專利名稱：一種鈦合金切削用刀具及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造技術(shù)領(lǐng)域的切削用刀具，具體涉及一種鈦合金切削用刀具及其制
造方法。
背景技術(shù)：
鈦合金具有比強(qiáng)度高、耐熱性強(qiáng)、耐蝕性好等優(yōu)良的機(jī)械性能，逐漸用于航空、醫(yī)療器件、汽車部件等領(lǐng)域。在鈦合金切削加工中，通常采用YG硬質(zhì)合金刀具，主要成分為WC 和Co，刀具由前刀面、主后刀面和副后刀面組成，切削主要依賴于刀尖、主切削刃和副切削刃。鈦合金材料的低導(dǎo)熱性、高化學(xué)侵蝕性和低彈性模數(shù)使得切削溫度過(guò)高，且鈦合金工件易對(duì)刀具產(chǎn)生腐蝕，因此，在切削中，刀具的磨損較快，導(dǎo)致加工效率低，加工成本高。傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金刀具前刀面是光滑的，而且占總切削熱量70 80%的切屑與前刀面近刀尖附件與工件接觸，因與前刀面的摩擦和化學(xué)粘附，導(dǎo)致排屑困難，大量的熱量無(wú)法從切削區(qū)快速排除，這使得刀具磨損較快的關(guān)鍵因素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種前刀面帶有微V槽陣列結(jié)構(gòu)的鈦合金切削用刀具，在鈦合金切削加工時(shí)可以利用微V槽整列結(jié)構(gòu)快速將占總切削熱量 70 80%的切屑排除，降低切削溫度，延長(zhǎng)刀具壽命，提高加工效率。本發(fā)明另一目的在于提供上述鈦合金切削用刀具的制作方法。本發(fā)明在硬質(zhì)合金刀具前刀面的刀尖附近加工出微V槽陣列結(jié)構(gòu)，在不改變刀具幾何形狀尺寸的情況下，該V槽陣列產(chǎn)生新的排屑功能和散熱功能，可以在切削過(guò)程中從切削區(qū)域內(nèi)快速排除切屑和切削熱，減小刀具的磨損，提高切削效率。本發(fā)明采用青銅金屬基的微細(xì)金剛石砂輪V形尖端在硬質(zhì)合金刀具的光滑前刀面上加工出具有高精度的微細(xì) V槽陣列結(jié)構(gòu)，該加工方法是機(jī)械加工方式，也可以彌補(bǔ)光、化學(xué)等微細(xì)加工的效率低、腐蝕液難處理等不足。本發(fā)明的目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種鈦合金切削用刀具，包括前刀面、主后刀面和副后刀面，在刀尖的兩側(cè)分別為主后刀面和副后刀面，與主后刀面和副后刀面都垂直的上側(cè)水平面為前刀面；其中前刀面與主后刀面和副后刀面相交的線分別為主切削刃和副切削刃；刀具的前刀面上被分布有微 V槽陣列，微V槽陣列位于刀尖的兩側(cè)；微V槽為在前刀面上間隔開設(shè)的多條“V”形槽，微 V槽高度為50 300微米，V槽的間距為50 300微米，V槽的角度為50 65度，微V槽長(zhǎng)度方向與主切削刃成25 45度；微V槽陣列在刀尖左右兩側(cè)穿過(guò)主切削刃和副切削刃， 微V槽在主切削刃和副切削刃的總長(zhǎng)度為6 10毫米。為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，所述微V槽尖端為圓弧形，圓弧半徑小于50微米。所述微V槽關(guān)于刀尖兩側(cè)對(duì)稱分布。
所述鈦合金切削用刀具為YG硬質(zhì)合金刀具，主要成分為WC和Co。上述鈦合金切削用刀具的制作方法先將青銅金屬基的600 1200目金剛石砂輪修整成V形，V形角度50 65度，利用旋轉(zhuǎn)的金剛石砂輪的V形尖端在鈦合金切削用刀具前刀面上作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給速度為100-800毫米/分鐘，每次進(jìn)給深度控制在1 5微米，逐漸加工工件，最終在前刀面上加工出微V槽整列。加工時(shí)，金剛石砂輪轉(zhuǎn)速優(yōu)選為2000-4000轉(zhuǎn)/分鐘。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果(1)與普通硬質(zhì)合金刀具的光滑前刀面相比，本發(fā)明刀具前刀面的微V槽陣列結(jié)構(gòu)可以在加工鈦合金材料時(shí)產(chǎn)生排屑和散熱功能，減小金屬切屑在前刀面的摩擦力，提高刀具壽命和切削效率。(2)采用金剛石砂輪V形尖端可以在硬質(zhì)合金刀具的前刀面上進(jìn)行微V槽的機(jī)械加工，與光、化學(xué)等腐蝕微細(xì)加工方法相比，具有生產(chǎn)效率高、加工成本低、無(wú)難處理的腐蝕液等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明帶有微V槽的鈦合金切削用刀具結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的局部放大圖。圖3為采用金剛石砂輪V形尖角進(jìn)行微V槽機(jī)械加工的原理圖。
具體實(shí)施例方式為更好理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明，但是本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例表示的范圍。如圖1、2所示，一種帶有微V槽的鈦合金切削用刀具包括前刀面1、主后刀面2和副后刀面3，其形狀與普通的硬質(zhì)合金刀具形同，在刀尖4的兩側(cè)分別為主后刀面2和副后刀面3，與主后刀面2和副后刀面3都垂直的上側(cè)水平面為前刀面1 ；其中前刀面1與主后刀面2和副后刀面3相交的線分別為主切削刃5和副切削刃6 ；微V槽陣列7分布在刀具的前刀面1上，對(duì)稱位于刀尖4的兩側(cè)；微V槽為在前刀面1上間隔開設(shè)的多條“V”形槽， 微V槽高度h為50 300微米，V槽的間距為50 300微米，V槽的角度為50 65度，V 槽尖端為圓弧形，圓弧半徑小于50微米；微V槽長(zhǎng)度方向與與主切削刃成25 45度；微V 槽陣列7以刀尖4為中心左右兩側(cè)穿過(guò)主切削刃5和副切削刃6，微V槽在主切削刃5和副切削刃6的總長(zhǎng)度為6 10毫米；微V槽優(yōu)選關(guān)于刀尖4兩側(cè)對(duì)稱分布。帶有微V槽的鈦合金切削用刀具為YG硬質(zhì)合金刀具，主要成分為WC和Co。切削主要利用刀尖4、主切削刃 5和副切削刃6。如圖2所示，刀具前刀面上的V槽陣列7中的微V槽界定如下微V槽高度h為從 V槽底部尖端8到前刀面1的距離；微V槽的間距f為相鄰兩“V”形槽尖端間的距離；微V 槽的角度a為“V”形槽兩側(cè)面9間的夾角；微V溝槽尖端8近似一圓弧，其圓弧半徑定義為微V槽尖端半徑。微V槽的長(zhǎng)度與從主切削刃5和副切削刃6延伸到前刀面的后端。在采用前刀面1上具有微V槽陣列結(jié)構(gòu)的刀具加工鈦合金時(shí)，因?yàn)檎记邢鳠岜壤?70 80%的切屑與刀尖4附近的前刀面1接觸，與前刀面劇烈摩擦，使得刀具前刀面磨損較快，且切屑不能快速排除。因此，在前刀面1的刀尖4附件制作出微V槽陣列，可以快速排除切屑，帶走切削刃，延長(zhǎng)刀具壽命。如圖3所示，一種帶有微V槽的鈦合金切削用刀具的制造方法，包括如下步驟(1)將青銅金屬基的600-1200目金剛石砂輪10與GC磨石進(jìn)行數(shù)控對(duì)磨，最后修整成V形尖端11且同時(shí)達(dá)到修銳的效果，其V形尖端角度為50 65度，高度5 7毫米。(2)將轉(zhuǎn)速為2000 4000轉(zhuǎn)/分的金剛石砂輪V形尖端在硬質(zhì)合金刀具水平的前刀面1上沿著平行于前刀面的直線行走軌跡12作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給速度Vf為100-800 毫米/分鐘，每次進(jìn)給深度a為1 5微米，直到加工出高度為50 300微米的微V槽。(3)以水平間距f重復(fù)加工微V槽，微V槽切穿主刀刃5和副刀刃6，最終形成高精度的微細(xì)V槽陣列7，微V槽高度h為50 300微米，微V槽的角度a為35 65度，微 V槽的間距f為40 300微米，微V溝槽尖端圓弧半徑小于50微米，微細(xì)V槽陣列方向與主切削刃5的夾角為25 45度，微細(xì)V槽陣列幅度為6 10毫米。
實(shí)施例在CNC精密磨床上采用直徑150毫米的600目金剛石砂輪，先修整成角度為60. 3 度的V形尖角，并保證微細(xì)金剛石磨粒足夠的出刃。砂輪V形尖角的圓弧半徑為觀微米。 如圖2所示，刀具的材料為硬質(zhì)合金YG8(HRC80-90)，在刀具的微V槽功能表面的制造中，金剛石砂輪11的轉(zhuǎn)速η = 3000轉(zhuǎn)/分，進(jìn)給速度Vf為100毫米/分，金剛石砂輪的V形尖角進(jìn)給深度為3微米，每個(gè)V槽的累計(jì)切除深度200微米，零磨削2次，用ΒΜ2作為磨削液。 如圖1所示，加工的V槽陣列方向與主切削刃5成30度夾角，V槽角度為61. 5度，V槽尖端圓弧半徑為35微米。在鈦合金(Ti-6A1_4V)的干切削加工中，采用CNC數(shù)控車床，車床主軸轉(zhuǎn)速η = 2000轉(zhuǎn)/分，進(jìn)給量f = 0. 14毫米/轉(zhuǎn)，進(jìn)給深度為1. 0毫米，傳統(tǒng)的光滑表面的硬質(zhì)合金刀具會(huì)產(chǎn)生大量火星及燒紅部分，切屑為連續(xù)的卷屑，刀尖有崩裂，刀具前刀面和后刀面的磨損面積分別為1. 76和1. 17平方毫米，但是，采用前刀面有微V槽功能表面的硬質(zhì)合金刀具加工時(shí)，不產(chǎn)生火星及燒紅現(xiàn)象，尖端沒(méi)有崩裂現(xiàn)象，切屑為斷屑，刀具的前刀面和后刀面的磨損面積分別為1. 49和0. 99平方毫米，與光滑前刀面的刀具相比本實(shí)施例帶有微 V槽的鈦合金切削用刀具磨損面積分別減小了 15. 3%和15.4%。當(dāng)采用硬質(zhì)合金刀具對(duì)鈦合金進(jìn)行切削時(shí)，占切削熱比例70 80%的切屑與硬質(zhì)合金刀具的光滑前刀面接觸，產(chǎn)生劇烈摩擦，使得刀具前刀面磨損較快，且切屑不能快速排除，使得加工熱量很難排出，也使得鈦合金工件更容易與刀具發(fā)生化學(xué)腐蝕，導(dǎo)致刀具磨損較快，加工效率較低。因此，本發(fā)明在硬質(zhì)合金刀具的前刀面上加工出微V槽陣列結(jié)構(gòu)， 取代傳統(tǒng)的光滑表面，利用微V槽陣列結(jié)構(gòu)降低切屑對(duì)前刀面的摩擦力，將切屑從切削區(qū)域內(nèi)快速排出，延長(zhǎng)刀具壽命，提高加工效率。
權(quán)利要求
1.一種鈦合金切削用刀具，包括前刀面、主后刀面和副后刀面，刀尖的兩側(cè)分別為主后刀面和副后刀面，與主后刀面和副后刀面都垂直的上側(cè)水平面為前刀面；其中前刀面與主后刀面和副后刀面相交的線分別為主切削刃和副切削刃；其特征在于刀具的前刀面上被分布有微V槽陣列，微V槽陣列對(duì)稱位于刀尖的兩側(cè)；微V槽為在前刀面上間隔開設(shè)的多條 “V”形槽，微V槽高度為50 300微米，V槽的間距為50 300微米，V槽的角度為50 65度，微V槽長(zhǎng)度方向與主切削刃成25 45度；微V槽陣列在刀尖左右兩側(cè)穿過(guò)主切削刃和副切削刃，微V槽在主切削刃和副切削刃的總長(zhǎng)度分別為6 10毫米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金切削用刀具，其特征在于所述微V槽尖端為圓弧形， 圓弧半徑小于50微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金切削用刀具，其特征在于所述微V槽關(guān)于刀尖兩側(cè)對(duì)稱分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金切削用刀具，其特征在于所述鈦合金切削用刀具為 YG硬質(zhì)合金刀具，主要成分為WC和Co。
5.權(quán)利要求1所述的鈦合金切削用刀具的制作方法，其特征在于先將青銅金屬基的 600 1200目金剛石砂輪修整成V形，V形角度50 65度，利用旋轉(zhuǎn)的金剛石砂輪的V形尖端在鈦合金切削用刀具前刀面上作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給速度為100-800毫米/分鐘，每次進(jìn)給深度控制在1 5微米，逐漸加工工件，最終在前刀面上加工出微V槽整列。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鈦合金切削用刀具的制作方法，其特征在于加工時(shí)，金剛石砂輪轉(zhuǎn)速為2000-4000轉(zhuǎn)/分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鈦合金切削用刀具及其制作方法。在刀具的前刀面上分布微V槽陣列，微V槽陣列位于刀尖的兩側(cè)；微V槽為在前刀面上間隔開設(shè)的多條“V”形槽，微V槽高度為50～300微米，V槽的間距為50～300微米，V槽的角度為50～65度，微V槽長(zhǎng)度方向與主切削刃成25～45度；微V槽陣列在刀尖左右兩側(cè)穿過(guò)主切削刃和副切削刃，微V槽在主切削刃和副切削刃的長(zhǎng)度為6～10毫米。切削時(shí)，本發(fā)明在硬質(zhì)合金刀具的前刀面上加工出微V槽陣列結(jié)構(gòu)，取代傳統(tǒng)的光滑表面，利用微V槽陣列結(jié)構(gòu)降低切屑對(duì)前刀面的摩擦力，將切屑從切削區(qū)域內(nèi)快速排出，延長(zhǎng)刀具壽命，提高加工效率。
文檔編號(hào)B24B3/00GK102228998SQ20111015732
公開日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2011年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月13日
發(fā)明者謝晉 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)