用于碳纤维复合材料加工用PCD铣刀的制作方法

本实用新型涉及刀具技术领域，特别是涉及一种用于碳纤维复合材料加工用PCD铣刀。

背景技术：

聚晶金刚石(Polycrystalline diamond，简称PCD)具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等特性，可在高速切削中获得很高的加工精度和加工效率，聚晶金刚石被广泛应用于刀具领域中。传统碳纤维复材加工用PCD铣刀在实际使用中容易使碳纤维复材上下表面产生毛刺，影响工件质量。这主要是因为传统铣削刀具通常采用右旋设计，在铣削过程中会产生沿刀具轴向朝刀柄一方的较大的铣削分力，碳纤维材料具有较高的韧性，难以切断，所以极易在工件表面上产生大量毛刺。在此基础上又设计出左旋的铣削工具，然而还是会在工件上产生相反方向的毛刺，因此又产生出一种直槽直刃铣削刀具，该类刀具的轴向铣削力分力有效降低，能减轻毛刺现象，但是刀具径向力随之增大，产生更大加工振动，因而并不能完全去除毛刺。随着近年来碳纤维复合材料应用日趋广泛，对加工碳纤维复合材料的高效铣刀需求日益增多，传统刀具已无法满足实际加工生产需求，新型高效的碳纤维复合材料铣刀成为当下市场的热门需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术之不足，提供一种用于碳纤维复合材料加工用PCD铣刀，能够实现对碳纤维复合材料的高效铣削，可有效抑制毛刺的产生，提升工件加工表面质量，也能通过本实用新型所提供的刀具，进行其他难加工材料的加工。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于碳纤维复合材料加工用PCD铣刀，包括刀片和刀杆；刀杆为硬质合金材料制作而成；所述刀杆的一端设有刀片安装座，刀杆的另一端设有柄部；所述刀片安装座中还开有依中心线周向分布的至少一个容屑槽；所述刀片固定在所述容屑槽中；所述刀片具有双刃断屑齿铣削刃，所述双刃断屑齿铣削刃包括铣削刃前端、由数个铣削刃单元组成的铣削刃主体和铣削刃后端，其中，一个铣削刃单元包括一个双刃断屑齿和一个断屑槽，所述一个双刃断屑齿包括一个第一铣削刃和一个第二铣削刃，且第一铣削刃的螺旋角β1与第二铣削刃的螺旋角β2旋向相反。

所述的刀片包括PCD材料制作而成的切削层和硬质合金材料制作而成的基体层；所述切削层复合在所述基体层上，并通过所述基体层焊接固定在所述刀杆的刀片安装座中；所述铣削刃前端包括底刃和部分周刃；所述铣削刃主体和铣削刃后端均处于周刃上。

所述第一铣削刃的螺旋角β1为左旋，第二铣削刃的螺旋角β2为右旋，且螺旋角β1的范围为20°～90°，螺旋角β2的范围为-20°～70°；相邻的铣削刃单元的两个双刃断屑齿之间均由断屑槽所隔开，从而使得每个铣削刃单元的第二铣削刃与相邻的铣削刃单元的第一铣削刃成不连续状态，以利用铣削刃主体的不连续性导致切削过程中所形成的切屑不连续，使切屑变得细小，有利于断屑。

所述双刃断屑齿上的第一铣削刃的长度为La，第二铣削刃的长度为Lb，双刃断屑齿的切削长度L为第一铣削刃的长度La在轴向的投影距离与第二铣削刃的长度Lb在轴向的投影距离之和，公式表述为L＝La×cosβ1+Lb×cosβ2。

所述双刃断屑齿上的第一铣削刃处在双刃断屑齿与断屑槽相接的一边，所述双刃断屑齿上的第二铣削刃处在连接相邻的两个断屑槽之间的一边；断屑槽的长度b1与双刃断屑齿的第一铣削刃的长度La的关系满足如下公式：La＝b1×cosβ2/cosβ1。

所述断屑槽通过开槽角度α开槽形成，断屑槽的开槽角度α满足如下公式：α＝β1+β2。

所述刀片的切削层厚度为h1，刀片的基体层厚度为h2，所述刀片的切削层的厚度h1与断屑槽的长度b1应满足如下关系：b1≤h1×cosβ1cosα/cosβ2。

所述容屑槽包括焊接面和容屑面，焊接面具有前角γ1，所述刀片的周刃具有前角γ2，所述刀片所对应的向心角为γ3，则焊接面的前角γ1、刀片的周刃的前角γ2和刀片的向心角为γ3应满足如下关系：γ1＝γ2+γ3。

所述刀杆的一端的刀片安装座开有多个容屑槽，每个容屑槽对应装配一个刀片，各个刀片的铣削刃前端中，其切削层长度为LD，其基体层长度为Ld，并且LD>Ld；各个刀片的切削层长度LD不相同，基体层长度Ld也不相同；各个刀片中，切削层长度LD的最大值与最小值之间的差值不小于一个断屑槽长度b1，即为LDmax-LDmin≥b1。

与现有技术相比较，本实用新型的有益效果是：

本实用新型采用高强度材质PCD作为切削刃，在保证刃口强度的条件下，进一步通过独创的双刃断屑齿铣削刃结构设计，增加双刃断屑齿和断屑槽结构，提升了刀具加工碳纤维复材的断屑性能，极大降低了毛刺的产生，并且通过双刃断屑齿的双刃双螺旋角结构设计，减小了铣削过程中的轴向分力，进而抑制了工件边缘毛刺翻边现象。相对于传统的铣刀，双刃断屑齿铣削刃的周刃实际切削长度有所增加，因此在其他工况不变的情况下，单位长度的周刃所承担的压力有所降低，有利于提高刀具寿命；并且，通过对双螺旋角的控制，可以有效控制铣削过程中的轴向铣削分力，有助于解决碳纤维复合材料工件边缘毛刺翻边现象；最后，双刃断屑齿在铣削过程中与工件具有一定楔合作用，有利于降低刀具颤振幅度。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明；但本实用新型的一种用于碳纤维复合材料加工用PCD铣刀不局限于实施例。

附图说明

图1是刀具装配图。

图2是双刃断屑齿铣削刃主视图。

图3是局部双刃断屑齿示意图。

图4是双刃断屑齿结构分析图。

图5是双刃断屑齿铣削刃俯视图。

图6是双刃断屑齿铣削刃底刃示意图。

图7是刀片安装于刀杆的刀片安装座的主视图。

图8是刀片安装于刀杆的刀片安装座的左视图。

图9是铣削刃前端局部示意图。

图中，10：刀片；1：双刃断屑齿铣削刃；2：刀杆；3：铣削刃前端；4：双刃断屑齿；5：铣削刃单元；6：断屑槽；7：铣削刃后端；8：刀片安装座；9：容屑槽；20：柄部；11：容屑面；12：焊接面；1a：切削层；1b：基体层；1c：后刀面；2a：铣刀中心线；3a：底刃；3b：圆角；3c：周刃。4a：第一铣削刃；4b：第二铣削刃；5a：铣削刃主体。

具体实施方式

实施例

如图1至图9所示，本实用新型的一种用于碳纤维复合材料加工用PCD铣刀，包括刀片10和刀杆2；刀杆2为硬质合金材料制作而成；所述刀杆2的一端设有刀片安装座8，刀杆的另一端设有柄部20；所述刀片安装座8中还开有依中心线周向分布的四个容屑槽9；所述刀片10固定在所述容屑槽9中；所述刀片10具有双刃断屑齿铣削刃1，所述双刃断屑齿铣削刃1包括铣削刃前端3、由11个铣削刃单元5组成的铣削刃主体5a和铣削刃后端7，其中，一个铣削刃单元5包括一个双刃断屑齿4和一个断屑槽6，所述一个双刃断屑齿4包括一个第一铣削刃4a和一个第二铣削刃4b，且第一铣削刃4a的螺旋角β1与第二铣削刃4b的螺旋角β2旋向相反。螺旋角β1与螺旋角β2旋向相反，在铣削过程中轴向铣削分力能部分抵消，第一铣削刃4a增加了实际铣削刃的长度，有效降低单位长度铣削刃上的压力，有助于提高刀具寿命。

所述的刀片10包括PCD材料制作而成的切削层1a和硬质合金材料制作而成的基体层1b；所述切削层1a复合在所述基体层1b上，并通过所述基体层1b焊接固定在所述刀杆的刀片安装座中；所述铣削刃前端3包括周刃3c和底刃3a；所述铣削刃主体5a和铣削刃后端7均处于周刃上。

所述第一铣削刃4a的螺旋角β1为左旋，第二铣削刃4b的螺旋角β2为右旋，本实施例中，螺旋角β1为45°，螺旋角β2为0°；相邻的铣削刃单元的两个双刃断屑齿4之间均由断屑槽6所隔开，从而使得每个铣削刃单元5的第二铣削刃4b与相邻的铣削刃单元5的第一铣削刃4a成不连续状态，以利用铣削刃主体5a的不连续性导致切削过程中所形成的切屑不连续，使切屑变得细小，有利于断屑，由于铣削刃主体的不连续性，导致产生的切屑也变成众多细小的切屑，能有效提高刀具的断屑性能。

如图2和图3所示，由于断屑槽6的存在，导致第二铣削刃4b与相邻的铣削刃单元5上的第一铣削刃4a是不连续的，铣削刃主体5a整体的不连续性导致切削过程中所形成的切屑不连续，切屑变得细小，有利于断屑。

由图1、图3和图8可知，刀片10的基体层1b底面形状与刀杆2的焊接面12形状相同，由图2和图6可知，铣削刃前端3包括周刃3c和底刃3a，铣削刃单元5处于周刃3c上，周刃3c具有一定的周刃后角α1，底刃3a具有一定的底刃后角α2。

如图3和图4所示，双刃断屑齿4包括第一铣削刃4a和第二铣削刃4b两个部分，因增加了第一铣削刃4a，实际铣削刃的长度La+Lb相对有所增加，进而有效降低单位长度铣削刃上的压力。

所述双刃断屑齿4上的第一铣削刃4a的长度为La，第二铣削刃4b的长度为Lb，双刃断屑齿4的齿长Lb是2mm，实际切削长度L为第一铣削刃4a长度La在轴向的投影与第二铣削刃4b长度Lb在轴向的投影距离之和，公式表述为

L＝La×cosβ1+Lb×cosβ2＝b1+Lb＝2.5mm。

断屑槽6长度b1与双刃断屑齿4的第一铣削刃4a长度La的关系公式表述为

La＝b1×cosβ2/cosβ1≈0.7mm。

断屑槽6的开槽角度α＝45°与螺旋角β1及螺旋角β2的关系公式表述为

α＝β1+β2＝β1＝45°。

断屑槽6为保证切削层1a具有足够的厚度h1，断屑槽6长度b1应满足关系

b1≤h1×cosβ1cosα/cosβ2，即b1≤1/2h1。

如图4所示，当螺旋角β2不为0°时，图4进一步表示了第一铣削刃4a、第二铣削刃4b、切削层1a厚度h1、断屑槽6长度b1、开槽角度α、螺旋角β1和螺旋角β2的结构关系，开槽角度α为固定的角度，不随螺旋角β1和螺旋角β2改变。

由图5可知，铣削刃前端3和所述铣削刃后端7均为不完整的铣削刃单元，铣削刃前端3包括底刃3a、圆角3b和部分周刃3c，断屑槽深度S1＝0.8mm。断屑槽深度S1其范围大小与铣削刃主体的强度有关，断屑槽深度S1越大，铣削刃主体强度越低。

如图7所示，刀杆2的一端为刀片安装座8，另一端为柄部20，刀片安装座8开有依铣刀中心线2a周向分布的容屑槽9。

如图8所示，容屑槽9包括容屑面11和焊接面12，焊接面12具有一定的前角γ1，通过控制焊接面12的前角γ1，进而控制双刃断屑齿铣削刃1周刃前角γ2，PCD刀片所对应的向心角为γ3，本实施例中，满足关系：γ2＝γ1-γ3＝0°。

如图8所示，刀片安装座8通过控制容屑槽9数量控制双刃断屑齿铣削刃1的数量，本实例中容屑槽9的数量是4个。

如图9所示，铣削刃前端3为不完整切削刃单元，其切削层长度为LD，其基体层长度为Ld，并且存在关系：LD>Ld，在实际切削过程中，所述铣削刃一长度La还受实际的铣削进给量影响，为保证铣削均匀，所述周向分布的各个双刃断屑齿铣削刃的切削层长度LD1、LD2、LD3、LD4不完全相同，其中，切削层长度LD的最大与最小距离的差值不小于一个断屑槽长度b1，公式表述为为LDmax-LDmin≥b1，本实例中LDmax-LDmin＝b1+Lb。

本实用新型的一种用于碳纤维复合材料加工用PCD铣刀，是采用高强度材质PCD作为切削刃，在保证刃口强度的条件下，进一步通过独创的双刃断屑齿铣削刃结构设计，增加双刃断屑齿4和断屑槽6结构，提升了刀具加工碳纤维复材的断屑性能，极大降低了毛刺的产生，并且通过双刃断屑齿4的双刃双螺旋角结构设计，减小了铣削过程中的轴向分力，进而抑制了工件边缘毛刺翻边现象。相对于传统的铣刀，双刃断屑齿铣削刃的周刃实际切削长度有所增加，因此在其他工况不变的情况下，单位长度的周刃所承担的压力有所降低，有利于提高刀具寿命；并且，通过对双螺旋角的控制，可以有效控制铣削过程中的轴向铣削分力，有助于解决碳纤维复合材料工件边缘毛刺翻边现象；最后，双刃断屑齿在铣削过程中与工件具有一定楔合作用，有利于降低刀具颤振幅度。

上述只是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。