一种切削211Z铝合金的微结构硬质合金车刀片的制作方法

本发明涉及一种切削加工领域用的切削刀具，特别是一种切削211Z铝合金的微结构硬质合金车刀片。

背景技术：

切削加工是机械制造业材料去除的主要手段，而切削刀具的好坏直接影响了切削加工的效率及加工质量。在切削加工中，切削刃作为去除材料的主要部位，切削刃及切削刃附近的前刀面区域(切削刃近域是指刀具前刀面上靠近切削刃的微小区域，如图2中虚线包围的区域)工作环境最为恶劣，而其结构又直接关系到刀具的耐用度和加工的效率及加工质量，所以合理的切削刃及切削刃近域结构设计对提升车刀的性能尤为重要。目前行业对刀具前刀面的结构设计主要集中减摩槽的设计和断屑槽的设计，前者主要关注如何减小刀具与切屑底部金属的摩擦，已达到降低切削温度提高耐用度的目的，后者关注如何合理设计使切屑能够按照要求折断或弯曲，避免影响加工和加工表面质量。切削加工时，刀具的温度会急剧升高，这不仅会降低刀具的耐用度，而且还会降低切削加工质量。目前行业主要采用的降温手段为在加工时使用冷却液降温，该降温方式只能降低车刀表面的温度。通过上述可知，目前行业还没有如何降低切削温度对车刀切削刃近域的结构设计。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种切削211Z铝合金的前刀面切削刃近域微结构硬质合金车削刀片。本发明具有降低切削温度和提高刀具耐用度的特点。

本发明的技术方案：一种切削211Z铝合金的微结构硬质合金车刀片，包括前刀面，前刀面的边缘设有主切削刃，前刀面的切削刃近域处设有微槽；所述的微槽呈直槽型。

前述的切削211Z铝合金的微结构硬质合金车刀片中，所述的微槽在垂直于主切削刃的平面上的截面为非对称曲线型，微槽的底面呈平面或弧面，微槽的最大深度H为0.05～0.3mm。

前述的切削211Z铝合金的微结构硬质合金车刀片中，所述的微槽的长度L为1～3.5mm，微槽的最大宽度W为0.3～1.5mm。

前述的切削211Z铝合金的微结构硬质合金车刀片中，所述的微槽的靠近主切削刃一侧的外缘距主切削刃的距离T为0.08～0.5mm。

前述的切削211Z铝合金的微结构硬质合金车刀片中，所述的微槽的外缘与主切削刃的连接形式为等高型或不等高型。

前述的切削211Z铝合金的微结构硬质合金车刀片中，沿垂直于主后刀面方向观察，所述的主切削刃呈弧线型或直线型。

有益效果

与现有技术相比，本发明通过在前刀面切削刃近域处设置直槽型的微结构，使刀具在切削211Z铝合金时，刀-屑实际接触区域(该区域位于切削刃近域)的温度降低从而有效提高刀具的耐用度。众所周知，刀具在切削过程中，刀-屑接触区会发生剧烈摩擦和形变，产生局部高温高压，产生大量切削热；同时在切削过程中第一变形区发生剪切滑移，剪切区域的抗剪切变形功几乎全部转化为切削热，经过热量的传递，也会导致刀具切削温度的升高。本发明中，申请人通过对211Z铝合金的大量实验分析发现，当在前刀面上距主切削刃0.08～0.5mm(最优为0.11mm)的距离(该距离为靠近主切削刃一侧的外缘距主切削刃的距离，即T)置入“直槽”型微槽结构，微槽的最大深度H在0.05～0.3mm间且微槽的长度L为1～3.5mm，最大宽度W为0.3～1.5mm时，切削刃近域的新结构有较明显降温效果；主要是因为：1)微槽的存在增大了切屑与刀具前刀面接触面积，降低了刀具在刀-屑接触处区的正应力，该正应力逐渐减小到某一临界值，降低了切屑底层金属内部发生内摩擦的可能，使得原本刀-屑接触区部分内摩擦区域转化为外摩擦区域即粘结摩擦区转化为滑动摩擦区，由于内摩擦区域是刀具热量的主要来源区域，该区域的减小导致了刀具温度降低；2)微槽的存在改变了刀具切削过程的热力耦合作用，改变了第一变形区应力应变状态，改善了第一变形区剪切滑移，降低切削热的产生。综合作用使得刀具切削温度得到有效降低，进而有效确保了车刀具的耐用度。

本发明在使用时，微槽还有断屑的功能，微槽使得切削过程中切屑沿其表面流动，弯曲的表面对切屑的流动产生一定阻挡作用从而使得切屑发生卷曲，当切屑流经微槽外边缘时，受到该处的高应力作用，当切削因受到局部应力作用而发生的应变达到其极限应变值时，切屑会发生折断。与通常的断屑槽和减摩槽相比，本发明微槽的不同之处，除了上述设计原理之外，微槽所处的位置主要在前刀面切削刃近域的刀-屑接触区，尺度上一般小于断屑槽和减摩槽，且其所处位置的范围相对远离主切削刃；切削过程中本发明微槽刀具与切屑底层的接触状几乎全接触或绝大部分接触，增大了切屑与刀具前刀面接触面积，降低了刀具在刀-屑接触处区的正应力；而普通减摩槽刀具与切屑底层的接触为不完全接触，因为普通减摩槽的设计主要目的是减少刀具与切屑底层的接触。

为了能更好证明本发明的有益效果，申请人做了如下仿真实验：使用普通硬质合金车刀片(以下简称对照车刀)与本发明进行切削211Z铝合金仿真对比。

上述的对照车刀与本发明每一组对比实验均在相同切削条件下进行，切削211Z铝合金的仿真对比实验方案及结果如表1所示。

表1

由表1可知，采用本发明能有效降低刀具的最高，降温幅度达10～20％，降温效果明显。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的M处的结构示意图；

图3是零前角时图2的A-A截面上的结构示意图；

图4是负前角时图2的A-A截面上的结构示意图；

图5是正前角时图2的A-A截面上的结构示意图；

图6是Vc＝500m/min、f＝0.25mm、a_p＝2mm和γ0为0°时，微槽的刀-屑接触状态仿真图；

图7是Vc＝300m/min、f＝0.15mm、a_p＝1.5mm和γ₀为0°时，微槽的刀-屑接触状态仿真图；

图8是Vc＝500m/min、f＝0.25mm、a_p＝2mm和γ₀为-15°时，微槽的刀-屑接触状态示意图；

图9是Vc＝300m/min、f＝0.15mm、a_p＝1.5mm和γ₀为-15°时，微槽的刀-屑接触状态仿真图；

图10是Vc＝Vc＝500m/min、f＝0.25mm、a_p＝2mm和γ₀为15°时，微槽的刀-屑接触状态仿真图；

图11是Vc＝300m/min、f＝0.15mm、a_p＝1.5mm和γ₀为15°时，微槽的刀-屑接触状态仿真图。

附图中的标记为：1-前刀面，2-主切削刃，3-外缘，4-切削刃近域，5-微槽，6-刀尖，7-底面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例1。一种切削211Z铝合金的微结构硬质合金车刀片，其构成如图1和2所示，包括前刀面1，前刀面1的边缘设有主切削刃2，前刀面1的切削刃近域4处设有微槽5；所述的微槽5呈不对称、整体不等宽和不等深的直槽型微结构(如图2所示)。

前述的微槽5(如图3所示)的截面为非对称曲线型，微槽5的底面7呈平面或弧面，微槽5的最大深度H为0.05～0.3mm。

前述的微槽5的长度L为1～3.5mm；微槽5的最大宽度W(如图2所示)为0.3～2.5mm。

前述的微槽5的靠近主切削刃2一侧的外缘3距主切削刃2的距离T(如图2所示)为0.08～0.5mm，最优为0.11mm。

前述的微槽5的外缘3与主切削刃2的连接形式为等高型(零前角，如图3所示)或不等高型(正、负前角)(如图4和5所示)。

沿垂直于主后刀面方向观察，前述的主切削刃2呈弧线型或直线型。