本發(fā)明涉及一種切削加工領(lǐng)域用的車刀刀片，特別是一種切削40crmnmo的涂層硬質(zhì)合金前刀面梳齒形微槽車刀。

背景技術(shù)：

切削加工是機(jī)械制造業(yè)材料去除的主要手段，而切削刀具的好壞直接影響了切削加工的效率及加工質(zhì)量。在切削加工中，切削刃作為去除材料的主要部位，切削刃及切削刃附近的前刀面區(qū)域(切削刃近域，刀具前刀面上靠近切削刃的微小區(qū)域，如圖3中橢圓圈出的區(qū)域)的工作環(huán)境最為惡劣，而其結(jié)構(gòu)又直接關(guān)系到刀具的耐用度，所以合理的切削刃近域微織構(gòu)設(shè)計(jì)對提升刀具的切削性能尤為重要。干切削作為一種生態(tài)友好型切削加工方式，減少了切削液的大量使用，降低了企業(yè)制造成本和環(huán)境污染。但切削加工時(shí)，刀具溫度會(huì)急劇升高，前刀面的溫升尤為明顯，這不僅會(huì)降低刀具的耐用度，而且還會(huì)降低加工質(zhì)量。表面微織構(gòu)應(yīng)用到刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上已經(jīng)成為一種趨勢。表面微織構(gòu)可以改善切削加工中刀屑接觸區(qū)域的摩擦狀況，可以有效降低刀屑接觸表面的摩擦力，從而減少切削熱的產(chǎn)生，達(dá)到降低切削溫度的效果。目前行業(yè)中將表面微織構(gòu)應(yīng)用到刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上多以降低切削力，減少刀屑接觸區(qū)域的摩擦系數(shù)或降低刀具磨損為直接目的，對以降低切削溫度為直接目的研究甚少。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種切削40crmnmo的涂層硬質(zhì)合金前刀面梳齒形微槽車刀。本發(fā)明具有降低切削溫度和提高刀具耐用度特點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種切削40crmnmo的涂層硬質(zhì)合金前刀面梳齒形微槽車刀，包括前刀面，前刀面的邊緣設(shè)有副切削刃和主切削刃，前刀面的切削刃近域處設(shè)有“一”字型結(jié)構(gòu)微槽，“一”字型結(jié)構(gòu)微槽與副切削刃間設(shè)有“條紋型”微槽陣列，“一”字型結(jié)構(gòu)微槽與主切削刃間設(shè)有“波紋型”微槽陣列。

前述的切削40crmnmo的涂層硬質(zhì)合金前刀面梳齒形微槽車刀中，所述的“波紋型”微槽陣列距刀尖的距離為0.5mm～0.55mm,“波紋型”微槽陣列的總陣列長度l1為4.2～4.5mm，陣列寬度w為0.15mm～0.16mm,陣列間距為單個(gè)微槽的寬度k2為0.1039mm～0.1732mm。

前述的切削40crmnmo的涂層硬質(zhì)合金前刀面梳齒形微槽車刀中，所述“波紋型”微槽陣列的單個(gè)微槽的形狀由四段相同圓弧構(gòu)成，圓弧半徑r為0.03～0.05mm,對應(yīng)的弧度θ為50°～70°，單個(gè)微槽的方向沿流屑角的方向，流屑角的大小為2.379～2.38°。

前述的切削40crmnmo的涂層硬質(zhì)合金前刀面梳齒形微槽車刀中，所述的“條紋型”微槽陣列沿副切削刃方向的陣列長度l2為0.8mm～0.85mm,條紋型”微槽陣列在陣列寬度方向垂直于副切削刃，條紋型”微槽陣列靠近副切削刃的端部距副切削刃的距離h為0.06mm～0.065mm，條紋型”微槽陣列的最大寬度k為0.36mm～0.37mm。

前述的切削40crmnmo的涂層硬質(zhì)合金前刀面梳齒形微槽車刀中，所述的“條紋型”微槽陣列的單個(gè)微槽的長度l3為0.085mm～0.36mm，寬k1為0.03～0.05mm,深度d處于單個(gè)微槽底面的的垂直方向上，深度d為0.03～0.04mm。

前述的切削40crmnmo的涂層硬質(zhì)合金前刀面梳齒形微槽車刀中，沿垂直于主后刀面的方向觀察，所述的“波紋型”微槽陣列呈連續(xù)的波紋型。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過對切削高強(qiáng)度合金鋼40crmnmo的硬質(zhì)合金微槽車刀的二次結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，即在該硬質(zhì)合金微槽車刀前刀面的呈“一”字型結(jié)構(gòu)的微槽與主副切削刃之間置入合適的微結(jié)構(gòu)(在呈“一”字型結(jié)構(gòu)的微槽與主切削刃之間置入“波紋型”微槽陣列，與副切削刃之間置入“條紋型”微槽陣列)，使刀具在切削高強(qiáng)度合金鋼40crmnmo時(shí)，刀-屑實(shí)際接觸區(qū)域(該區(qū)域位于切削刃近域)的溫度降低從而有效提高刀具的耐用度。刀具在切削過程中，刀-屑接觸區(qū)會(huì)產(chǎn)生局部高溫高壓，促使刀-屑接觸界面發(fā)生劇烈摩擦，進(jìn)而產(chǎn)生大量切削熱；同時(shí)第一變形區(qū)因受到明顯的應(yīng)力應(yīng)變作用，工件材料的抗剪切變形功幾乎全部轉(zhuǎn)化為切削熱，經(jīng)過熱量的傳遞，最終導(dǎo)致刀具切削溫度的升高。本發(fā)明的車刀在切削過程中，“一”字型結(jié)構(gòu)微槽的存在增大了切屑與刀具前刀面接觸面積(由圖6-8可知，本發(fā)明刀-屑幾乎為全接觸)，降低了刀具在刀-屑接觸處區(qū)的正應(yīng)力；“一”字型結(jié)構(gòu)微槽的存在改變了刀具切削過程的熱力耦合作用，改變了第一變形區(qū)應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，降低切削熱的產(chǎn)生；申請人通過切削高強(qiáng)度合金鋼40crmnmo的大量實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，在沿主切削刃方向上距離刀尖0.5mm～0.55mm處，呈“一”字型結(jié)構(gòu)的微槽與主切削刃之間置入“波紋型”微槽陣列，單個(gè)波紋的每段圓弧半徑0.03～0.05mm(最優(yōu)為0.04mm),每段圓弧對應(yīng)的弧度為50°～70°(最優(yōu)為60°)，呈“一”字型結(jié)構(gòu)的微槽與副切削刃之間置入“條紋型”微槽陣列，單個(gè)條紋的寬度為0.03～0.04mm(最優(yōu)為0.04mm)，深度為0.03～0.04mm(最優(yōu)為0.04mm)時(shí)，該涂層硬質(zhì)合金梳齒形混合結(jié)構(gòu)微槽車刀在滿足飛秒激光加工工藝強(qiáng)度要求的前提下，有較明顯降溫效果，主要是因?yàn)椋?)波紋型微槽的存在進(jìn)一步增大了切屑與刀具前刀面接觸面積，從而增大了刀屑接觸面間的傳熱面積，有效的減小了刀屑接觸表面的切削溫度；同時(shí)降低了刀具在刀-屑接觸處區(qū)的正應(yīng)力，使得原本刀-屑接觸區(qū)部分內(nèi)摩擦區(qū)域轉(zhuǎn)化為外摩擦區(qū)域即粘結(jié)摩擦區(qū)轉(zhuǎn)化為滑動(dòng)摩擦區(qū)，由于內(nèi)摩擦區(qū)域是刀具熱量的主要來源，該區(qū)域的減小導(dǎo)致了刀具溫度降低；除此之外，波紋型微槽的方向沿流屑角的方向，對切屑的流出具有一定的疏導(dǎo)作用，減小了切屑流動(dòng)過程中的阻力，使切屑更加順暢的流出，從而減小了切削熱的產(chǎn)生；2)條紋型微槽的存在則減少了切屑與刀具前刀面的接觸面積，減小了刀屑接觸表面的摩擦力，從而進(jìn)一步減少切削熱的產(chǎn)生。綜合作用使得刀具切削溫度得到有效降低，進(jìn)而有效確保了車刀具的耐用度。

為了能更好證明本發(fā)明的有益效果，申請人做了如下實(shí)驗(yàn)：使用普通硬質(zhì)合金車刀(以下簡稱原車刀)、單一微槽車刀(在原車刀前刀面上置入“一”字型結(jié)構(gòu)微槽的車刀)與本發(fā)明車刀(以下簡稱梳齒形微槽車刀)進(jìn)行切削高強(qiáng)度合金鋼40crmnmo對比實(shí)驗(yàn)。上述的原車刀、單一微槽車刀與梳齒形微槽車刀的每一組對比實(shí)驗(yàn)均在相同切削條件(切削用量、刀具幾何結(jié)構(gòu)、刀具和工件材料等)下進(jìn)行，切削條件選用單一微槽車刀的最優(yōu)切削條件，由于主切削刃在切削過程中起主要切削作用，因此分別選用波紋型微槽半徑r對應(yīng)的三個(gè)參數(shù)值(0.03mm,0.04mm和0.05mm)中的最優(yōu)值為參考值，切削高強(qiáng)度合金鋼40crmnmo的對比實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果分別如表1，2和3所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明：單一微槽車刀的實(shí)驗(yàn)中傳熱系數(shù)為1000(n/sec/mm/c)，而本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)中傳熱系數(shù)為1500(n/sec/mm/c)，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，本發(fā)明在傳熱系數(shù)為1500(n/sec/mm/c)時(shí)具有非常明顯的降溫效果，所以在傳熱系數(shù)為1000(n/sec/mm/c)時(shí)，效果會(huì)更加明顯，因此本發(fā)明與單一微槽車刀及原車刀相比，降溫效果更明顯。

表1實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3實(shí)驗(yàn)結(jié)果

注：表中“—”表示未見降溫效果

綜上得知本發(fā)明的車刀降溫效果非常明顯。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的俯視圖；

圖2是圖1的m處的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的主視圖；

圖4是圖3的n處的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是圖2的a-a截面上的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是vc＝115m/min、f＝0.42mm、ap＝2mm和γ0為-10°時(shí)，波紋型微槽r為0.03mm,θ為60°，條紋型微槽寬為0.03mm,深為0.04時(shí)，微槽的刀-屑接觸狀態(tài)圖；

圖7是vc＝115m/min、f＝0.42mm、ap＝2mm和γ0為-10°時(shí)，波紋型微槽r為0.04mm,θ為60°，條紋型微槽寬為0.04mm,深為0.04時(shí)，微槽的刀-屑接觸狀態(tài)圖；

圖8是vc＝115m/min、f＝0.42mm、ap＝2mm和γ0為-10°時(shí)，波紋型微槽r為0.05mm,θ為60°，條紋型微槽寬為0.03mm,深為0.04時(shí)，微槽的刀-屑接觸狀態(tài)圖；

附圖中的標(biāo)記為：1-前刀面，2-副切削刃，3-主切削刃，4-切削刃近域，5-“一”字型結(jié)構(gòu)微槽，6-“波紋型”微槽陣列，7-“條紋型”微槽陣列。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但并不作為對本發(fā)明限制的依據(jù)。

實(shí)施例1。一種切削40crmnmo的涂層硬質(zhì)合金前刀面梳齒形微槽車刀，其構(gòu)成如圖1-5所示，包括前刀面1，前刀面1的邊緣設(shè)有副切削刃2和主切削刃3，前刀面1的切削刃近域4處設(shè)有“一”字型結(jié)構(gòu)微槽5(參見圖1)，“一”字型結(jié)構(gòu)微槽5與副切削刃2間設(shè)有“條紋型”微槽陣列7(參見圖1或2)，“一”字型結(jié)構(gòu)微槽5與主切削刃3間設(shè)有“波紋型”微槽陣列6(參見圖1或2)。

前述的“波紋型”微槽陣列6距離刀尖為0.5mm～0.55mm(即靠近刀尖的首個(gè)“波紋型”微槽與刀尖之間的距離),“波紋型”微槽陣列6的總陣列長度l1為4.2～4.5mm，陣列寬度w為0.15mm～0.16mm,陣列間距為單個(gè)微槽的寬度k2為0.1039mm～0.1732mm。

參見圖4，前述的“波紋型”微槽陣列6的單個(gè)微槽的形狀由四段相同圓弧構(gòu)成，圓弧半徑r為0.03～0.05mm,對應(yīng)的弧度θ為50°～70°，優(yōu)選值為60°，單個(gè)微槽的方向沿流屑角的方向，流屑角的大小為2.379°～2.38°。

前述的“條紋型”微槽陣列7沿副切削刃2方向的陣列長度l2為0.8～0.85mm,條紋型”微槽陣列7在陣列寬度方向垂直于副切削刃2，條紋型”微槽陣列7靠近副切削刃2的端部距副切削刃2的距離h為0.06～0.065mm，條紋型”微槽陣列7的最大寬度k為0.36mm～0.37mm,陣列寬間比為1。

前述的“條紋型”微槽陣列7的單個(gè)微槽的長度l3為0.085mm～0.36mm，寬k1為0.03～0.05mm，優(yōu)選值為0.04mm，深度d處于單個(gè)微槽底面的的垂直方向上，深度d為0.03～0.04mm，優(yōu)選值為0.04mm(如圖5所示)。

沿垂直于主后刀面的方向觀察，所述的“波紋型”微槽陣列6呈連續(xù)的波紋型。參見圖4。

沿垂直于副后刀面的方向觀察，所述的“條紋型”微槽陣列7的單個(gè)微槽呈條紋型。

前述的切削40crmnmo的涂層硬質(zhì)合金前刀面梳齒形微槽車刀前角為-10°。如圖5所示。

車刀在切削過程中，“一”字型結(jié)構(gòu)微槽的存在增大了切屑與刀具前刀面接觸面積(由圖6-8可知，刀-屑幾乎為全接觸)，降低了刀具在刀-屑接觸處區(qū)的正應(yīng)力；“一”字型結(jié)構(gòu)微槽的存在改變了刀具切削過程的熱力耦合作用，改變了第一變形區(qū)應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，降低切削熱的產(chǎn)生。