑒┭刂亓Φ囊粋€(gè)分力單向流動(dòng)，流入刀-屑接觸區(qū)內(nèi)，起到潤滑作用，從而阻止粘結(jié)，減小切削力，降低切削溫度，同時(shí)潤滑劑代替了傳統(tǒng)的切削液，符合綠色制造的理念。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式七：結(jié)合圖1至圖6說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種鈦合金加工中帶有多功能微織結(jié)構(gòu)的球頭銑刀的矩形微織結(jié)構(gòu)4內(nèi)底部放置一層絕緣薄膜，在所述絕緣薄膜上方沉積薄膜應(yīng)變片7，薄膜應(yīng)變片7通過導(dǎo)線6與滑環(huán)連接。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式八：結(jié)合圖1至圖6說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種鈦合金加工中帶有多功能微織結(jié)構(gòu)的球頭銑刀的應(yīng)變片7的厚度為0.1μm。在各矩形微織結(jié)構(gòu)4的底部都放置一層絕緣薄膜，在絕緣薄膜上方沉積薄膜應(yīng)變片，其厚度為0.1μm。薄膜應(yīng)變片7以蒸鍍或?yàn)R射法沉積金屬、合金薄膜制成，通常將薄膜應(yīng)變片7與傳感器的彈性體制成一個(gè)不可分割的整體；將導(dǎo)線6分別與薄膜應(yīng)變片7的正負(fù)極相連后引出，用絕緣固體填充物將矩形微織結(jié)構(gòu)4內(nèi)填滿，使其絕緣封閉；導(dǎo)線6的直徑為微米級(jí)，引出的正負(fù)極導(dǎo)線6與滑環(huán)相連?；h(huán)采用分離式，定子和轉(zhuǎn)子分開，避免加工時(shí)造成導(dǎo)線纏繞問題，定子與數(shù)據(jù)采集器相連，采集器接受信號(hào)后，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后，將輸出電壓轉(zhuǎn)化為摩擦力。同時(shí)滑環(huán)固定在主軸上，隨主軸同向轉(zhuǎn)動(dòng)，避免因主軸轉(zhuǎn)動(dòng)造成導(dǎo)線之間的纏繞。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式七相同。

工作原理

球頭銑刀加工鈦合金時(shí)，隨著切削溫度的升高，箭頭織構(gòu)內(nèi)的固體潤滑劑軟化并流出，沿單方向進(jìn)入刀屑接觸區(qū)內(nèi)。產(chǎn)生切屑后，由鋸齒形織構(gòu)進(jìn)行斷屑處理后，由碗狀織構(gòu)排除。在整個(gè)加工過程中，矩形微織構(gòu)內(nèi)的薄膜應(yīng)變片實(shí)時(shí)傳送電壓信號(hào)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后，電壓值轉(zhuǎn)化為摩擦力值，當(dāng)摩擦力值在某一時(shí)段快速增大時(shí)，應(yīng)更換刀具，保證工件表面的質(zhì)量。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)，在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單的修改、等同替換與改進(jìn)等，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。