[發明專利]一種可正前角加工的螺旋有序排布纖維刀具及其制備方法

在審

• 申請號: 201710456312.7
• 申請日: 2017-06-16
• 公開（公告）號: CN107243848A
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 毛聰;劉興華;廖九源;莫宇航;詹凱;汪雨婷;彭瀟瀟;易禮周
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: B24D7/10
• 分類號: B24D7/10;B24D7/18;B24D3/32;B24D18/00
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技術領域

本發明涉及一種刀具及其制備方法，尤其是一種可正前角加工的螺旋有序排布纖維刀具及其制備方法。

背景技術

磨削加工是機械加工的重要組成部分，具有加工精度高、表面質量好的特點，適用于硬脆難加工材料零件的精密制造。然而在傳統的磨削加工中，磨粒無規則排布，而且磨粒形狀隨機，所以在磨削加工過程中，單顆磨粒對工件表面進行切削加工往往是呈大負前角加工，這樣會導致磨削力比很大，且大部分磨削能轉化為磨削熱積聚在磨削區，造成磨削溫度高、砂輪磨損快，進而影響工件的加工質量和磨削效率，以及砂輪的使用壽命。

為了改善砂輪磨粒的排布方式，公開號為CN102729157A的專利“磨粒三維有序分布的立方氮化硼砂輪及其制備方法”在砂輪外圓周表面設計固定間距的孔穴，公開號為CN105196196A的專利“一種磨料有序排列的電鍍金剛石砂輪”，通過人為控制砂輪基體表面小孔的排列方式，實現了金剛石磨料的有序排布，有效地解決了傳統金剛石砂輪磨料層中金剛石磨料無序排布的問題。上述方法雖然通過設計孔穴實現了磨粒的有序排布，但是單顆磨粒仍然和傳統砂輪的磨粒一樣是以大負前角進行加工。這使得砂輪與工件的局部加工狀態跟傳統砂輪相比區別不大，改善磨削質量的效果有限，且電鍍砂輪的磨料層為單層，從而使用壽命非常有限。公開號為CN103707206A的專利“一種復合材料纖維微刃的螺旋砂輪”，提出了采用纖維微刃替代砂輪磨粒承擔切削工作，且纖維微刃沿著砂輪外圓周成螺旋帶狀分布，磨削時纖維微刃以零前角進行切削加工，這對改善砂輪的排屑狀態、降低磨削力和磨削溫度開辟了新思路。然而該砂輪的纖維在切削工件時是以零前角加工，不同于車削、銑削、刨削等刀具是以正前角加工；而且由該專利的附圖可知，其螺旋排布方式為單頭螺旋線，專利中沒有考慮磨削加工時兩相鄰纖維之間的間隙在工件表面所形成的殘余材料，很難在后續纖維的作用下將其去除的問題，從而導致工件加工表面粗糙度大。

發明內容

為了解決現有技術存在的問題，本發明提供了一種可正前角加工的螺旋有序排布纖維刀具及其制備方法。通過該方法可以制備出一種纖維在胎體外圓周面上與徑向成一定角度、周向間距為數毫米、可正前角加工的螺旋有序排布纖維刀具，該刀具能夠降低切削力比，增大排屑能力，促使切削液進入切削區進行有效潤滑和冷卻，防止工件燒傷，提高切削質量，減輕刀具磨損，延長刀具使用壽命。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種可正前角加工的螺旋有序排布纖維刀具包括纖維、胎體和鋼制基體；所述纖維與鋼制基體內的基圓相切，切削加工時纖維與工件呈正前角接觸，可以實現纖維刀具正前角加工；所述纖維在胎體外圓周面呈多頭螺旋線、且前后錯位有序排布，并保證加工過程中纖維刀具表面的纖維一和纖維二之間的間隙在工件表面留下的殘余材料，絕大部分會被后續緊接著錯位排布的纖維三和纖維四立即去除；

一種可正前角加工的螺旋有序排布纖維刀具的具體制備步驟如下：

步驟一、采用電火花線切割技術將刀具材料切割成截面形狀為正方形的纖維，然后采用專用夾具將系列纖維夾緊并用金剛石砂輪進行刃磨，使得纖維具有鋒利刀刃和較大后角；

步驟二、采用壓制和燒結技術在預制鋼制基體上制備出胎體；

步驟三、采用鉆頭在胎體外圓周面上加工出周向間距為數毫米且呈多頭螺旋線排布的系列小孔，并保證每個小孔的中心線與鋼制基體內的基圓相切；

步驟四、在胎體的小孔內注入環氧樹脂，將系列纖維插入胎體的系列小孔中，再用合抱裝置抱緊，使每根纖維的出刃高度保持一致，再將其放入恒溫干燥箱進行加熱使環氧樹脂固化，形成可正前角加工的螺旋有序排布纖維刀具。

所述的胎體外徑為Φ180~Φ320 mm，內徑為Φ160~Φ300 mm，厚度為8~25 mm；所述的鋼制基體外徑為Φ160~Φ300 mm，內徑為Φ32 mm，厚度為8~25 mm；所述的基圓直徑為Φ80~Φ180 mm。

所述的纖維長度為5~10 mm，截面尺寸為0.6 mm×0.6 mm~0.8 mm×0.8 mm，刃磨后的纖維前角為0°、后角為20°~60°。

所述的專用夾具包括夾具單元、螺母一、螺栓一，夾具單元尺寸為150 mm×15 mm×3 mm~200 mm×25 mm×5 mm，夾具單元上加工有固定纖維的固定槽，固定槽的尺寸為5 mm×0.6 mm×0.4 mm~10 mm×0.8 mm×0.6 mm，固定槽與豎直方向的夾角為20°~60°，相鄰兩個固定槽的間距為5~8 mm，每片夾具單元上固定槽的個數為10~30。