一种用于CFRP铣削加工的压迫式PCD铣刀及制造方法 |
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| 申请号 | CN201610271695.6 | 申请日 | 2016-04-28 | 公开(公告)号 | CN105750604A | 公开(公告)日 | 2016-07-13 |
| 申请人 | 哈尔滨理工大学; | 发明人 | 陈涛; 王艳艳; 刘献礼; 杨辰; | ||||
| 摘要 | 一种用于CFRP 铣削 加工的压迫式PCD 铣刀 及制造方法，涉及铣削刀具技术领域。该铣刀在加工CFRP 工件 时，能抵消轴向切削 力 、减小振动，同时能很好的抑制分层、撕裂和毛刺 缺陷 。两个前置铣刀槽对称设置在铣刀主体的前端，两个后置铣刀槽对称设置在两个前置铣刀槽的后部，两个前置铣刀槽和两个后置铣刀槽依次交替设置，两个前置铣刀槽的后部与两个后置铣刀槽的前部沿轴向有部分重合，每个前置铣刀槽及每个后置铣刀槽内均 焊接 有一个PCD铣刀片，四个PCD铣刀片均倾斜设置，每个PCD铣刀片与铣刀刀体中 心轴 线之间均设有相同的夹 角 ，每相邻两个PCD铣刀片倾斜方向相反，每个PCD铣刀片的前刀面一侧设置有排屑槽。本 发明 用于CFRP铣削加工，能够避免上下表面分层缺陷的发生。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于CFRP铣削加工的压迫式PCD铣刀，包括铣刀主体（1），所述的铣刀主体（1）的材质为硬质合金，铣刀主体（1）的外圆周面的前端设置有四个铣刀槽（2）和四个排屑槽（4）； |
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| 说明书全文 | 一种用于CFRP铣削加工的压迫式PCD铣刀及制造方法技术领域[0001] 本发明涉及铣削刀具技术领域，特别是一种用于CFRP铣削加工的压迫式PCD铣刀及制造方法。 背景技术[0002] 随着科技的进步，CFRP（碳纤维复合材料）由于其优越的物理性能和机械性能已广泛应用于航空航天等高端制造领域，目前对碳纤维复合材料的铣削加工的研究成果较少，这是因为CFRP的纤维增强材料硬度高、组织呈层状、非均质、各向异性的特征，属于难加工材料。当前，在各种复合材料成形面加工中常用的有整体硬质合金材质铣刀或高速钢材质铣刀，但这两种材质的刀具在加工CFRP时均不能很好的克服上述问题，如果勉强采用常规材料制成的立铣刀进行铣削，在铣削过程中容易产生振动而导致被切削的复合材料出现毛刺，且复合材料受到切削力作用会涨开分层。目前CFRP铣削加工后的分层、撕裂导致的刀具破损及零件报废已严重制约了CFRP的应用。因此一种专用于切削碳纤维复合材料的立铣刀急需被应用。 [0003] PCD（聚晶金刚石）属于超硬材料，其导热性好并且刃口锋利，其制作的刀具应用范围广泛，在加工各种复合材料的领域有着突出的表现，且随着人造金刚石技术的发展，其制造及加工成本正逐渐降低，PCD材质的刀具成为加工CFRP的一种理想刀具。 发明内容[0005] 本发明采用PCD铣刀片与硬质合金铣刀主体整体焊接，PCD铣刀片的侧刃呈压迫型，能抵消轴向切削力、减小振动，同时很好的抑制了加工CFRP工件分层、撕裂和毛刺缺陷。 [0006] 实现上述目的，本发明的技术方案是：一种用于CFRP铣削加工的压迫式PCD铣刀，包括铣刀主体，所述的铣刀主体的材质为硬质合金，铣刀主体的外圆周面的前端设置有四个铣刀槽和四个排屑槽；所述的用于CFRP铣削加工的压迫式PCD铣刀还包括四个PCD铣刀片，所述的四个铣刀片包括两个前置铣刀片和两个后置铣刀片，所述的两个前置铣刀片焊接在任意两个对称设置的铣刀槽内，且两个前置铣刀片设置在铣刀槽的前端，所述的两个后置铣刀片焊接在余下的两个对称设置的铣刀槽内，且两个后置铣刀片位于两个前置铣刀片的后部，两个前置铣刀片和两个后置铣刀片依次交替设置，两个前置铣刀片的后部与两个后置铣刀片的前部沿轴向有部分重合，所述的四个PCD铣刀片均倾斜设置，每个PCD铣刀片与铣刀刀体中心轴线之间均设有相同的夹角，且每相邻两个PCD铣刀片倾斜方向相反，每个PCD铣刀片的前刀面一侧设置有一个所述的排屑槽，所述的排屑槽紧邻PCD铣刀片设置。 [0007] 一种用于CFRP铣削加工的压迫式PCD铣刀的制造方法，所述的制造方法步骤是：步骤一：通过磨床将铣刀主体的四个排屑槽和四个铣刀片槽的磨制加工； 步骤二：在所述的四个铣刀片槽上采用高频感应加热钎焊的方法焊接四个PCD铣刀片，并用慢走丝切割机对四个PCD铣刀片分别进行粗、精线切割加工。 [0008] 本发明相对于现有技术的有益效果是：1. 两个前置铣刀片焊接在任意两个对称设置的铣刀槽内，且两个前置铣刀片设置在铣刀槽的前端，两个后置铣刀片焊接在余下的两个对称设置的铣刀槽内，且两个后置铣刀片位于两个前置铣刀片的后部，两个前置铣刀片和两个后置铣刀片依次交替设置，两个前置铣刀片的后部与两个后置铣刀片的前部沿轴向有部分重合，四个PCD铣刀片均倾斜设置，每个PCD铣刀片与铣刀刀体中心轴线之间均设有相同的夹角，且每相邻两个PCD铣刀片倾斜方向相反，使得刀具在高速旋转下，每相邻两个PCD铣刀片呈现为压迫式状态。 [0009] 2.压迫式PCD铣刀用于精加工或超精加工，因此铣刀片选用了强度高、韧性好、抗冲击性能好的PCD材质。 [0010] 3.本发明采用侧刃左右倾结合的刀具结构，在加工较厚的CFRP工件时，工件轴向力由表面指向内部，避免上下表面分层缺陷的发生，同时也大大减小毛刺和撕裂缺陷的发生。刀体采用硬质合金棒材，铣刀片采用PCD材料，使刀具整体具有高硬度，高耐磨性，高强度、高耐磨和长寿命的性能；能够很好加工各种增强复合材料；铣槽、孔及板边，表面整洁、无毛刺撕裂缺陷。 [0011] 4.本发明采用相邻切削侧刃倾角相反的刀具结构，刀具在高速旋转的状态下，相邻切削刃呈压迫状，能够将被加工件CFRP的上下表面压住，有效的避免了CFRP上下表面毛刺及撕裂的产生，大大降低了CFRP铣削加工的不合格率。 [0012] 5.由于倾角的存在，降低了铣刀切入切出冲击力，加工震颤小，刀具刚性高，切削噪音大大降低，刀具破损缺陷减少，刀具寿命延长，加工表面质量高。 [0013] 6.采用高频感应加热钎焊，焊接过程不需要夹具，刀具制造工艺简化，生产效率提高，制造成本降低。 [0014] 7.本发明的方法可以减少刃磨余量，能够得到较好的表面质量。 [0015] 8.采用高频感应加热钎焊的方法将PCD铣刀片焊接固定在铣刀槽内，使用时，将本发明的压迫式PCD铣刀装配在CNC加工设备上，通过压迫式刃型，铣刀加工时振动小、排屑好，铣削轴向力指向材料内部，加工碳纤维无分层。铣削速度可达800~1000m/min，刀具寿命长，工作效率高。附图说明 [0016] 图1是本发明的用于CFRP铣削加工的压迫式PCD铣刀的主视图；图2是图1的左视图； 图3为铣刀主体的主视图； 图4为PCD铣刀片的轴测图； 图5为PCD铣刀片的周齿几何角度示意图。 [0017] 图中，铣刀主体1、铣刀槽2、PCD铣刀片3、前置铣刀片3-1、后置铣刀片3-2、排屑槽4、周齿切削刃5、前刀面6、后刀面7。 具体实施方式[0018] 具体实施方式一：如图1~图4所示，本实施方式披露了一种用于CFRP铣削加工的压迫式PCD铣刀，包括铣刀主体1，所述的铣刀主体1的材质为硬质合金，铣刀主体1的外圆周面的前端设置有四个铣刀槽2和四个排屑槽4；所述的用于CFRP铣削加工的压迫式PCD铣刀还包括四个PCD铣刀片3（选择粒度较细的金刚石，金刚石粒度越细耐磨性越高，金刚石粒度优选为30μm），所述的四个铣刀片3包括两个前置铣刀片3-1和两个后置铣刀片3-2，所述的两个前置铣刀片3-1焊接在任意两个对称设置的铣刀槽2内，且两个前置铣刀片3-1设置在铣刀槽2的前端，所述的两个后置铣刀片3-2焊接在余下的两个对称设置的铣刀槽2内，且两个后置铣刀片3-2位于两个前置铣刀片3-1的后部，两个前置铣刀片3-1和两个后置铣刀片3-2依次交替设置，两个前置铣刀片3-1的后部与两个后置铣刀片3-2的前部沿轴向有部分重合，所述的四个PCD铣刀片3均倾斜设置，每个PCD铣刀片3与铣刀刀体1中心轴线之间均设有相同的夹角θ，且每相邻两个PCD铣刀片3倾斜方向相反，每个PCD铣刀片3的前刀面一侧设置有一个所述的排屑槽4，所述的排屑槽4紧邻PCD铣刀片3设置。 [0019] PCD铣刀片3的厚度为1mm，硬质合金层厚度为0.7mm。PCD铣刀片3与铣刀主体1焊接时,硬质合金层的厚度不能太小，以避免因PCD铣刀片3与铣刀主体1结合面间的应力差而引起分层。 [0020] 具体实施方式二：如图1所示，具体实施方式一所述的一种用于CFRP铣削加工的压迫式PCD铣刀，所述的每个PCD铣刀片3与铣刀刀体1中心轴线之间的夹角θ均为4°。刀具在高速旋转下，每相邻两个PCD铣刀片3呈现为压迫式状态。此技术方案针对复合材料层间结合强度低易分层、上下加工表面易产生毛刺、撕裂等缺陷有良好的加工表现。 [0021] 具体实施方式三：如图1及图2所示，具体实施方式一所述的一种用于CFRP铣削加工的压迫式PCD铣刀，所述的每个PCD铣刀片3的前刀面与排屑槽4槽底面之间所成的角度β为90°（也即为排屑槽4的角度）。 [0022] 具体实施方式四：如图1、图4及图5所示，具体实施方式一所述的一种用于CFRP铣削加工的压迫式PCD铣刀，所述的四个PCD铣刀片3的长度均为6mm，四个PCD铣刀片3的周齿切削刃5的前角ϒf均为3°，四个PCD铣刀片3的周齿切削刃的后角αf均为10°。此技术方案的效果是：周齿切削刃的前角越大那么切削力越小，相应的切削过程就更加稳定，被加工件的加工效果更好，但是周齿切削刃的前角过大会使得切削刃变薄导致应力集中易产生崩刃影响刀具寿命；周齿切削刃的后角主要与已加工表面接触，周齿切削刃的后角越大则接触面积越小，相应的刀具与被加工件已加工表面的摩擦力也会减小，切削过程也会更加稳定，但是周齿切削刃的后角过大同样使得切削刃变薄，进而使得刀具崩刃。由此看来，在周齿切削刃的选择方面要注意选择刀具周齿切削刃的前后角角度要适中。 [0023] 具体实施方式五：如图1~图4所示，具体实施方式一至四中任一权利要求所述的压迫式PCD铣刀的制造方法，所述的制造方法步骤是：步骤一：通过磨床将铣刀主体1的四个排屑槽4和四个铣刀片槽2的磨制加工； 步骤二：在所述的四个铣刀片槽2上采用高频感应加热钎焊的方法焊接四个PCD铣刀片 3，并用慢走丝切割机对四个PCD铣刀片3分别进行粗、精线切割加工。 [0025] 本发明通过高频感应加热钎焊的方法将PCD铣刀片3焊接在铣刀主体1的铣刀槽2内，PCD铣刀片3刃磨工艺主要采用树脂结合剂金刚石砂轮进行磨削，磨削后的PCD铣刀片3表面粗糙度Ra在0.02~0.1μm之间。 [0026] PCD铣刀片3的周齿（所述的周齿为每个PCD铣刀片3的径向最外侧面）包括周齿切削刃5、前刀面6及后刀面7（如图5所示）。 [0027] 虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明的，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其他变化，以及应用到本发明未提及的领域中，当然，这些依据本发明精神所做的变化都应包含在本发明所要求保护的范围内。 |
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