一种精密成型切削刀具及其制备方法
阅读说明：本技术 一种精密成型切削刀具及其制备方法 (Precision forming cutting tool and preparation method thereof ) 是由 陈云 李代刚 朱洪 贾喜庆 施金锋 王建云 刘宏 牟仲德 于 2021-08-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种精密成型切削刀具及其制备方法,涉及金属切削加工技术领域,其技术方案要点是：其包括上表面、与上表面续接的前刀面、与上表面平行的下表面、位于上表面与下表面之间的侧面；侧面包括连接前刀面和下表面的第一侧面和连接上表面和下表面的第二侧面；第一侧面与前刀面交叉形成的棱线上形成有多个牙形的切削刃；前刀面靠近切削刃还形成有与切削刃形状相似的凹槽,凹槽内壁与前刀面圆弧连接,凹槽的尖部与切削刃的尖部同向。具有减小成型刀具加工过程中的刀-屑接触面积,减小切削力,提升工件表面质量和工件的成型精度的效果。(The invention discloses a precision forming cutting tool and a preparation method thereof, relating to the technical field of metal cutting processing, and the technical scheme is as follows: the cutting tool comprises an upper surface, a rake face connected with the upper surface, a lower surface parallel to the upper surface and a side face positioned between the upper surface and the lower surface; the side surfaces comprise a first side surface connecting the rake surface and the lower surface and a second side surface connecting the upper surface and the lower surface; a plurality of tooth-shaped cutting edges are formed on a ridge formed by the intersection of the first side surface and the front blade surface; the rake face is close to the cutting edge and still is formed with the recess similar with cutting edge shape, and the recess inner wall is connected with the rake face circular arc, and the point portion of recess and the most portion syntropy of cutting edge. The method has the effects of reducing the contact area of the cutter and scraps in the machining process of the forming cutter, reducing cutting force and improving the surface quality of the workpiece and the forming precision of the workpiece.)
技术领域
本发明涉及金属切削加工技术领域，更具体地说，它涉及一种精密成型切削刀具及其制备方法。
背景技术
切削刀具是机械制造中用于切削加工的工具，基本上都用于切削金属材料。
根据制造业发展的需要，多功能复合刀具、高速高效刀具将成为刀具发展的主流。面对日益增多的难加工材料，刀具行业必须改进刀具材料、研发新的刀具材料和更合理的刀具结构。成型刀具加工中，为了获得成型加工工件型面的精度，通常刀具的多段刃型线将同时参加切削并且形成连续的大块切屑，前刀面将被切屑全包围，因此将形成较大的“刀-屑”接触面积，从而增加切削力，前刀面将大面积产生积屑现象，影响切削效果以及工件表面质量和工件的成型精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种精密成型切削刀具及其制备方法，解决成型刀具加工中，刀-屑接触面积过大，从而增加切削力，影响工件表面质量和工件的成型精度的问题。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种精密成型切削刀具，包括上表面、与上表面续接的前刀面、与上表面平行的下表面、位于上表面与下表面之间的侧面；侧面包括连接前刀面和下表面的第一侧面和连接上表面和下表面的第二侧面；第一侧面与前刀面交叉形成的棱线上形成有多个牙形的切削刃；前刀面靠近切削刃还形成有与切削刃形状相似的凹槽，凹槽内壁与前刀面圆弧连接，凹槽的尖部与切削刃的尖部同向。
本方案还提供了一种精密成型切削刀具的制备方法，其特征是：
(1)刀具对应成型齿形和前刀面槽型的精密模具制备，模具由模腔和与模具连接的上下冲头构成；
(2)进行产品的精密压制和烧结：模具填料后进行压制，保压3-5秒，再加热加压持续20-25小时；
(3)刀具上表面和下表面的磨制：保证刀片上下面的平面度在0.005mm以内；
(4)刀具前刀面的精密磨制：使用粒度在120-200mm的成型金刚石细砂轮进行缓进给磨削；
(5)刀具第一侧面的精密成型磨制：利用砂轮进行磨制，保证磨制精度达到半角正负8分以内，尺寸精度0.01mm以内；
(6)刀具成型齿刃口的精密处理：使其刃口具有0.01-0.05mm大小的钝化带。
本方案的优点：1、凹槽侧面与前刀面之间具有倾斜角，铁屑经过前刀面上靠近刃部加工的凹槽时，具有正前角的功能，减少切削力，达到切削轻快的效果；2、靠近刃部的凹槽设计，在成型加工宽铁屑时、铁屑与前刀面之间大接触面积的问题大大减少，避免了铁屑与刀具前刀面之间的粘屑问题，同时减小了切削力；3、本方案提供的刀具制造工艺，不仅可以保证产品加工的精度，也可以去除产品直接压制成型带来的表面疏松层，提高前刀面刃口边缘部位的刀具强度和精度，以及表面质量。
进一步，所述切削刃包括位于刃尖的拐角切削刃、第一切削刃和第二切削刃，所述第一切削刃和第二切削刃分别与拐角切削刃的两侧续接。拐角切削刃与第一切削刃和第二切削刃均相切连接，拐角切削刃与第一切削刃和第二切削刃均位于同一平面内。
进一步，所述凹槽与拐角切削刃的距离为0.2-1.5mm。凹槽的形状对应牙型的形状，凹槽与拐角切削刃之间具有一定的距离，可以保证切削刃强度，切削过程中产生的铁屑不会直接接触连接切削刃的前刀面，通常会经过一个卷曲的路线再到达前刀面，在距离切屑刃一定距离的前刀面设置凹槽，正好在铁屑到达前刀面时可以进行缓冲排出，高速切削可以将间距加工远一些，低速切削则可以将间距加工近一些。
进一步，所述凹槽侧壁包括凹槽尖部的第一侧壁和凹槽边部的第二侧壁；第一侧壁与前刀面之间形成第一倾斜角，第二侧壁由两段相切的圆弧组成，第二侧壁与前刀面和第二侧壁与凹槽底面均圆滑连接。第一侧壁是铁屑到达前刀面首先到达的位置，此处设定一定的倾斜角，可以平滑的衔接到达的铁屑，倾斜角的设置也具有正前角的功能，可以减小切削力，达到轻快切削的效果，铁屑经过第一侧壁后到达凹槽底部后再经由第二侧壁排出，第二侧壁相对于第一侧壁具有更加陡峭的坡度，在铁屑经过第二侧壁时，铁屑将远离前刀面，前刀面与排出的铁屑之间具有较大的倾斜夹角，可以减少铁屑在前刀面的接触面积，也减少了铁屑在前刀面的粘连。
进一步，所述第一倾斜角为55°—85°；所述组成第二侧壁的圆弧半径为0.05-2mm。第一斜面与前刀面的倾斜夹角为55°—85°，当被切削的铁屑经过时，具有正前角的功能，减少了切削力，达到切削轻快的效果；第二侧壁的两个圆弧半径均为0.05-2mm，当铁屑经过第二侧壁离开时，铁屑将尽可能的远离前刀面排出，减少铁屑与前刀面的接触面积，减少铁屑在前刀面的粘连。
进一步，所述凹槽的高度为0.1-1mm。凹槽是提供给铁屑到达后快速离开的作用，凹槽不应太深，太深容易积屑，太浅容易增大切削力。
进一步，所述前刀面具有θ＝0°-15°的前角。正前角具有减小切削力、刀具更锋利的优点，前角的角度越大，切削刃也会更加锋利，但是刀具本身的强度也下降了，所以将刀具的前角设置在0°-15°可以保证刀具锋利的同时也保证刀具的强度。
附图说明
图1是本发明实施例1中的结构示意图；
图2是本发明实施例1中凹槽纵截面示意图；
图3是本发明实施例1中凹槽局部俯视图；
图4是本发明实施例4的结构示意图；
图5是本发明实施例4中凹槽的俯视图。
图中：1、上表面；2、下表面；3、第一侧面；4、第二侧面；5、前刀面；6、拐角切削刃；7、第一切削刃；8、第二切削刃；9、装夹孔；10、凹槽；11、第一侧壁；12、第二侧壁。
具体实施方式
以下结合附图1-5对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种精密成型切削刀具及其制备方法，如图1-图3所示，包括上表面1和下表面2、位于上表面1与下表面2之间的侧面，上表面1和下表面2的结构相同，上表面1与下面的中心处加工有装夹孔9，上表面1边沿处加工有前刀面5，前刀面5与上表面1不在同一平面内，刀具的前角θ＝0°，在竖直方向上，上表面1位于前刀面5上方，且前刀面5与上表面1之间通过一段半径为1mm的圆弧面连接。切削刃位于前刀面5与侧面交叉形成的棱线上，切削刃为牙形且数量有三，此处的牙型为三角牙型，每一个切削刃都包括尖部的拐角切削刃6、分别位于拐角切削刃6两侧的第一切削刃7和第二切削刃8，第一切削刃7和第二切削刃8与拐角切削刃6均相切连接，三个切削刃位于同一平面内。前刀面5上还通过开槽机加工和磨制具有导屑功能的凹槽10，达到与三角牙型适配的形状要求，此时，加工的三角凹槽10的角部靠近拐角切削刃6部，在俯视状态下三角凹槽10的两个边部与三角牙型的两个边部平行。三角凹槽10的底面积小于三角凹槽10的顶面积，三角凹槽10的纵截面呈类似倒置的梯形，此时，三角凹槽10的槽深为0.25mm，三角凹槽10位于角处的侧壁为第一侧壁11，三角凹槽10位于边部的侧壁为第二侧壁12，第一侧壁11和第二侧壁12与前刀面5均圆滑连接，且第一侧壁11与前刀面5之间加工有第一倾斜角，第一倾斜角为85°，铁屑在经过第一侧壁11的时候具有正前角的功能，减小切削力，达到轻快切削的目的，第二侧壁12是由两个圆滑相切的圆弧组成，两段圆弧分别与凹槽10底面和前刀面5圆滑连接，圆弧的半径为0.1mm，切削的铁屑在离开切削刃之后经过一定弧度的路径到达凹槽10，此时凹槽10与拐角切削刃6之间的距离为0.3mm。
一种精密成型切削刀具的制备方法，具体步骤如下：
(1)刀具对应成型齿形和前刀面5槽型的精密模具制备；模具具有模腔、上下冲头，通过模腔的形状保证刀具的外轮廓以及成型齿的形状，通过上下冲头的形状保证刀具上下面的凹槽10形状。
(2)进行产品的精密压制和烧结；将上述模具安装在压机上，通过填料后，上下冲头移动，保证一定的压力进行压制，并保压3-5秒，后推出压制毛坯料体；后将压制成型的毛坯料体，放入舟皿，再将整舟推入压力烧结炉进行加热加压20-25小时，冷却后取出毛坯。
(3)刀具上表面1和下表面2的磨制；通过双端面磨床，上下砂轮对刀片的上下面进行磨削，保证刀片的上下面平行度在0.005mm以内，平面度0.003mm以内。
(4)刀具前刀面5的精密磨制；使用粒度在120-200mm的成型金刚石细砂轮，进行前刀面5的缓进给磨削，同时使前刀面5与上表面1之间交接的圆弧面半径在0.5-3mm之间。
(5)刀具成型齿侧面的精密成型磨制；通过精密成型砂轮，对刀片的精密成型齿进行精密磨削，精度达到半角正负8分以内，尺寸精度0.01mm以内。
(6)刀具成型齿刃口的精密处理；通过刃口强化，使其刃口具有0.01-0.05mm大小的钝化带。
实施例2
与实施例1的区别在于：刀具的前角θ＝7°，三角凹槽10的槽深为0.45mm，第一侧壁11与前刀面5之间的第一倾斜角为70°，第二侧壁12的圆弧半径为1mm，此时凹槽10与拐角切削刃6之间的距离为0.5mm。
实施例3
与实施例1的区别在于：刀具的前角θ＝15°，三角凹槽10的槽深为0.8mm，第一侧壁11与前刀面5之间的第一倾斜角为55°，第二侧壁12的圆弧半径为1.5mm，此时凹槽10与拐角切削刃6之间的距离为0.9mm。
实施例4
与实施例1、2、3的区别在于：如图4、图5所示，切削刃为偏梯型，对应前刀面5磨削形成的凹槽10在俯视观察时呈梯形，梯形凹槽10靠近切削刃设置，且梯形凹槽10的两个侧边靠近偏梯齿的两个侧边，此方案适用于加工梯形螺纹；利用偏梯型切削刃加工所得的偏梯扣螺纹，具有更强的抗轴向拉伸和抗轴向压缩载荷的能力，并提供泄漏抗力，将对应凹槽10设计为匹配的偏梯型，在切削时同样具有正前角的功能，减少切削力，达到切削轻快的效果。取实施例1—3制得的刀片与同类型无凹槽的刀片进行铁屑前刀面可接触面积的测量，结果显示：实施例1—3的刀片，其铁屑前刀面可接触面积平均约为4-6mm2；同类型原来无凹槽的刀片，其铁屑前刀面可接触面积平均约为7-9mm2；本方案较改进前减少了30％-43％的刀屑接触面积。
取实施例4制得的偏梯型切削刃刀片与同类型无凹槽的刀片进行铁屑前刀面可接触面积的测量，结果显示：实施例4的刀片，其铁屑前刀面可接触面积平均约为11-15mm2；同类型原来无凹槽的刀片，其铁屑前刀面可接触面积平均约为15-18mm2；本方案较改进前减少了16％-28％的刀屑接触面积。
综上，本方案的凹槽设计在减小刀屑接触面积上效果显著，在实际运用中也取得了不错的效果，能够减小切削力，保证工件表面质量和工件的成型精度。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
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