一种螺旋陶瓷刀齿结构的制作方法

本申请是2016年08月19日提交的发明专利申请201610697427.0(发明名称为”一种陶瓷木工刀具“)的分案申请。

本发明涉及木材及木质复合材料切削加工领域，尤其是应用于木材切削的一种螺旋陶瓷刀齿结构。

背景技术：

众所周知，陶瓷刀具已经广泛应用于金属切削，其诸多优点主要表现在：①陶瓷刀具具有很高的硬度和耐磨性，其常温硬度达91-95hra，超过硬质合金；②陶瓷刀具有很高的耐热性，1200℃下硬度为80hra，强度、韧性降低较少，使其能够比硬质合金高2-10倍的切削速度进行切削加工；③有高的化学稳定性，在高温下仍有较好的抗氧化、抗粘结性能；④有较低的摩擦系数，陶瓷刀具切削加工时的摩擦系数低于硬质合金刀具；⑤陶瓷刀具材料的密度只相当于硬质合金刀具材料的四分之一，可以进一步提高刀具的切削速度(转速)；⑥陶瓷刀具价格低廉，原料丰富。以上优点也为陶瓷刀具应用于木材切削加工领域提供了诸多优势。

相较于金属，木材为高度各向异性且不均匀的天然复合材料、木材内部的抽提物质、木质复合材料内部的胶黏剂或外部的饰面材料及较高的切削速度，陶瓷刀具在切削木材过程中，尤其是在逆铣过程时，切削力为动态切削力，切削力会随着切削刃位置的变化而变化，动态切削力好比变化的冲击载荷一样作用于陶瓷刀具的切削刃，易造成刀具崩刃破损。因此，一般认为陶瓷刀具不适合应用于木材及木质复合材料的切削加工。

技术实现要素：

本发明提供一种螺旋陶瓷刀齿结构，解决的是螺旋陶瓷刀齿结构应用于木材及木质复合材料切削时，易发生刃口崩刃、纤维撕裂撮起、切削加工表面粗糙、尤其是木材节子部位切削质量差和刀具寿命低的问题，提高螺旋陶瓷刀齿结构以及带有螺旋陶瓷刀齿结构的陶瓷木工刀具强度、寿命和切削质量。

为了达到上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

本发明提供一种螺旋陶瓷刀齿结构，包括四块陶瓷刀齿和四块陶瓷刀齿座，所述四块陶瓷刀齿分别对应固定在四块陶瓷刀齿座上；

其中：四块陶瓷刀齿座分别为陶瓷刀齿座ⅰ、陶瓷刀齿座ⅱ、陶瓷刀齿座ⅲ和陶瓷刀齿座ⅳ，四块陶瓷刀齿分别为固定在陶瓷刀齿座ⅰ上的陶瓷刀齿ⅰ、固定在陶瓷刀齿座ⅱ上的陶瓷刀齿ⅱ、固定在陶瓷刀齿座ⅲ上的陶瓷刀齿ⅲ、固定在陶瓷刀齿座ⅳ上的陶瓷刀齿ⅳ；

陶瓷刀齿ⅰ与陶瓷刀齿ⅱ所形成的中心角、陶瓷刀齿ⅱ与陶瓷刀齿ⅲ所形成的中心角、陶瓷刀齿ⅲ与陶瓷刀齿ⅳ所形成的中心角分别为12～14°、9～12°、5～9°；

四块陶瓷刀齿上的前角分别为5°、10°、15°、20°；四块陶瓷刀齿上的后角均为5°；四块陶瓷刀齿上的楔角分别为80°、75°、70°、65°；该结构设计的有益效果是：陶瓷刀齿ⅰ的抗弯强度最大、陶瓷刀齿ⅱ的抗弯强度其次，陶瓷刀齿ⅲ的抗弯强度再降低，陶瓷刀齿ⅳ的抗弯强度最小，实现每一螺旋陶瓷刀齿组中的四块陶瓷刀齿功能性要求，保证楔角大的陶瓷刀齿进行大切削量的切削加工，楔角小的陶瓷刀齿进行高精度的切削加工。这主要是因为大楔角陶瓷刀齿的强度较高和锋利程度较低，而小楔角陶瓷刀齿的强度低和锋利程度高。并且每一螺旋陶瓷刀齿组里的四块陶瓷刀齿前角是逐渐增大，有助于切削质量的逐渐提高。

陶瓷刀齿ⅰ的后刀面上设有垂直于该陶瓷刀齿ⅰ的切削刃的若干条梳齿槽，陶瓷刀齿ⅱ的后刀面上设有垂直于该陶瓷刀齿ⅱ的切削刃的若干条梳齿槽，陶瓷刀齿ⅲ的后刀面上设有垂直于该陶瓷刀齿ⅲ的切削刃的若干条梳齿槽，陶瓷刀齿ⅳ的后刀面上设有垂直于该陶瓷刀齿ⅳ的切削刃的若干条梳齿槽；

相邻两个陶瓷刀齿的后刀面上的梳齿槽呈相互交错设置。该结构设计的有益效果在于：降低了后刀面与切削平面的摩擦和切削力，梳齿槽的设置有助于木材纤维的割断，不会受到纤维方向的影响，避免木材纤维撮起(起毛)，尤其是在切削木材节子部位时，可以提高切削平面的切削质量。

作为优选的，陶瓷刀齿ⅰ与陶瓷刀齿ⅱ所形成的中心角、陶瓷刀齿ⅱ与陶瓷刀齿ⅲ所形成的中心角、陶瓷刀齿ⅲ与陶瓷刀齿ⅳ所形成的中心角分别为13°、10°、7°。该结构设计的有益效果在于：在同一螺旋陶瓷刀齿组中：陶瓷刀齿ⅰ与其相邻另一个螺旋陶瓷刀齿组的相邻陶瓷刀齿ⅳ所形成的中心角最大，因而每一螺旋陶瓷刀齿组中的陶瓷刀齿ⅰ的切削量最大，而随后同一螺旋陶瓷刀齿组中的陶瓷刀齿ⅰ与陶瓷刀齿ⅱ之间、陶瓷刀齿ⅱ与陶瓷刀齿ⅲ之间、陶瓷刀齿ⅲ与陶瓷刀齿ⅳ之间所形成的中心角减小，实现了同一螺旋陶瓷刀齿组的切削量是逐渐减小，保证了切削质量的提高。

作为优选的，四块陶瓷刀齿上的螺旋角分别为5°、4°、3°、2°。该结构设计的有益效果在于：带有螺旋角的螺旋陶瓷刀齿组可以提高陶瓷刀齿的切削质量，并且随着陶瓷刀齿的楔角减小，陶瓷刀齿的螺旋角逐渐减小，这样可以提高陶瓷刀齿的切削稳定性和增加陶瓷刀齿寿命。

作为优选的，四块陶瓷刀齿的后刀面上均设置有斜棱角。该结构设计的有益效果在于：可以增加每个陶瓷刀齿的楔角，提高每个陶瓷刀齿的强度，避免崩刃，增加寿命，而且由于陶瓷材料的低摩擦系数，较小的后角并不会增大后刀面与切削平面之间的摩擦，也不会降低切削平面的切削质量。

本发明中所涉及到的斜棱角是指在陶瓷刀齿后刀面靠近切削刃口位置加工一个倒角。由于本发明陶瓷木工刀具的切削刃口圆弧半径较小，一般在5-10μm，因此设置斜棱角的面宽为40μm左右，这样可以一定程度上增加楔角的大小。

后角是指正交平面中测量的后刀面与切削平面之间的夹角，本发明中所涉及的后角是陶瓷刀齿中的后刀面与其切削平面之间所形成的夹角，具体如3所示。

前角是指正交平面中测量的前刀面与基面之间的夹角。前角的主要作用是使刃口锋利，且影响切削刀的强度。常取为5°～25°，本发明中所涉及的前角是陶瓷刀齿中的前刀面与其基面所形成的夹角，具体如3所示。

楔角是指陶瓷刀齿的前刀面与其后刀面之间的夹角，楔角大小对切削有直接影响，楔角愈大，切削部分强度愈高，所以选择楔角大小应在保证足够强度的情况下，尽量取小的数值。本发明中所涉及的楔角是陶瓷刀齿中的前刀面与其后刀面所形成的夹角，具体如3所示。

螺旋角是指圆柱螺旋线的切线与通过切点的圆柱面直母线之间所夹的锐角。本发明中所涉及的螺旋角是陶瓷刀齿的切削刃所在线与本专利的陶瓷木工刀具的直母线(即中心轴孔的轴线)之间所形成的夹角，具体如3所示。

中心角一般是指一个正多边形的相邻的两个顶点与它的中心的连线的夹角，或者在一圆形中以圆心为顶点﹑半径为两边的，也称圆心角。本发明中所涉及的中心角是相邻两个陶瓷刀齿之间所形成的夹角，具体如3所示。

本发明的技术效果是：本发明的螺旋陶瓷刀齿结构可实现木材及木质复合材料的切削，保证切削加工精度及刀具的可靠性。能够有效避免陶瓷刀齿崩刃，提高陶瓷刀齿结构强度，增加陶瓷刀齿结构寿命，降低切削表面粗糙度，改善切削表面质量，提高切削加工效率。

附图说明

图1为本发明的陶瓷木工刀具立体结构示意图；

图2为本发明的陶瓷木工刀具中一陶瓷刀齿结构的主视图之一；

图3为本发明的陶瓷木工刀具中一陶瓷刀齿结构的主视图之二；

图4为本发明的陶瓷木工刀具中一陶瓷刀齿结构的立体图；

图5为图4中在a视角上一陶瓷刀齿结构的螺旋角结构示意图；

图6为本发明中一陶瓷刀齿结构的结构示意图；

图7为图6中一陶瓷刀齿结构后刀面的结构示意图；

图8为图6中的陶瓷刀齿结构b位置上后刀面斜棱角示意图。

附图标注：刀体1，中心轴孔10，陶瓷刀齿座ⅰ21，陶瓷刀齿座ⅱ22，陶瓷刀齿座ⅲ23，陶瓷刀齿座ⅳ24，陶瓷刀齿ⅰ31，陶瓷刀齿ⅱ32，陶瓷刀齿ⅲ33，陶瓷刀齿ⅳ34，后刀面11，梳齿槽110，斜棱角12。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。

实施1：

如图1～8所示，本发明提供一种螺旋陶瓷刀齿结构，包括四块陶瓷刀齿和四块陶瓷刀齿座，所述四块陶瓷刀齿分别对应固定在四块陶瓷刀齿座上；

如图1～4所示，四块陶瓷刀齿座分别为陶瓷刀齿座ⅰ21、陶瓷刀齿座ⅱ22、陶瓷刀齿座ⅲ23和陶瓷刀齿座ⅳ24，四块陶瓷刀齿分别为固定在陶瓷刀齿座ⅰ21上的陶瓷刀齿ⅰ31、固定在陶瓷刀齿座ⅱ22上的陶瓷刀齿ⅱ32、固定在陶瓷刀齿座ⅲ23上的陶瓷刀齿ⅲ33、固定在陶瓷刀齿座ⅳ24上的陶瓷刀齿ⅳ34；

陶瓷刀齿ⅰ31与陶瓷刀齿ⅱ32所形成的中心角、陶瓷刀齿ⅱ32与陶瓷刀齿ⅲ33所形成的中心角、陶瓷刀齿ⅲ33与陶瓷刀齿ⅳ34所形成的中心角分别为12～14°、9～12°、5～9°；

四块陶瓷刀齿上的前角分别为5°、10°、15°、20°；四块陶瓷刀齿上的后角均为5°；四块陶瓷刀齿上的楔角分别为80°、75°、70°、65°；该结构设计的有益效果是：陶瓷刀齿ⅰ31的抗弯强度最大、陶瓷刀齿ⅱ32的抗弯强度其次，陶瓷刀齿ⅲ33的抗弯强度再降低，陶瓷刀齿ⅳ34的抗弯强度最小，实现每一螺旋陶瓷刀齿组中的四块陶瓷刀齿功能性要求，保证楔角大的陶瓷刀齿进行大切削量的切削加工，楔角小的陶瓷刀齿进行高精度的切削加工。这主要是因为大楔角陶瓷刀齿的强度较高和锋利程度较低，而小楔角陶瓷刀齿的强度低和锋利程度高。并且每一螺旋陶瓷刀齿组里的四块陶瓷刀齿前角是逐渐增大，有助于切削质量的逐渐提高。

如图6～7所示，陶瓷刀齿ⅰ31的后刀面11上设有垂直于该陶瓷刀齿ⅰ31的切削刃的若干条梳齿槽110，陶瓷刀齿ⅱ32的后刀面11上设有垂直于该陶瓷刀齿ⅱ32的切削刃的若干条梳齿槽110，陶瓷刀齿ⅲ33的后刀面11上设有垂直于该陶瓷刀齿ⅲ33的切削刃的若干条梳齿槽110，陶瓷刀齿ⅳ34的后刀面11上设有垂直于该陶瓷刀齿ⅳ34的切削刃的若干条梳齿槽110；

相邻两个陶瓷刀齿的后刀面11上的梳齿槽110呈相互交错设置。该结构设计的有益效果在于：降低了后刀面11与切削平面的摩擦和切削力，梳齿槽110的设置有助于木材纤维的割断，不会受到纤维方向的影响，避免木材纤维撮起(起毛)，尤其是在切削木材节子部位时，可以提高切削平面的切削质量。

如图2～4所示，陶瓷刀齿ⅰ31与陶瓷刀齿ⅱ32所形成的中心角、陶瓷刀齿ⅱ32与陶瓷刀齿ⅲ33所形成的中心角、陶瓷刀齿ⅲ33与陶瓷刀齿ⅳ34所形成的中心角分别为13°、10°、7°。该结构设计的有益效果在于：在同一螺旋陶瓷刀齿组中：陶瓷刀齿ⅰ31与其相邻另一个螺旋陶瓷刀齿组的相邻陶瓷刀齿ⅳ34所形成的中心角最大，因而每一螺旋陶瓷刀齿组中的陶瓷刀齿ⅰ31的切削量最大，而随后同一螺旋陶瓷刀齿组中的陶瓷刀齿ⅰ31与陶瓷刀齿ⅱ32之间、陶瓷刀齿ⅱ32与陶瓷刀齿ⅲ33之间、陶瓷刀齿ⅲ33与陶瓷刀齿ⅳ34之间所形成的中心角减小，实现了同一螺旋陶瓷刀齿组的切削量是逐渐减小，保证了切削质量的提高。

如图5所示，四块陶瓷刀齿上的螺旋角分别为5°、4°、3°、2°。该结构设计的有益效果在于：带有螺旋角的螺旋陶瓷刀齿组可以提高陶瓷刀齿的切削质量，并且随着陶瓷刀齿的楔角减小，陶瓷刀齿的螺旋角逐渐减小，这样可以提高陶瓷刀齿的切削稳定性和增加陶瓷刀齿寿命。

如图8所示，四块陶瓷刀齿的后刀面11上均设置有斜棱角12。该结构设计的有益效果在于：可以增加每个陶瓷刀齿的楔角，提高每个陶瓷刀齿的强度，避免崩刃，增加寿命，而且由于陶瓷材料的低摩擦系数，较小的后角并不会增大后刀面11与切削平面之间的摩擦，也不会降低切削平面的切削质量。

实施2：

如图1～8所示，本发明提供一种陶瓷木工刀具，包括刀体1以及在该刀体1设有一中心轴孔10，其中：所述刀体1是采用45号钢刀体。在刀体1的外侧环设有呈中心对称结构的8个螺旋陶瓷刀齿组，每个螺旋陶瓷刀齿组的中心角均为45°，在任一螺旋陶瓷刀齿组中并排有四块陶瓷刀齿座以及四块陶瓷刀齿分别对应固定在四块陶瓷刀齿座上；

如图1～4所示2：四块陶瓷刀齿座分别为陶瓷刀齿座ⅰ21、陶瓷刀齿座ⅱ22、陶瓷刀齿座ⅲ23和陶瓷刀齿座ⅳ24，四块陶瓷刀齿分别为固定在陶瓷刀齿座ⅰ21上的陶瓷刀齿ⅰ31、固定在陶瓷刀齿座ⅱ22上的陶瓷刀齿ⅱ32、固定在陶瓷刀齿座ⅲ23上的陶瓷刀齿ⅲ33、固定在陶瓷刀齿座ⅳ24上的陶瓷刀齿ⅳ34。

如图3所示：在任一螺旋陶瓷刀齿组中：陶瓷刀齿ⅰ31与陶瓷刀齿ⅱ32所形成的中心角、陶瓷刀齿ⅱ32与陶瓷刀齿ⅲ33所形成的中心角、陶瓷刀齿ⅲ33与陶瓷刀齿ⅳ34所形成的中心角分别为13°、10°、7°；以及任一螺旋陶瓷刀齿组的陶瓷刀齿ⅰ31与其相邻另一个螺旋陶瓷刀齿组的相邻陶瓷刀齿ⅳ34所形成的中心角为15°。该结构设计的有益效果在于：在同一螺旋陶瓷刀齿组中：陶瓷刀齿ⅰ31与其相邻另一个螺旋陶瓷刀齿组的相邻陶瓷刀齿ⅳ34所形成的中心角最大，因而每一螺旋陶瓷刀齿组中的陶瓷刀齿ⅰ31的切削量最大，而随后同一螺旋陶瓷刀齿组中的陶瓷刀齿ⅰ31与陶瓷刀齿ⅱ32之间、陶瓷刀齿ⅱ32与陶瓷刀齿ⅲ33之间、陶瓷刀齿ⅲ33与陶瓷刀齿ⅳ34之间所形成的中心角减小，实现了同一螺旋陶瓷刀齿组的切削量是逐渐减小，保证了切削质量的提高。

如图3所示：在任一螺旋陶瓷刀齿组中：四块陶瓷刀齿(即陶瓷刀齿ⅰ31、陶瓷刀齿ⅱ32、陶瓷刀齿ⅲ33和陶瓷刀齿ⅳ34)上的前角分别为5°、10°、15°、20°；四块陶瓷刀齿上的后角均为5°；四块陶瓷刀齿上的楔角分别为80°、75°、70°、65°。该结构设计的有益效果是：陶瓷刀齿ⅰ31的抗弯强度最大、陶瓷刀齿ⅱ32的抗弯强度其次，陶瓷刀齿ⅲ33的抗弯强度再降低，陶瓷刀齿ⅳ34的抗弯强度最小，实现每一螺旋陶瓷刀齿组中的四块陶瓷刀齿功能性要求，保证楔角大的陶瓷刀齿进行大切削量的切削加工，楔角小的陶瓷刀齿进行高精度的切削加工。这主要是因为大楔角陶瓷刀齿的强度较高和锋利程度较低，而小楔角陶瓷刀齿的强度低和锋利程度高。并且每一螺旋陶瓷刀齿组里的四块陶瓷刀齿前角是逐渐增大，有助于切削质量的逐渐提高。

如图4～5所示：在任一螺旋陶瓷刀齿组中的四块陶瓷刀齿上的螺旋角分别为5°、4°、3°、2°。该结构设计的有益效果在于：带有螺旋角的螺旋陶瓷刀齿组可以提高陶瓷刀齿的切削质量，并且随着陶瓷刀齿的楔角减小，陶瓷刀齿的螺旋角逐渐减小，这样可以提高陶瓷刀齿的切削稳定性和增加陶瓷刀齿寿命。

如图6～7所示：在任一螺旋陶瓷刀齿组中：陶瓷刀齿ⅰ31的后刀面11上设有垂直于该陶瓷刀齿ⅰ31的切削刃的若干条梳齿槽110，陶瓷刀齿ⅱ32的后刀面11上设有垂直于该陶瓷刀齿ⅱ32的切削刃的若干条梳齿槽110，陶瓷刀齿ⅲ33的后刀面11上设有垂直于该陶瓷刀齿ⅲ33的切削刃的若干条梳齿槽110，陶瓷刀齿ⅳ34的后刀面11上设有垂直于该陶瓷刀齿ⅳ34的切削刃的若干条梳齿槽110。而且：在相邻两个陶瓷刀齿的后刀面11上的梳齿槽110呈相互交错设置；以及不同螺旋陶瓷刀齿组中相邻的两个陶瓷刀齿的后刀面11上的梳齿槽110也呈相互交错设置。该结构设计的有益效果在于：降低了后刀面11与切削平面的摩擦和切削力，梳齿槽110的设置有助于木材纤维的割断，不会受到纤维方向的影响，避免木材纤维撮起(起毛)，尤其是在切削木材节子部位时，可以提高切削平面的切削质量。

如图8所示：在任一螺旋陶瓷刀齿组中四块陶瓷刀齿的后刀面11上均设置有斜棱角12。该结构设计的有益效果在于：可以增加每个陶瓷刀齿的有效楔角，提高每个陶瓷刀齿的强度，避免崩刃，增加寿命，而且由于陶瓷材料的低摩擦系数，较小的后角并不会增大后刀面11与切削平面之间的摩擦，也不会降低切削平面的切削质量。

本发明的实施例中所涉及到的斜棱角12是指在陶瓷刀齿后刀面靠近切削刃口位置加工一个倒角。由于本发明的陶瓷木工刀具切削刃口圆弧半径较小，一般在5-10μm，因此设置斜棱角的面宽为40μm左右，这样可以一定程度上增加楔角的大小。

后角是指正交平面中测量的后刀面与切削平面之间的夹角，本发明中所涉及的后角是陶瓷刀齿中的后刀面11与其切削平面之间所形成的夹角，具体如3所示。

前角是指正交平面中测量的前刀面与基面之间的夹角。前角的主要作用是使刃口锋利，且影响切削刀的强度。常取为5°～25°°，本发明中所涉及的前角是陶瓷刀齿中的前刀面与其基面所形成的夹角，具体如3所示。

楔角是指陶瓷刀齿的前刀面与其后刀面11之间的夹角，楔角大小对切削有直接影响，楔角愈大，切削部分强度愈高，所以选择楔角大小应在保证足够强度的情况下，尽量取小的数值。本发明中所涉及的楔角是陶瓷刀齿中的前刀面与其后刀面11所形成的夹角，具体如3所示。

螺旋角是指圆柱螺旋线的切线与通过切点的圆柱面直母线之间所夹的锐角。本发明中所涉及的螺旋角是陶瓷刀齿的切削刃所在线与本发明的陶瓷木工刀具的直母线(即中心轴孔的轴线)之间所形成的夹角，具体如3所示。

中心角一般是指一个正多边形的相邻的两个顶点与它的中心的连线的夹角，或者在一圆形中以圆心为顶点﹑半径为两边的，也称圆心角。本发明中所涉及的中心角是相邻两个陶瓷刀齿之间所形成的夹角，具体如3所示。

本发明的螺旋陶瓷刀齿结构以及带有螺旋陶瓷刀齿结构的陶瓷木工刀具可实现木材及木质复合材料的切削，保证切削加工精度及刀具的可靠性。能够有效避免陶瓷刀齿崩刃，提高陶瓷刀齿结构强度，增加陶瓷刀齿结构寿命，降低切削表面粗糙度，改善切削表面质量，提高切削加工效率。

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。