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CN103862074B - 一种双断屑结构重型切削刀片 - Google Patents

一种双断屑结构重型切削刀片 Download PDF

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Abstract

一种双断屑结构重型切削刀片，属于车铣加工用刀具技术领域，以解决水室封头切削加工过程中断屑困难，切削力过大，切削温度过高，刀具破损严重，换刀频繁，生产效率低，生产成本增大问题。前刀面外边缘处加工有直线形切削刃，前刀面上斜置设有数个椭圆形凸起，刀片顶面的正方形平台的每个侧面中部加工有梯形槽，梯形槽内设有凸块，凸块顶面并列设有圆弧面凸柱，正方形平台上位于梯形槽两侧的侧面为凸球面，刀片底面中部设有方形散热槽，方形散热槽外围的刀片底面被分割成八块支撑面，每相邻两块支撑面与位于二者之间的支撑面之间设有与方形散热槽相通的U形散热槽。本发明专用于水室封头切削加工。

Description

一种双断屑结构重型切削刀片
技术领域
本发明属于车铣加工用刀具技术领域，尤其涉及一种双断屑结构重型切削刀片。
背景技术
随着我国对电力的需求日益增长，中国计划到2020年核电装机容量达到6000万千瓦，对核电设备的需求随之增大。水室封头是AP1000核岛核电站中蒸汽发生器中重要难加工零部件。为了保证水室封头能在恶劣的环境下正常运转，对其生产加工要求非常严格，ASME标准要求AP1000水室封头毛坯件必须采用整体锻造工艺，然后进行切削加工成型。并且水室封头的材料为特殊难加工材料SA508Ⅲ钢，属于低碳低合金钢，其具有较高的韧性和强度，而材料韧性高会使断屑困难，切削时消耗能量多，切削力和切削温度都比较高；而强度高则会导致切屑变形困难，从而使切削过程中的切削力和切削温度进一步升高。由于SA508Ⅲ钢材料的难加工性，导致水室封头加工过程中切削刀具失效严重。此外，水室封头毛坯件为锻造加工，毛坯表面普遍存在缺陷，如锻造凸条、锻造褶皱、锻造鼓包、锻造凹坑、氧化皮等，由于这些锻造缺陷随机出现在毛坯的外表面，刀具的运动应看成随机的断续切削过程，这导致冲击载荷无规律，且大小变化范围很大。由于这些原因综合作用导致水室封头加工过程中刀具的破损严重，需要进行频繁换刀，从而严重影响水室封头的生产效率，使生产成本增大。
发明内容
本发明的目的是提供一种双断屑结构重型切削刀片，以解决水室封头切削加工过程中断屑困难，切削力过大，切削温度过高，刀具破损严重，换刀频繁，生产效率低，生产成本增大的问题。
为了达到上述目的，本发明所采取的技术方案是：
一种双断屑结构重型切削刀片，所述刀片外形为正四棱台形状，且刀片底面面积小于刀片顶面面积，刀片顶面四周设有前刀面，位于前刀面的四条外边缘处分别加工有四条直线形切削刃，每相邻两条直线形切削刃的顶角处设有圆弧形刀尖，刀片中心处沿刀片厚度方向加工有用于与刀杆固定的螺钉紧固孔，前刀面为外端高于里端的坡面，在前刀面上斜置且等间距设有数个椭圆形凸起，刀片顶面中部设有一正方形平台，正方形平台的顶面与四条直线形切削刃平齐，正方形平台的每个侧面中部加工有一个梯形槽，所述梯形槽的槽侧面为向外倾斜的斜面，每个梯形槽内中部设有一个凸块，所述凸块的俯视投影为等腰梯形，凸块的外端低于里端，每个凸块的顶面上并列设有至少两个圆弧面凸柱，圆弧面凸柱沿凸块顶面的宽度方向设置，每个凸块与所对应的梯形槽之间设有间隙，由梯形槽、凸块以及设置在该凸块上的所有圆弧面凸柱构成梯形断屑结构；正方形平台上位于每个梯形槽两侧的侧面均为凸球面，相邻两个凸球面的交角与圆弧形刀尖正对；刀片底面中部设有方形散热槽，方形散热槽外围的刀片底面被分割成八块支撑面，八块支撑面按如下方式分布：其中有四块支撑面布置在刀片底面四个角部，余下四块支撑面中，位于每相邻两块支撑面之间分布一块支撑面；每相邻两块支撑面与位于二者之间的支撑面之间设有一U形散热槽，U形散热槽与方形散热槽相通。
本发明的有益效果是：
1、在前刀面上斜置设有数个平行设置的椭圆形凸起，减小了切屑与前刀面的接触面积，并且增加了有效散热面积，起到降低切削温度的作用，同时椭圆形凸起与切削刃大约成45°角，当刀片主偏角Kr＝45°时，椭圆形凸起的长轴与所述刀片的进给方向平行，这样，椭圆形凸起与切屑接触面积更大，使前刀面受到的力均匀分布在椭圆形凸起上，从而有更好的减振作用。
2、正方形平台上位于每个梯形槽两侧的侧面均为凸球面，相邻两个凸球面的交角与圆弧形刀尖正对，构成该刀片的第一个断屑结构。在对于切深小的情况下(小于8mm)，切屑流到凸球面上时受到凸球面的强制约束，使切屑更易折断，并且凸球面使切屑与刀片接触的面积减少，能有效减少摩擦，能降低切削温度15％左右。
3、为了解决在对于切深较大的情况下断屑困难问题，设计了第二个断屑结构，即梯形断屑结构，它与第一个断屑结构相比，抛物面凸柱具有更强的抗冲击性能，此外，由于第二个断屑结构上抛物面凸柱的作用，使切屑更容易发生折断。
4、支撑面之间设计有U形散热槽，这样的设计增大了散热面积，提高了刀片的散热性能。
5、刀片底面中心处设有方形散热面，能有效减少刀片与刀垫间的热传递，并且当切削液从U形散热槽中流入时，可短暂的存储部分切削液，使切削液在螺钉紧固孔附近形成一层切削液层，这样能更好的对刀片进行冷却。整个刀片利用螺钉通过螺钉紧固孔固定在刀杆上。
综上，本发明在对水室封头切削加工过程中断屑顺畅，切削力和切削温度都有不同程度的降低，刀片不易损坏，能延长刀片使用寿命20％左右，提高约17％生产效率，降低25％的生产成本，为水室封头切削加工中专用车刀片。
附图说明
图1是本发明的双断屑结构重型切削刀片俯视图；图2是图1的A-A剖视图；图3是图1的主视图；图4是图1的仰视图；图5是图1的立体图；图6是负倒棱剖面图；图7是具体实施方式三的结构图，图中箭头所示方向为进给运动方向。
图中表示的各零部件名称及标号如下：心形凸起1、凸球面2、凸块3、椭圆形凸起4、直线形切削刃5、圆弧形刀尖6、V形断屑槽7、螺钉紧固孔8、支撑面9、方形散热槽10、U形散热槽11、前刀面12、正方形平台13、梯形槽14、圆弧面凸柱15、间隙16。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1-图5所示，一种双断屑结构重型切削刀片，所述刀片外形为正四棱台形状，且刀片底面面积小于刀片顶面面积，刀片顶面四周设有前刀面12，位于前刀面12的四条外边缘处分别加工有四条直线形切削刃5，每相邻两条直线形切削刃5的顶角处设有圆弧形刀尖6，刀片中心处沿刀片厚度方向加工有用于与刀杆固定的螺钉紧固孔8，前刀面12为外端高于里端的坡面，在前刀面12上斜置且等间距设有数个椭圆形凸起4，刀片顶面中部设有一正方形平台13，正方形平台13的顶面与四条直线形切削刃5平齐，正方形平台13的每个侧面中部加工有一个梯形槽14，所述梯形槽14的槽侧面为向外倾斜的斜面，每个梯形槽14内中部设有一个凸块3，所述凸块3的俯视投影为等腰梯形，凸块3的外端低于里端(即凸块3的顶面为外低、内高的斜面)，每个凸块3的顶面上并列设有至少两个圆弧面凸柱15，圆弧面凸柱15沿凸块3顶面的宽度方向设置，每个凸块3与所对应的梯形槽14之间设有间隙16，由梯形槽14、凸块3以及设置在该凸块3上的所有圆弧面凸柱15构成梯形断屑结构；正方形平台13上位于每个梯形槽14两侧的侧面均为凸球面2，相邻两个凸球面2的交角与圆弧形刀尖6正对；刀片底面中部设有方形散热槽10(方形散热槽10的四个顶角分别指向刀片底面所对应边缘的中部)，方形散热槽10外围的刀片底面被分割成八块支撑面9，八块支撑面9按如下方式分布：其中有四块支撑面9布置在刀片底面四个角部，余下四块支撑面9中，位于每相邻两块支撑面9之间分布一块支撑面9；每相邻两块支撑面9与位于二者之间的支撑面9之间设有一U形散热槽11，U形散热槽11与方形散热槽10相通。
具体实施方式二：结合图1、图5说明，本实施方式所述前刀面12靠近每个圆弧形刀尖6处设有一个心形凸起1，心形凸起1的尖部朝向与其相邻的圆弧形刀尖6(四个心形凸台1位于前刀面的四条对角线上)。在靠近圆弧形刀尖6处设置心形凸起1，起到加强刀尖强度的作用，提高了刀片的抗冲击性能，同时增加了刀具的有效散热面积，有利于散热。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1及图7说明，本实施方式所述椭圆形凸起4的长轴和与其相邻的直线形切削刃5之间呈45°夹角，当刀片主偏角Kr＝45°时，椭圆形凸起4的长轴与所述刀片的进给方向平行。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1、图5说明，本实施方式所述圆弧面凸柱15为抛物面凸柱。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：结合图5、图6说明，本实施方式所述刀片厚度为10mm，刀片后角α0＝7°～9°，刀片前角为9°～11°，刀片刃倾角为0°，刀片负倒棱宽度bγ1＝0.3～0.5mm，刀片负倒棱角度γo1＝-15°～-45°，这种设计能增大刀片的抗冲击性能，提高刀片的耐磨性。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：结合图1、图5、图6说明，本实施方式所述直线形切削刃5为负倒棱切削刃。使刀片前角和后角不变的前提下，提高切削刃的强度，并且由于负倒棱切削刃存在楔角，使散热性能大大提高，从而能有效的提高刀片的耐用度。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：结合图1、图5说明，本实施方式所述圆弧形刀尖6的圆弧半径r＝5mm。由于在重型车削过程中刀尖受到的冲击载荷非常严重，所以设计了刀尖大圆弧6，它使刀尖强度增大，提高刀尖抗冲击性。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：结合图1说明，本实施方式所述前刀面12与凸块3以及凸球面2之间构成V形断屑槽7。对切屑起着附加变形的作用，使切屑更容易发生卷曲，有利于形成长紧卷屑。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：结合图1、图5说明，本实施方式所述每个凸块3的顶面上等间距并列设有三个圆弧面凸柱15。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一或四相同。
上述实施方式证明，本发明的刀片中设计有两个断屑结构以及其它增强散热、减小摩擦的结构，这些结构能有效的提高刀片的断屑性能、散热性能和抗冲击性，从而解决在水室封头切削加工过程中，刀具失效严重的问题，提高水室封头的生产效率，降低生产成本。
重型切削加工是指对大型零部件的切削加工过程，其主要特点是被加工工件的尺寸和质量都很大，与普通切削加工相比，重型切削的切削深度大、切削速度低，进给速度较慢。切削深度可达到50mm，切削速度10～15m/min左右，进给量1～2mm。

Claims (9)

1.一种双断屑结构重型切削刀片，所述刀片外形为正四棱台形状，且刀片底面面积小于刀片顶面面积，刀片顶面四周设有前刀面(12)，位于前刀面(12)的四条外边缘处分别加工有四条直线形切削刃(5)，每相邻两条直线形切削刃(5)的顶角处设有圆弧形刀尖(6)，刀片中心处沿刀片厚度方向加工有用于与刀杆固定的螺钉紧固孔(8)，前刀面(12)为外端高于里端的坡面，其特征在于：在前刀面(12)上斜置且等间距设有数个椭圆形凸起(4)，刀片顶面中部设有一正方形平台(13)，正方形平台(13)的顶面与四条直线形切削刃(5)平齐，正方形平台(13)的每个侧面中部加工有一个梯形槽(14)，所述梯形槽(14)的槽侧面为向外倾斜的斜面，每个梯形槽(14)内中部设有一个凸块(3)，所述凸块(3)的俯视投影为等腰梯形，凸块(3)的外端低于里端，每个凸块(3)的顶面上并列设有至少两个圆弧面凸柱(15)，圆弧面凸柱(15)沿凸块(3)顶面的宽度方向设置，每个凸块(3)与所对应的梯形槽(14)之间设有间隙(16)，由梯形槽(14)、凸块(3)以及设置在该凸块(3)上的所有圆弧面凸柱(15)构成梯形断屑结构；正方形平台(13)上位于每个梯形槽(14)两侧的侧面均为凸球面(2)，相邻两个凸球面(2)的交角与圆弧形刀尖(6)正对；刀片底面中部设有方形散热槽(10)，方形散热槽(10)外围的刀片底面被分割成八块支撑面(9)，八块支撑面(9)按如下方式分布：其中有四块支撑面(9)布置在刀片底面四个角部，余下四块支撑面(9)中，位于每相邻两块支撑面(9)之间分布一块支撑面(9)；每相邻两块支撑面(9)与位于二者之间的支撑面(9)之间设有一U形散热槽(11)，U形散热槽(11)与方形散热槽(10)相通。
2.根据权利要求1所述一种双断屑结构重型切削刀片，其特征在于：所述前刀面(12)靠近每个圆弧形刀尖(6)处设有一个心形凸起(1)，心形凸起(1)的尖部朝向与其相邻的圆弧形刀尖(6)。
3.根据权利要求1或2所述一种双断屑结构重型切削刀片，其特征在于：所述椭圆形凸起(4)的长轴和与其相邻的直线形切削刃(5)之间呈45°夹角，当刀片主偏角Kr＝45°时，椭圆形凸起(4)的长轴与所述刀片的进给方向平行。
4.根据权利要求1所述一种双断屑结构重型切削刀片，其特征在于：所述圆弧面凸柱(15)为抛物面凸柱。
5.根据权利要求1所述一种双断屑结构重型切削刀片，其特征在于：所述刀片厚度为10mm，刀片后角α0＝7°～9°，刀片前角为9°～11°，刀片刃倾角为0°，刀片负倒棱宽度bγ1＝0.3～0.5mm，刀片负倒棱角度γo1＝-15°～-45°。
6.根据权利要求1所述一种双断屑结构重型切削刀片，其特征在于：所述直线形切削刃(5)为负倒棱切削刃。
7.根据权利要求1所述一种双断屑结构重型切削刀片，其特征在于：所述圆弧形刀尖(6)的圆弧半径r＝5mm。
8.根据权利要求1所述一种双断屑结构重型切削刀片，其特征在于：所述前刀面(12)与凸块(3)以及凸球面(2)之间构成V形断屑槽(7)。
9.根据权利要求1或4所述一种双断屑结构重型切削刀片，其特征在于：所述每个凸块(3)的顶面上等间距并列设有三个圆弧面凸柱(15)。
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