[發(fā)明專利]一種基于滾動(dòng)減磨原理的切削刀具結(jié)構(gòu)

有效

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• 申請日: 2013-01-15
• 公開（公告）號(hào): CN103084594A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張雪萍;丁利強(qiáng);孟龍
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): B23B27/00
• 分類號(hào): B23B27/00
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種刀具結(jié)構(gòu)，尤其是涉及一種基于滾動(dòng)減磨原理的切削刀具結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

金屬切削過程中，刀具前、后刀面不斷與工件發(fā)生滑動(dòng)摩擦，使得接觸區(qū)溫度急劇升高、刀具摩擦磨損快速失效、進(jìn)而降低切削效率和工件加工表面完整性。因此，減小刀具的前刀面與切屑、后刀面與工件加工表面之間的摩擦，對(duì)于提高刀具切削性能和加工零件表面質(zhì)量非常重要。

目前提高刀具切削性能主要有兩種方法，一種是開發(fā)新型的刀具材料和涂層技術(shù)，使刀具的耐磨性和抗高溫性能增強(qiáng)；另一種是切削加工進(jìn)行潤滑，減小摩擦系數(shù)，降低摩擦力，從而降低摩擦產(chǎn)生的熱量。新型材料的刀具包括陶瓷刀具、硬質(zhì)合金刀具、立方氮化硼刀具和金剛石刀具等，不同材料的刀具適合加工不同材料的工件。涂層刀具則是為了解決刀具材料中硬度、耐磨與強(qiáng)度、韌性之間矛盾，在韌性較好的基體上涂覆一層耐磨材料，但是其應(yīng)用也有局限性，如不適宜加工高溫合金、鈦合金等難加工材料。對(duì)切削加工進(jìn)行潤滑的方法，主要包括：采用具有潤滑作用的切削液；使用自潤滑刀具。使用切削液由于會(huì)造成環(huán)境污染，增加成本等劣勢，應(yīng)用受到一定限制。因此，自潤滑刀具成為刀具的發(fā)展趨勢。然而隨著切削的進(jìn)行，起潤滑作用的涂層或者固體潤滑劑不斷消耗，潤滑效果也會(huì)隨之減弱。這兩方面都未涉及發(fā)明基于滾動(dòng)減磨原理的刀具結(jié)構(gòu)。

經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的專利大多數(shù)是關(guān)于自潤滑刀具和涂層刀具。例如“一種自潤滑與自冷卻的干切削刀具及其制備方法”(參見中國發(fā)明專利，公開號(hào)CN102000841A)，涉及一種自潤滑自冷卻的干切削刀具；“一種微池自潤滑刀具及其制備方法”(參見中國發(fā)明專利，公開號(hào)CN101125371)，涉及一種微池自潤滑刀具；“一種振蕩熱管冷卻的硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀具及其制備方法”(參見中國發(fā)明專利，公開號(hào)CN102632262A)，涉及一種利用振蕩熱管降低切削溫度的刀具。從減磨機(jī)理上看，目前基于滾動(dòng)減磨原理在刀具結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)，以減小傳統(tǒng)上基于滑動(dòng)摩擦原理的“切屑-刀具-加工表面”之間的摩擦力，進(jìn)而提高刀具切削性能和加工表面完整性的刀具還未涉及。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種通用性強(qiáng)，刀具切削性能好，刀具使用壽命長，加工表面質(zhì)量高的基于滾動(dòng)減磨原理的切削刀具結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種基于滾動(dòng)減磨原理的切削刀具結(jié)構(gòu)，包括一體式設(shè)置的刀體和刀頭，其特征在于，所述刀頭的前刀面和后刀面上設(shè)有微槽，微槽內(nèi)嵌有滾珠。

所述的微槽的深度為沿遠(yuǎn)離刀尖方向逐漸減小。

所述的微槽為凹槽狀或由多個(gè)微孔排列而成；所述滾珠在微槽內(nèi)自由滾動(dòng)(或微孔內(nèi)嵌入微球，微球直徑略小于微孔的直徑，可在微孔內(nèi)自由滾動(dòng))。切削時(shí)切屑帶動(dòng)滾珠在微槽內(nèi)滾動(dòng)(或微球在微孔內(nèi)滾動(dòng))，使切屑與前刀面的摩擦由滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，減小了摩擦力從而降低由于摩擦力做功產(chǎn)生的熱量；刀具后刀面與加工表面接觸時(shí)，微球或滾珠與已加工表面發(fā)生滾動(dòng)摩擦，能夠提高加工表面精度，減小傳統(tǒng)由于滑動(dòng)摩擦產(chǎn)生的摩擦功，從而減小切削熱，提高加工工件表面的物理性能。

所述的微槽端頭到刀尖的距離在X，Y方向上的距離分別為ΔX和ΔY，ΔX＝0.5～5mm和ΔY＝0.5～2mm。

所述的刀具在切削過程中，待切削工件與前刀面發(fā)生滾動(dòng)摩擦，摩擦做功產(chǎn)生的熱量可以降低1～2個(gè)數(shù)量級(jí)；后刀面與已加工表面之間產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦和擠壓，有利于降低表面粗糙度和切削溫度、同時(shí)能提高加工表面完整性。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有刀具前刀面與切屑、后刀面與切削表面之間都是基于滑動(dòng)摩擦機(jī)理從而導(dǎo)致“刀具-切屑-工件”之間摩擦力大的缺陷，在前刀面、后刀面上增加微觀滾動(dòng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)刀具切削刀具與切屑和加工表面之間的摩擦力、降低切削溫度，從而提高刀具的切削性能，增加刀具的壽命，同時(shí)提高被加工零件表面的質(zhì)量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明滾動(dòng)刀具結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明刀頭部分結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明刀具工作原理圖；

圖4為圖3中A部放大圖。

圖中，1-微槽，2-滾珠，3-刀頭，4-刀體，5-工件、6-切削，7-切削表面。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例