一种耐用型铣刀及其制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种耐用型铣刀及其制造方法，包括位于刀具轴线中部的切削层和位于切削层两侧的装夹层，装夹层的硬度大于切削层，在所述切削层的两侧边中部轴线上阵列设置有若干膨胀空腔，膨胀空腔内填充有支撑棒，支撑棒与膨胀空腔过盈配合，刀具的刃口平面位于切削层上；制造过程包括毛胚件制造过程、一次加热过程、一次冷却过程、二次加热过程和二次冷却过程和成形过程；通过对刀具中心回火，外围淬火以达到刀具内外不同的物理性能；因为表面的硬度较高，刚性更好，所以可以拥有更好的安装精度；同时刀具刃口处的硬度比较小，更加容易进行打磨，不会因为硬度过小而容易发生变形等情况。
【专利说明】一种耐用型铣刀及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种耐用型铣刀及其制造方法，属于机床用刀具领域。
【背景技术】
[0002]目前，切削不锈钢材料的切削刀具具有较高的强度要求，由于刀具与不锈钢材料之间的持续摩擦产生的切削废热，导致切削刃粘结、刀具磨损严重，产生加工硬化，且易产生屑瘤，不易断屑，这些因素会影响普通刀具切削精度和使用寿命，同时普通刀具不能高速高质量地切削不锈钢。现有技术中，常通过物理沉积和化学沉积的方法在刀具上涂制硬质涂层，这种方法在一定程度上能够提高刀具的强度、硬度、耐摩擦磨损性能以及使用寿命，然而，这类膜层疏松多孔，力学性能稍差，膜基结合强度低，而所述的切削用刀具对涂层与基体之间的结合力要求较高，一旦两者之间结合力不够，则容易出现涂层脱落，影响刀具的使用寿命。
[0003]ZL201110144780.3中提到了一种采用离子对刀具内部物理性能进行改良的到制造方案以及相关刀具，此种加工方法难度比较大，无法在多数的工厂内实现，成本比较高，且此种改良方式的性能指标在非切割状态下，很难进行检测；此外该专利中提到的刀具采用脉冲方式进行离子注入，很容易对刀具内部的晶相分布以及分子致密度带来影响，影响刀具内部的应力分布，使得刀具容易在使用时发生崩裂。
[0004]再如ZL97198792.0,其中提到了一种镶刃的刀具，此种刀具虽然通过材料改良达到了良好的物理性能，但其刀具是由两种材料粘合而成，一体性差，很容易在车削时因为刀具的受热、冷却而使得两种材料之间发生开裂，导致刀具的开裂。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是:克服现有技术中刀具在高速切削时，容易整天发生磨损且打磨难度较大的技术问题，提供一种耐用型铣刀及其制造方法。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种耐用型铣刀，包括位于刀具轴线中部的切削层和位于切削层两侧的装夹层，所述装夹层的硬度大于切削层，在所述切削层的两侧边中部轴线上阵列设置有若干膨胀空腔，所述膨胀空腔内填充有支撑棒，所述支撑棒与膨胀空腔过盈配合，所述刀具的刃口平面位于切削层上。
[0007]作为本发明的进一步创新，所述支撑棒为钛合金材质。
[0008]作为本发明的进一步创新，所述切削层为回火马氏体，所述装夹层为回火马氏体和马氏体的混合层。
[0009]一种耐用型铣刀的制造方法:包括一次加热过程、一次冷却过程、加工过程，二次加热过程和二次冷却过程和成形过程；
①一次加热过程:将毛配件放入到低频电磁炉进行加热，加热温度稳定在800-1000 0C ； ②一次冷却过程:将整个毛胚件进行等温淬火，待工件表面温度降低至200~300°C时，将毛胚件装夹到钻床上，在条状的毛胚件的侧边壁面上进行钻孔从而得到膨胀空腔，膨胀空腔的轴线与毛胚件的轴线垂直，钻孔的轴线应该位于条状的毛胚件的轴线上；
③二次加热过程，与膨胀空腔阵列对应的加热棒阵列通过固定在一个发热棍上，所述发热棍内设置有设置一个圆柱形空腔，在圆柱形空腔内安装有一个电热管，加热棒安装完成后将工件放入到热风炉，进行慢速加热，加热棒与膨胀空腔之间为过盈配合，加热棒通过电热管进行传热，加热温度稳定在500~700°C ；
④二次冷却过程，待工件表面温度稳定在500~700°C时，启动电热管，将毛胚放入到机油池内进行分段淬火，工件的正反两侧面首先发生快速淬火，待工件表面温度降低到200~300°C时，进行风冷，工件表面在淬火的作用下快速硬化，工件中部在加热棒的余热作用下进行回火，内部硬度低于工件表面硬度；
⑤成形过程，通过锤击拆除加热棒，同时将工件的两侧面进行夹紧，在膨胀空腔内通过静力压装支撑棒，支撑棒的硬度应大于或者等于工件外表面的硬度，装入完成后，对工件表面进行切割，使得工件的相对表面之间互相平行。
[0010]作为本发明的进一步创新，所述成形过程还包括固化过程，所述固化过程为首先对安装好支撑帮的工件进行加热，加热采用热风炉，温度为150~300°C，在工件表面温度达到200°C后，将工件投入到油中进行油冷。
[0011]作为本发明的进一步创新，所述固化过程还包括对支撑棒进行加热的过程:将支撑棒加热到300~400 °C后，经由空气锤压入到膨胀空腔内。
[0012]作为本发明的进一步创新，所述加热棒包括石英外管和电热内管，所述石英外管套接在电热内管上，所述石英外管与圆柱形空腔内壁之间填充有导热硅脂。
[0013]作为本发明的进一步创新，所述加热棒采用铜制成。
[0014]本发明的有益效果是:
1、本发明通过差速、差温对工件进行局部冷却来改良刀具不同位置的物理特性。
[0015]刀具中部材料的硬度要小于刀具外部材料的硬度，首先使得刀具在装夹的时候，因为表面的硬度较高，刚性更好，所以可以拥有更好的安装精度；同时刀具刃口处的硬度比较小，更加容易进行打磨，刃口本身在硬度较高的刀具外表面支撑下，可以保持一定的切削力，不会因为硬度过小而容易发生变形等情况。
[0016]在切削进刀速度过快，刃口定压力过大的情况下，硬度较小的刃口会首先发生变形，相比于传统的整体刚度都比较高的刀具，本发明的刀具可以及时的发现前述问题，不会在整个刀具都变形或者开裂的情况下才发现，在刃口变形后，可以及时的减少进刀量，并且重新打磨刃口，防止工件和机床的损坏。
[0017]支撑棒可以为刀具提供良好的支撑性能和刚性，减少刀具在长时间的切削后，发生的变形等情况。
[0018]2、钛合金材质的支撑棒不仅利用了钛合金良好的刚性和表面硬度，同时也利用了钛合金良好的金属融合性能，相比于其他金属，钛合金一旦发生融合，就不容易脱落，稳定性得到了提高。
[0019]3、回火马氏体的硬度适中，非常适合本发明中所提到的低硬度刃口的加工。
[0020]4、本发明的一次加热可以让毛胚本体转变成奥氏体，可以对毛胚内的晶体进行改良，以保证物理性能的稳定，同时在车削之前，本发明将毛胚降低到200°C左右而非冷却到室温，此时的毛胚未完全硬化，此时如果加工膨胀空腔，不会因为加工时的应力，导致毛胚切削面的分子密布和晶体排布与毛胚内部产生差别，从而影响将来整个刀具产品的稳定性；
二次加热时，加热棒与毛胚本身同步加热，温度差值小，膨胀也比较同步，不容易因为温差和膨胀不同导致加热棒的损坏；
二次冷却通过加热棒对毛胚件的内部进行保温，使得淬火与退火同步进行，相比于传统的局部淬火，本发明的晶体的可控性更好；
5、本发明的固化过程用于改善刀具内部分子的致密度，防止冷却不同步所产生的内部应力不均匀，刀具内部应力不均匀，很容易在使用时，发生刀具的崩裂，同时也可以防止支撑棒插入时，刀具表面因为变形而发生的开裂；
同时为了快速油冷可以让毛胚发生极速的收缩，可以提高膨胀空腔与支撑棒之间的配
I=I /又 ο
[0021]6、加热后的支撑棒其表面硬度更低，从而对因为热处理而变形的膨胀空腔进行良好的填充，增大其结合力，保证应力的均匀。
[0022]7、石英管与电热的加热管取材方便，且具有良好的防水、防油性能，不容易破损，可以反复使用，所填充的导热硅脂可以提供良好的传热效果。
[0023]8、铜质的加热棒表面硬度较低，在加热棒的插入和拔出时，不容易对膨胀空腔造成变形。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0025]图1是本发明二次加热时的纵向剖面图；
图2是本发明二次加热时的横向剖面图；发热棍4
图中包括:轴线中部的切削层I和位于切削层I两侧的装夹层6，所述装夹层6的硬度大于切削层1、膨胀空腔2、加热棒3、发热棍4、圆柱形空腔5、装夹层6。
【具体实施方式】
[0026]现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0027]如图1所示，一种耐用型铣刀，包括位于刀具轴线中部的切削层I和位于切削层I两侧的装夹层6，所述装夹层6的硬度大于切削层1，在所述切削层I的两侧边中部轴线上阵列设置有若干膨胀空腔2，所述膨胀空腔2内填充有支撑棒，所述支撑棒与膨胀空腔2过盈配合，所述刀具的刃口平面位于切削层I上；
所述支撑棒为钛合金材质；
所述切削层I为回火马氏体，所述装夹层6为回火马氏体和马氏体的混合层。
[0028]如图1~2所示，一种耐用型铣刀的制造方法:包括一次加热过程、一次冷却过程、加工过程，二次加热过程和二次冷却过程和成形过程；
①一次加热过程:将毛配件放入到低频电磁炉进行加热，加热温度稳定在800-1000 °C ；
②一次冷却过程:将整个毛胚件进行等温淬火，待工件表面温度降低至200~300°C时，将毛胚件装夹到钻床上，在条状的毛胚件的侧边壁面上进行钻孔从而得到膨胀空腔2，膨胀空腔2的轴线与毛胚件的轴线垂直，钻孔的轴线应该位于条状的毛胚件的轴线上；
③二次加热过程，与膨胀空腔2阵列对应的加热棒3阵列通过固定在一个发热棍4上，所述发热棍4内设置有设置一个圆柱形空腔5，在圆柱形空腔5内安装有一个电热管，所述加热棒3包括石英外管和电热内管，所述石英外管套接在电热内管上，所述石英外管与圆柱形空腔5内壁之间填充有导热硅脂。
[0029]加热棒3安装完成后将工件放入到热风炉，进行慢速加热，加热棒3与膨胀空腔2之间为过盈配合，加热棒3通过电热管进行传热,加热温度稳定在500~700°C ；
④二次冷却过程，待工件表面温度稳定在500~700°C时，启动电热管，将毛胚放入到机油池内进行分段淬火，工件的正反两侧面首先发生快速淬火，待工件表面温度降低到200~300°C时，进行风冷，工件表面在淬火的作用下快速硬化，工件中部在加热棒3的余热作用下进行回火，内部硬度低于工件表面硬度；
⑤成形过程，通过锤击拆除加热棒3，同时将工件的两侧面进行夹紧，在膨胀空腔2内通过静力压装支撑棒，支撑棒的硬度应大于或者等于工件外表面的硬度，装入完成后，对工件表面进行切割，使得工件的相对表面之间互相平行；
所述成形过程还包括固化过程，所述固化过程为首先对安装好支撑帮的工件进行加热，加热采用热风炉，温度为150~300°C，在工件表面温度达到200°C后，将工件投入到油中进行油冷。
[0030]所述固化过程还包括对支撑棒进行加热的过程:将支撑棒加热到300~400°C后，经由空气锤压入到膨胀空腔2内。
[0031]使用时，在切削层I位置设置切削刃口，将装夹层6安装到铣床的动力输出轴上； 通过差速、差温对工件进行局部冷却来改良刀具不同位置的物理特性。
[0032]刀具中部材料的硬度要小于刀具外部材料的硬度，首先使得刀具在装夹的时候，因为表面的硬度较高，刚性更好，所以可以拥有更好的安装精度；同时刀具刃口处的硬度比较小，更加容易进行打磨，刃口本身在硬度较高的刀具外表面支撑下，可以保持一定的切削力，不会因为硬度过小而容易发生变形等情况。
[0033]在切削进刀速度过快，刃口定压力过大的情况下，硬度较小的刃口会首先发生变形，相比于传统的整体刚度都比较高的刀具，本发明的刀具可以及时的发现前述问题，不会在整个刀具都变形或者开裂的情况下才发现，在刃口变形后，可以及时的减少进刀量，并且重新打磨刃口，防止工件和机床的损坏。
[0034]支撑棒可以为刀具提供良好的支撑性能和刚性，减少刀具在长时间的切削后，发生的变形等情况。
[0035]以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
【权利要求】
1.一种耐用型铣刀，其特征是:包括位于刀具轴线中部的切削层和位于切削层两侧的装夹层，所述装夹层的硬度大于切削层，在所述切削层的两侧边中部轴线上阵列设置有若干膨胀空腔，所述膨胀空腔内填充有支撑棒，所述支撑棒与膨胀空腔过盈配合，所述刀具的刃口平面位于切削层上。
2.如权利要求1所述的，其特征是:所述支撑棒为钛合金材质。
3.如权利要求1所述的，其特征是:所述切削层为回火马氏体，所述装夹层为回火马氏体和马氏体的混合层。
4.一种如权利要求1所述的耐用型刀具的制造方法:包括一次加热过程、一次冷却过程、加工过程，二次加热过程和二次冷却过程和成形过程； 一次加热过程:将毛配件放入到低频电磁炉进行加热，加热温度稳定在800~1000°C ； 一次冷却过程:将整个毛胚件进行等温淬火，待工件表面温度降低至200~300°C时，将毛胚件装夹到钻床上，在条状的毛胚件的侧边壁面上进行钻孔从而得到膨胀空腔，膨胀空腔的轴线与毛胚件的轴线垂直，钻孔的轴线应该位于条状的毛胚件的轴线上； 二次加热过程，与膨胀空腔阵列对应的加热棒阵列通过固定在一个发热棍上，所述发热棍内设置有设置一个圆柱形空腔，在圆柱形空腔内安装有一个电热管，加热棒安装完成后将工件放入到热风炉，进行慢速加热，加热棒与膨胀空腔之间为过盈配合，加热棒通过电热管进行传热，加热温度稳定在500~700°C ； 二次冷却过程，待工件表面温度稳定在500~700°C时，启动电热管，将毛胚放入到机油池内进行分段淬火，工件的正反两侧面首先发生快速淬火，待工件表面温度降低到200~300°C时，进行风冷，工件表面在淬火的作用下快速硬化，工件中部在加热棒的余热作用下进行回火，内部硬度低于工件表面硬度； 成形过程，通过锤击拆除加热棒，同时将工件的两侧面进行夹紧，在膨胀空腔内通过静力压装支撑棒，支撑棒的硬度应大于或者等于工件外表面的硬度，装入完成后，对工件表面进行切割，使得工件的相对表面之间互相平行。
5.如权利要求4所述的一种耐用型铣刀的制造方法，其特征在于:所述成形过程还包括固化过程，所述固化过程为首先对安装好支撑帮的工件进行加热，加热采用热风炉，温度为150~300°C，在工件表面温度达到200°C后，将工件投入到油中进行油冷。
6.如权利要求5所述的一种耐用型铣刀的制造方法，其特征在于:所述固化过程还包括对支撑棒进行加热的过程:将支撑棒加热到300~400°C后，经由空气锤压入到膨胀空腔内。
7.如权利要求4所述的一种耐用型铣刀的制造方法，其特征在于:所述加热棒包括石英外管和电热内管，所述石英外管套接在电热内管上，所述石英外管与圆柱形空腔内壁之间填充有导热硅脂。
8.如权利要求4所述的一种耐用型铣刀的制造方法，其特征在于:所述加热棒采用铜制成。
【文档编号】B23C5/16GK104475849SQ201410789691
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月19日 优先权日:2014年12月19日
【发明者】郭丽娟 申请人:苏州路路顺机电设备有限公司