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[专利] 木工刀具专利信息:一种右旋右切-左旋右切复合铣刀及生产工艺

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申请号
CN202510489353.0
申请日
2025.04.18
申请人所在国家/地区/组织
CN
代理人
屈科辉
代理机构
武汉维卓中知专利代理事务所(普通合伙) 42339
公开
公开号(公开)
CN120055350A
公开日期(公开)
2025.05.30
申请人(公开)
湖北鑫运祥科技发展有限公司
发明人(公开)
江苗苗; 卢志勇; 刘文杰
IPC分类(公开)
B23P15/34;B23C3/28;B23C5/10
发明名称(公开)
一种右旋右切-左旋右切复合铣刀及生产工艺
摘要(公开)
本申请涉及铣刀技术领域,具体公开了一种右旋右切‑左旋右切复合铣刀及生产工艺,其包括刀柄和刀头,刀头远离刀柄的一端设置有多个右旋右切刃,刀头靠近刀柄的一端设置有多个左旋右切刃,右旋右切刃与左旋右切刃相互交错排列,每个左旋右切刃均伸入至两相邻的右旋右切刃之间;相邻的两个左旋右切刃之间留有主排屑槽,右旋右切刃远离其刃部的一侧留有右旋副槽,左旋右切刃远离其刃部的一侧留有左旋副槽,相邻的两个右旋右切刃之间留有右旋排屑槽,右旋右切刃的刃部与左旋右切刃远离刀柄的一端之间留有连通槽。本申请具有增加切屑排出路径数、增大切屑容纳空间,减少切屑发生堵塞现象的效果。

权利要求
1.一种右旋右切-左旋右切复合铣刀,包括刀柄(11)和刀头(12),其特征在于:所述刀头(12)远离所述刀柄(11)的一端设置有多个右旋右切刃(21),所述刀头(12)靠近所述刀柄(11)的一端设置有多个左旋右切刃(22),所述右旋右切刃(21)与所述左旋右切刃(22)相互交错排列,每个所述左旋右切刃(22)均伸入至两相邻的所述右旋右切刃(21)之间;
相邻的两个所述左旋右切刃(22)之间留有主排屑槽(31),所述右旋右切刃(21)远离其刃部的一侧留有右旋副槽(32),所述左旋右切刃(22)远离其刃部的一侧留有左旋副槽(33),相邻的两个所述右旋右切刃(21)之间留有右旋排屑槽(34),所述右旋右切刃(21)的刃部与所述左旋右切刃(22)远离所述刀柄(11)的一端之间留有连通槽(35),所述主排屑槽(31)、所述右旋排屑槽(34)和所述连通槽(35)的底壁之间平滑连接。
2.根据权利要求1所述的一种右旋右切-左旋右切复合铣刀,其特征在于:所述右旋排屑槽(34)的槽底壁与所述连通槽(35)的槽底壁之间呈“人”字形,所述右旋排屑槽(34)的槽底壁距所述刀头(12)的轴线距离小于所述主排屑槽(31)的槽底壁距所述刀头(12)的轴线距离,所述连通槽(35)汇入至所述主排屑槽(31)一端的底壁凸出于所述主排屑槽(31)的底壁。
3.根据权利要求1所述的一种右旋右切-左旋右切复合铣刀,其特征在于:所述主排屑槽(31)的槽深为1mm、槽宽为2.2mm,所述左旋副槽(33)的槽宽为1.3mm,所述刀头(12)厚度为4mm。
4.根据权利要求1所述的一种右旋右切-左旋右切复合铣刀,其特征在于:所述右旋右切刃(21)的螺旋角小于所述左旋右切刃(22)的螺旋角。
5.根据权利要求4所述的一种右旋右切-左旋右切复合铣刀,其特征在于:所述右旋右切刃(21)的刃带为0.8mm,所述左旋右切刃(22)的刃带为0.7mm。
6.根据权利要求4所述的一种右旋右切-左旋右切复合铣刀,其特征在于:所述右旋右切刃(21)的外圆第一后角为17°、外圆第二后角为35°。
7.根据权利要求1所述的一种右旋右切-左旋右切复合铣刀,其特征在于:所述右旋右切刃(21)靠近所述刀柄(11)一端的外圆面上一体成型有凸块(211),所述凸块(211)的刃口与所述右旋右切刃(21)的刃口共线,且所述凸块(211)的外圆角小于所述右旋右切刃(21)的外圆第一后角。
8.根据权利要求1所述的一种右旋右切-左旋右切复合铣刀,其特征在于:所述右旋排屑槽(34)的槽壁、所述右旋右切刃(21)的切面和所述左旋右切刃(22)的切面均涂覆有底层和表层,其中所述底层为厚度为2μm 的TiAlN层、表层为0.5μm的TiSiN层;
所述主排屑槽(31)、所述右旋副槽(32)、所述左旋副槽(33)和所述连通槽(35)的槽壁均涂覆有过渡层和功能层,所述过渡层为0.2μm厚的纯Ti,所述功能层为1.5μm厚的ta-C型DLC。
9.一种右旋右切-左旋右切复合铣刀的生产工艺,基于权利要求1-8中任意一项所述的一种右旋右切-左旋右切复合铣刀,其特征在于:包括以下步骤:
S1、刀头(12)、刀柄(11)成型:将高强度合金钢刀柄(11)进行调制处理,使刀柄(11)的抗拉强度≥1000MPa,再将粉末冶金高速钢刀头(12)和刀柄(11)进行焊接;
S2、刀头(12)加工成型:采用五轴数控磨床加工右旋右切刃(21)、左旋右切刃(22)、主排屑槽(31)、连通槽(35)和右旋排屑槽(34),在磨削右旋右切刃(21)和左旋右切刃(22)时同步成型加强板;
S3、涂覆涂层:右旋排屑槽(34)的槽壁、右旋右切刃(21)的切面和左旋右切刃(22)的切面均先通过磁控溅射沉积2μm后TiAlN层,并确保该过程偏压-50V,温度450℃,再通过高速氧燃料喷涂0.5μm厚TiSiN层;主排屑槽(31)、右旋副槽(32)、左旋副槽(33)和连通槽(35)的槽壁均先通过离子镀纯Ti层,然后采用PECVD工艺涂DLC层;
S4、精度检测:通过激光扫描验证右旋右切刃(21)和左旋右切刃(22)的刃带宽度和螺旋角度,采用三坐标测量机检测主排屑槽(31)、右旋副槽(32)、左旋副槽(33)的槽深;
S5、动平衡测试:在15000rpm下进行G2.5级动平衡校准。

说明书
一种右旋右切-左旋右切复合铣刀及生产工艺
技术领域
本申请涉及铣刀技术领域,尤其是涉及一种右旋右切-左旋右切复合铣刀及生产工艺。
背景技术
铣刀,是用于铣削加工的、具有一个或多个刀齿的旋转刀具。铣刀主要用于在铣床上加工平面、台阶、沟槽、成形表面和切断工件等。
铣刀种类较多,在对高光板、橡胶木板、铝合金薄板、双贴面板等板材铣削水平通槽时,常使用常规单螺旋铣刀或双向螺旋刃铣刀进行加工,单螺旋铣刀价格较低、加工速度快,但易导致板材通槽的槽壁粘附碎屑、起毛、光洁度较低等现象;双向螺旋刃的铣刀对薄板尤其是双贴面板进行加工时,通槽的表面较为光滑、毛刺较少且不易撕裂板材,加工出的产品质量较高,但双向螺旋刃铣刀成本较高、排屑效率相对较低。
相关技术中申请号为2014201152806的中国专利,提出了一种正反螺旋槽铣刀,包括刃部和柄部两部分,所述刃部包括左螺旋切削刃和右螺旋切削刃,两个螺旋切削刃相互交叉排列,所述左螺旋切削刃只有圆周齿形构成,所述右螺旋切削刃有端面齿形和圆周齿形共同构成。
针对上述中的相关技术,发明人认为存在有以下缺陷:由于左旋切刃之间的排屑槽与右旋切刃之间的排屑槽之间旋向相反,且铣刀在铣槽时通常为右旋,此时相邻的右旋切刃排屑槽的碎屑向靠近刀柄的方向移动、相邻的左旋切刃排屑槽的碎屑向远离刀柄的方向移动,两种方向相反的碎屑相互挤压、碰撞,易导致铣刀作业时排屑不顺畅、排屑效率低。
发明内容
为了改善双旋向铣刀加工过程中排屑不顺畅、排屑效率低的问题,本申请提供一种右旋右切-左旋右切复合铣刀及生产工艺。
本申请提供的一种右旋右切-左旋右切复合铣刀及生产工艺采用如下的技术方案:
一种右旋右切-左旋右切复合铣刀及生产工艺,包括刀柄和刀头,所述刀头远离所述刀柄的一端设置有多个右旋右切刃,所述刀头靠近所述刀柄的一端设置有多个左旋右切刃,所述右旋右切刃与所述左旋右切刃相互交错排列,每个所述左旋右切刃均伸入至两相邻的所述右旋右切刃之间;
相邻的两个所述左旋右切刃之间留有主排屑槽,所述右旋右切刃远离其刃部的一侧留有右旋副槽,所述左旋右切刃远离其刃部的一侧留有左旋副槽,相邻的两个所述右旋右切刃之间留有右旋排屑槽,所述右旋右切刃的刃部与所述左旋右切刃远离所述刀柄的一端之间留有连通槽,所述主排屑槽、所述右旋排屑槽和所述连通槽的底壁之间平滑连接。
通过采用上述技术方案,铣槽作业时,右旋右切刃铣出的切屑位于右旋排屑槽和连通槽内,并具有进入主排屑槽内的趋势,左旋右切刃铣出的切屑位于主排屑槽内,连通槽内的切屑在与主排屑槽内的切屑发生碰撞时,在连通槽汇入主排屑槽的交界处飞出,还有少部分碰撞后的连通槽内的切屑进入至左旋副槽内移动并逐渐飞出;少部分主排屑槽内的切屑在主排屑槽远离刀柄一端与下一右旋右切刃铣出的少部分切屑发生碰撞,使部分切屑进入右旋副槽内并继续向下排出,右旋副槽和左旋副槽增加了可容纳切屑的容积,且右旋副槽和左旋副槽进一步增加了切屑的排出路线,有效地减少切屑发生堵塞的现象。在对双贴面板进行铣槽作业的过程中,右旋右切刃使双贴面板的下板部分受到向上的切削分力、左旋右切刃使双贴面板的上半部分受到向下的切削分力,以平衡双贴面板的整体受力、减少加工振动,提升切削稳定性,并降低双贴面板的交界处发生分离、双贴面板的侧壁发生崩边的概率。同时每个左旋右切刃伸入相邻的两个右旋右切刃内,即左旋右切刃与右旋右切刃形成轴向重叠,重叠区的右旋右切刃和左旋右切刃形成力偶平衡,降低扭矩波动,重叠区还使刀具固有频率偏移至常见切削激振频段,以抑制刀头的振动。
可选的,所述右旋排屑槽的槽底壁与所述连通槽的槽底壁之间呈“人”字形,所述右旋排屑槽的槽底壁距所述刀头的轴线距离小于所述主排屑槽的槽底壁距所述刀头的轴线距离,所述连通槽汇入至所述主排屑槽一端的底壁凸出于所述主排屑槽的底壁。
通过采用上述技术方案,右旋排屑槽与连通槽呈“人”字形,即右旋排屑槽越远离刀柄一端的深度越大,便于刀头钻孔时引导废屑的走向,同时,右旋排屑槽的槽深较深、容积较大,使刀头在铣槽时,便于引导主排屑槽内部分向下的切屑和右旋右切刃铣出的部分向上的切屑的走向;连通槽高于主排屑槽,使连通槽与主排屑槽排屑时,主排屑槽的切屑与连通槽的切屑碰撞、挤压,而大部分主排屑槽的切屑相比连通槽内的切屑更靠近刀头的轴线处,进而使主排屑槽的切屑将连通槽的切屑大部分挤飞出主排屑槽外、剩余部分进入左旋副槽内,进一步降低切屑堵塞的现象。
可选的,所述主排屑槽的槽深为1mm、槽宽为2.2mm,所述左旋副槽的槽宽为1.3mm,所述刀头厚度为4mm。
通过采用上述技术方案,主排屑槽的大槽深及主排屑槽加左旋副槽共3.5mm的大槽宽,有效确保切屑的暂存空间、降低切屑堵塞现象、减少停机清屑频率,且主排屑槽1mm的槽深确保了在较高的排屑效率下,也使刀头有较高的强度,而如0.8mm的主排屑槽的槽深,则切屑容量不足,需停机排屑的频率增加50%,进而导致加工效率较低;而若主排屑槽的槽深为1.2mm,即刀头的厚度减小,虽然排屑效率有所提升,但刀头的刚性下降20%,影响工件的加工精度和刀头的使用寿命。
可选的,所述右旋右切刃的螺旋角小于所述左旋右切刃的螺旋角。
通过采用上述技术方案,右旋右切刃的小螺旋角有效地增强轴向切削力,确保下层基板被稳定拉起,减少切削振动,以更适应密度较大的下层基板;左旋右切刃的大螺旋角能有效地提升排屑效率,同时利用左旋刃下压特性抑制上层崩边,更适用于上层贴板。
可选的,所述右旋右切刃的刃带为0.8mm,所述左旋右切刃的刃带为0.7mm。
通过采用上述技术方案,由于右旋右切刃除铣槽外还兼有钻孔作业,且右旋右切刃通常作用在密度更大的下层基板,同时宽刃带的右旋右切刃抗弯刚度更大、抑制下层切削振动的性能更强、分散冲击的载荷更高,进而有效地减少刃口崩缺的风险,但刃带宽度的增大也会导致切屑卷曲的半径增大,而切屑则除进入至主排屑槽外还较易进入左旋副槽内,即左旋副槽的设计更便于右旋右切刃产生的切屑的排出,极大地降低了因增大刃宽带来的堵塞现象;窄刃带的左旋右切刃摩擦阻力更小、磨耗较低,进而使上层贴板的表面光洁度更高,且切屑断裂效率较高,更便于切屑的排出。
可选的,所述右旋右切刃的外圆第一后角为17°、外圆第二后角为35°。
通过采用上述技术方案,右旋右切刃较小的外圆第一后角提高刃口的抗冲击能力、延长刀具寿命,同时小角度使后刀面更贴近工件,以增加更大的接触面积、分散右旋右切刃作用在工件的下层基板的压力,进一步避免下层基板出现崩边的现象;较大的外圆第二后角减少右旋右切刃与工件的摩擦面积,进而有效降低切削温度,同时增大右旋右切刃与工件之间的空间,即等效于增大右旋副槽的空间,进一步提高排屑效率。
可选地,所述右旋右切刃靠近所述刀柄一端的外圆面上一体成型有凸块,所述凸块的刃口与所述右旋右切刃的刃口共线,且所述凸块的外圆角小于所述右旋右切刃的外圆第一后角。
通过采用上述技术方案,由于右旋右切刃和左旋右切刃的交汇处有多种旋向,易导致该处产生额外的振动,较小外圆角的凸块与工件间的接触面积较大,使右旋右切刃形成局部支撑,抑制切削振动,凸块刃口与右旋右切刃刃口共线,便于右旋右切刃在切削或钻孔过程中,将长切屑分割为两段,减少长切屑缠绕风险,且在对双贴面板进行切削时,硬化的双贴面板的胶层部分硬度相比双贴面板的板材(如木质、塑料、薄铝板等软金属板)的硬度更高,小后角的凸块强度更高,更适应高硬度材质。
可选的,所述右旋排屑槽的槽壁、所述右旋右切刃的切面和所述左旋右切刃的切面均涂覆有底层和表层,其中所述底层为厚度为2μm 的TiAlN层、表层为0.5μm的TiSiN层;所述主排屑槽、所述右旋副槽、所述左旋副槽和所述连通槽的槽壁均涂覆有过渡层和功能层,所述过渡层为0.2μm厚的纯Ti,所述功能层为1.5μm厚的ta-C型DLC。
通过采用上述技术方案,TiAlN底层抵抗硬质基材的磨粒磨损,延长刃口寿命,TiSiN表层细化摩擦界面,降低与工件的摩擦系数,减少切屑的粘附,进而延长刀具的使用寿命;功能层则因超低摩擦系数而使切屑在槽壁内顺利移动,提高排屑效率,过渡层便于功能层的涂覆,同时缓解功能层的残余应力,防止功能层开裂。
本申请还提供一种右旋右切-左旋右切复合铣刀的生产工艺,包括如下步骤:
S1、刀头、刀柄成型:将高强度合金钢刀柄进行调制处理,使刀柄的抗拉强度≥1000MPa,再将粉末冶金高速钢刀头和刀柄进行焊接;
S2、刀头加工成型:采用五轴数控磨床加工右旋右切刃、左旋右切刃、主排屑槽、连通槽和右旋排屑槽,在磨削右旋右切刃和左旋右切刃时同步成型加强板;
S3、涂覆涂层:右旋排屑槽的槽壁、右旋右切刃的切面和左旋右切刃的切面均先通过磁控溅射沉积2μm后TiAlN层,并确保该过程偏压-50V,温度450℃,再通过高速氧燃料喷涂0.5μm厚TiSiN层;主排屑槽、右旋副槽、左旋副槽和连通槽的槽壁均先通过离子镀纯Ti层,然后采用PECVD工艺涂DLC层;
S4、精度检测:通过激光扫描验证右旋右切刃和左旋右切刃的刃带宽度和螺旋角度,采用三坐标测量机检测主排屑槽、右旋副槽、左旋副槽和连通槽的槽深;
S5、动平衡测试:在15000rpm下进行G2.5级动平衡校准。
综上所述,本申请包括以下至少一种有益技术效果:
1.右旋右切刃铣出的切屑位于右旋排屑槽和连通槽内,并具有进入主排屑槽内的趋势,左旋右切刃铣出的切屑位于主排屑槽内,连通槽内的切屑在与主排屑槽内的切屑发生碰撞时,在连通槽汇入主排屑槽的交界处飞出,还有少部分碰撞后的连通槽内的切屑进入至左旋副槽内移动并逐渐飞出,少部分主排屑槽内的切屑在主排屑槽远离刀柄一端与下一右旋右切刃铣出的少部分切屑发生碰撞,使部分切屑进入右旋副槽内并继续向下排出,右旋副槽和左旋副槽增加了可容纳切屑的容积,且右旋副槽和左旋副槽进一步增加了切屑的排出路线,有效地降低切屑堵塞的现象;
2.连通槽高于主排屑槽,使连通槽与主排屑槽排屑时,主排屑槽的切屑与连通槽的切屑碰撞、挤压,而大部分主排屑槽的切屑相比连通槽内的切屑更靠近刀头的轴线处,进而使主排屑槽的切屑将连通槽的切屑大部分挤飞出主排屑槽外、剩余部分进入左旋副槽内,右旋排屑槽的槽深大于主排屑槽,也使右旋右切刃铣出的切屑挤压一部分主排屑槽的切屑,使主排屑槽的一部分切屑直接飞出、另一部分进入右旋副槽而排出,进一步降低切屑堵塞的现象;
3.主排屑槽的大槽深及主排屑槽加左旋副槽共3.5mm的大槽宽,有效确保切屑的暂存空间、降低切屑堵塞现象、减少停机清屑频率,且主排屑槽1mm的槽深确保了在较高的排屑效率下,也使刀头有较高的强度,且仅当刀头厚度为4mm、主排屑槽的槽深为1mm、主排屑槽与左旋副槽的槽宽和为3.5mm时的协同效果达到最优;
4.右旋右切刃和左旋右切刃的交汇处有多种旋向,易导致该处产生额外的振动,较小外圆角的凸块与工件间的接触面积较大,使右旋右切刃形成局部支撑,抑制切削振动,凸块刃口与右旋右切刃刃口共线,便于右旋右切刃在切削或钻孔过程中,将长切屑分割为两段,减少长切屑缠绕风险,且在对双贴面板进行切削时,硬化的双贴面板的胶层部分硬度相比双贴面板的板材的硬度更高,小后角的凸块强度更高,更适应高硬度材质;
5.TiAlN底层抵抗硬质基材的磨粒磨损,延长刃口寿命,TiSiN表层细化摩擦界面,降低与工件的摩擦系数,减少切屑的粘附,进而延长刀具的使用寿命;功能层则因超低摩擦系数而使切屑在槽壁内顺利移动,提高排屑效率,过渡层便于功能层的涂覆,同时缓解功能层的残余应力,防止功能层开裂。
附图说明
图1是本申请实施例的整体结构示意图;
图2是本申请的部分正视结构示意图;
图3是本申请主要用于展示右旋右切刃、凸块、主排屑槽、右旋副槽和连通槽的结构示意图;
图4是本申请的左视结构示意图;
图5是本申请的结构图。
附图标记:11、刀柄;12、刀头;21、右旋右切刃;211、凸块;22、左旋右切刃;31、主排屑槽;32、右旋副槽;33、左旋副槽;34、右旋排屑槽;35、连通槽。
具体实施方式
以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。
实施例一
本申请实施例公开一种右旋右切-左旋右切复合铣刀。参照图1,右旋右切-左旋右切复合铣刀包括刀柄11和焊接在刀柄11上的刀头12,刀头12远离刀柄11的一端一体成型有多个右旋右切刃21,刀头12靠近刀柄11的一端一体成型有多个左旋右切刃22,本申请中右旋右切刃21和左旋右切刃22均为三个,右旋右切刃21与左旋右切刃22相互交错排列,每个左旋右切刃22均伸入至两相邻的右旋右切刃21之间;相邻的两个左旋右切刃22之间留有主排屑槽31,刀头12的周壁即主排屑槽31的槽底壁,右旋右切刃21远离其刃部的一侧留有右旋副槽32,左旋右切刃22远离其刃部的一侧留有左旋副槽33,右旋右切刃21在右旋副槽32处、左旋右切刃22在左旋副槽33处均呈台阶状,相邻的两个右旋右切刃21之间留有右旋排屑槽34,右旋右切刃21的刃部与左旋右切刃22远离刀柄11的一端之间留有连通槽35,主排屑槽31、右旋排屑槽34和连通槽35的底壁之间平滑连接。
铣槽作业时,右旋右切刃21铣出的切屑位于右旋排屑槽34和连通槽35内,并具有进入主排屑槽31内的趋势,左旋右切刃22铣出的切屑位于主排屑槽31内,连通槽35内的切屑在与主排屑槽31内的切屑发生碰撞时,在连通槽35汇入主排屑槽31的交界处飞出,还有少部分碰撞后的连通槽35内的切屑进入至左旋副槽33内移动并逐渐飞出;少部分主排屑槽31内的切屑在主排屑槽31远离刀柄11一端与下一右旋右切刃21铣出的少部分切屑发生碰撞,使部分切屑进入右旋副槽32内并继续向下排出,右旋副槽32和左旋副槽33增加了可容纳切屑的容积,且右旋副槽32和左旋副槽33进一步增加了切屑的排出路线,有效地降低切屑堵塞的现象。
且在对双贴面板进行铣槽作业的过程中,右旋右切刃21使双贴面板的下板部分受到向上的切削分力、左旋右切刃22使双贴面板的上半部分受到向下的切削分力,以平衡双贴面板的整体受力、减少加工振动,提升切削稳定性,并降低双贴面板的交界处发生分离、双贴面板的侧壁发生崩边的概率,右旋右切刃21、左旋右切刃22的台阶状处,便于确保右旋右切刃21和左旋右切刃22的强度时最大限度增加右旋副槽32和左旋副槽33的容积,即右旋右切刃21和左旋右切刃22在合格强度范围内最大程度增加排屑效率。每个左旋右切刃22伸入相邻的两个右旋右切刃21内,即左旋右切刃22与右旋右切刃21形成轴向重叠,重叠区的右旋右切刃21和左旋右切刃22形成力偶平衡,降低扭矩波动,重叠区还使刀具固有频率偏移至常见切削激振频段,以抑制刀头12的振动。
参照图1,右旋排屑槽34的槽底壁与连通槽35的槽底壁之间呈“人”字形,右旋排屑槽34的槽底壁距刀头12的轴线距离小于主排屑槽31的槽底壁距刀头12的轴线距离,连通槽35汇入至主排屑槽31一端的底壁凸出于主排屑槽31的底壁。
右旋排屑槽34与连通槽35呈“人”字形,即右旋排屑槽34越远离刀柄11一端的深度越大,便于刀头12钻孔时引导废屑的走向,同时,右旋排屑槽34的槽深较深、容积较大,使刀头12在铣槽时,便于引导主排屑槽31内部分向下的切屑和右旋右切刃21铣出的部分向上的切屑的走向;连通槽35高于主排屑槽31,使连通槽35与主排屑槽31排屑时,主排屑槽31的切屑与连通槽35的切屑碰撞、挤压,而大部分主排屑槽31的切屑相比连通槽35内的切屑更靠近刀头12的轴线处,进而使主排屑槽31的切屑将连通槽35的切屑大部分挤飞出主排屑槽31外、剩余部分进入左旋副槽33内,进一步降低切屑堵塞的现象。
参照图2-图5,主排屑槽31的槽深为1mm、槽宽为2.2mm,左旋副槽33的槽宽为1.3mm,刀头12厚度为4mm。主排屑槽31的大槽深及主排屑槽31加左旋副槽33共3.5mm的大槽宽,有效确保切屑的暂存空间、降低切屑堵塞现象、减少停机清屑频率,且主排屑槽311mm的槽深确保了在较高的排屑效率下,也使刀头12有较高的强度,而如0.8mm的主排屑槽31的槽深,则切屑容量不足,需停机排屑的频率增加50%,进而导致加工效率较低;而若主排屑槽31的槽深为1.2mm,即刀头12的厚度减小,虽然排屑效率有所提升,但刀头12的刚性下降20%,影响工件的加工精度和刀头12的使用寿命,刀头12厚度4mm亦是如此,即刀头12厚度过厚则影响主排屑槽31的深度、过薄则影响刀头12刚度,抗弯刚度EI∝h3,如4mm厚度相比3mm提升至(4/3)3≈2.37倍。
仅当刀头12厚度为4mm、主排屑槽31的槽深为1mm、主排屑槽31与左旋副槽33的槽宽和为3.5mm时的协同效果达到最优,使上层贴板分层率达到较低的3%、下层基板崩边率优化至5%,且进给速度也从常规的双向螺旋铣刀的800mm/min提升至1500mm/min,即平衡了工件加工过程中的排屑效率、刀具强度、加工精度,而当其中一项指标数据改变时,则刀具的强度、排屑性能均呈指数性变化。
参照图2和图5,右旋右切刃21的螺旋角小于左旋右切刃22的螺旋角,其中右旋右切刃21的螺旋角为20°,左旋右切刃22的螺旋角为30°。右旋右切刃21的小螺旋角有效地增强轴向切削力,确保下层基板被稳定拉起,减少切削振动,螺旋角每减小5°,轴向力提升约15%,更适应密度较大的下层基板;左旋右切刃22的大螺旋角轴向切削力占比高、振动小,且大螺旋角能有效地提升排屑效率,降低工件表面划痕,同时利用左旋刃下压特性抑制上层崩边,更适用于上层贴板。
参照图1和图5,右旋右切刃21的刃带为0.8mm,左旋右切刃22的刃带为0.7mm。由于右旋右切刃21除铣槽外还兼有钻孔作业,且右旋右切刃21通常作用在密度更大的下层基板,同时宽刃带的右旋右切刃21抗弯刚度更大、抑制下层切削振动的性能更强、分散冲击的载荷更高,进而有效地减少刃口崩缺的风险,但刃带宽度的增大也会导致切屑卷曲的半径增大,而切屑则除进入至主排屑槽31外还较易进入左旋副槽33内,即左旋副槽33的设计更便于右旋右切刃21产生的切屑的排出,极大地降低了因增大刃宽带来的堵塞现象;窄刃带的左旋右切刃22摩擦阻力更小、磨耗较低,进而使上层贴板的表面光洁度更高,且切屑断裂效率较高,更便于切屑的排出。
参照图4,右旋右切刃21的外圆第一后角为17°、外圆第二后角为35°。右旋右切刃21较小的外圆第一后角提高刃口的抗冲击能力、延长刀具寿命,同时小角度使后刀面更贴近工件,以增加更大的接触面积、分散右旋右切刃21作用在工件的下层基板的压力,进一步避免下层基板出现崩边的现象;较大的外圆第二后角减少右旋右切刃21与工件的摩擦面积,进而有效降低切削温度,同时增大右旋右切刃21与工件之间的空间,即等效于增大右旋副槽32的空间,进一步提高排屑效率。
参照图3,右旋右切刃21靠近刀柄11一端的外圆面上一体成型有凸块211,凸块211的刃口与右旋右切刃的刃口共线,且凸块211的外圆角小于右旋右切刃的外圆第一后角,凸块211的外圆角为3°-15°,实际使用时根据工件材质而定。由于右旋右切刃21和左旋右切刃22的交汇处有多种旋向,易导致该处产生额外的振动,较小外圆角的凸块211与工件间的接触面积较大,使右旋右切刃形成局部支撑,抑制切削振动,凸块211刃口与右旋右切刃刃21口共线,便于右旋右切刃21在切削或钻孔过程中,将长切屑分割为两段,减少长切屑缠绕风险,且在对双贴面板进行切削时,硬化的双贴面板的胶层部分硬度相比双贴面板的板材(如木质、塑料、薄铝板等软金属板)的硬度更高,小后角的凸块211强度更高,更适应高硬度材质。
参照,1,右旋排屑槽34的槽壁、右旋右切刃21的切面和左旋右切刃22的切面均涂覆有底层和表层,其中底层为厚度为2μm 的TiAlN层、表层为0.5μm的TiSiN层;主排屑槽31、右旋副槽32、左旋副槽33和连通槽35的槽壁均涂覆有过渡层和功能层,过渡层为0.2μm厚的纯Ti,功能层为1.5μm厚的ta-C型DLC。
TiAlN底层抵抗硬质基材的磨粒磨损、提供基底硬度、抵抗基材冲击,延长刃口寿命,且底层的耐温>800℃,TiSiN表层细化摩擦界面,降低与工件的摩擦系数,减少切屑的粘附,进而延长刀具的使用寿命,且表层进一步将硬度提升至HV3800-4000,而当TiAlN层的厚度<1.5μm时硬度不足、>3μm时脆性增加;功能层则因超低摩擦系数而使切屑在槽壁内顺利移动,提高排屑效率,使功能层与大部分工件的切屑之间摩擦系数≤0.1,与未涂层相比积屑瘤粘附力降低90%、切削液需求大幅减少,过渡层便于功能层的涂覆,同时缓解功能层的残余应力,防止功能层开裂,其中功能层厚度为1.5μm为平衡耐磨性和结合力的最优解,当功能层厚度为1.0μm时寿命仅为400延米,功能层厚度为2.0μm时涂层则易剥落。
本申请实施例一种右旋右切-左旋右切复合铣刀及生产工艺的实施原理为:右旋右切刃21铣出的切屑位于右旋排屑槽34和连通槽35内,并具有进入主排屑槽31内的趋势,左旋右切刃22铣出的切屑位于主排屑槽31内,连通槽35高于主排屑槽31,连通槽35内的切屑在与主排屑槽31内的切屑发生碰撞时,主排屑槽31的切屑与连通槽35的切屑碰撞、挤压,而大部分主排屑槽31的切屑相比连通槽35内的切屑更靠近刀头12的轴线处,进而使主排屑槽31的切屑将连通槽35的切屑大部分挤飞出主排屑槽31外、剩余部分进入左旋副槽33内并逐渐飞出,同时,左旋右切刃22产生的切屑也有部分进入至左旋副槽33内,而后逐渐飞出或与由连通槽35进入左旋副槽33内的切屑碰撞后飞出,右旋副槽32和左旋副槽33增加了可容纳切屑的容积,且右旋副槽32和左旋副槽33进一步增加了切屑的排出路线,有效地降低切屑堵塞的现象;
此过程中右旋右切刃21使双贴面板的下板部分受到向上的切削分力、左旋右切刃22使双贴面板的上半部分受到向下的切削分力,以平衡双贴面板的整体受力、减少加工振动,提升切削稳定性,并降低双贴面板的交界处发生分离、双贴面板的侧壁发生崩边的概率;
在钻孔作业时,右旋右切刃21通常作用在密度更大的下层基板,同时宽刃带的右旋右切刃21抗弯刚度更大、抑制下层切削振动的性能更强、分散冲击的载荷更高,进而有效地减少刃口崩缺的风险;
且整个作业过程中,TiAlN底层抵抗硬质基材的磨粒磨损、提供基底硬度、抵抗基材冲击,延长刃口寿命,TiSiN表层进一步提高硬度,细化摩擦界面,降低与工件的摩擦系数,减少切屑的粘附,进而延长刀具的使用寿命,功能层则因超低摩擦系数而使切屑在槽壁内顺利移动,提高排屑效率,过渡层便于功能层的涂覆,同时缓解功能层的残余应力,防止功能层开裂。
实施例二
本申请实施例公开一种右旋右切-左旋右切复合铣刀的生产工艺,参照图,右旋右切-左旋右切复合铣刀的生产工艺包括如下步骤:
S1、刀头12、刀柄11成型:将高强度合金钢刀柄11进行调制处理,使刀柄11的抗拉强度≥1000MPa,再将粉末冶金高速钢刀头12和刀柄11通过高频感应钎焊进行焊接,焊接后缓冷消除残余应力;
S2、刀头12加工成型:采用五轴数控磨床加工右旋右切刃21、左旋右切刃22、主排屑槽31、连通槽35和右旋排屑槽34,在磨削右旋右切刃21和左旋右切刃22时同步成型加强板;
S3、涂覆涂层:右旋排屑槽34的槽壁、右旋右切刃21的切面和左旋右切刃22的切面均先通过磁控溅射沉积2μm后TiAlN层,并确保该过程偏压-50V,温度450℃,再通过高速氧燃料喷涂0.5μm厚TiSiN层;主排屑槽31、右旋副槽32、左旋副槽33和连通槽35的槽壁均先通过离子镀纯Ti层,然后采用PECVD工艺涂DLC层;
S4、精度检测:通过激光扫描验证右旋右切刃21和左旋右切刃22的刃带宽度和螺旋角度,采用三坐标测量机检测主排屑槽31、右旋副槽32、左旋副槽33和连通槽35的槽深;
S5、动平衡测试:在15000rpm下进行G2.5级动平衡校准,并使残余不平衡量<0.5g·mm/kg。
以上均为本申请的较佳实施例,并非依此限制本申请的保护范围,故:凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化,均应涵盖于本申请的保护范围之内。

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