一种超高压内冷结构的刀具及使用方法
【专利摘要】一种超高压内冷结构的刀具及使用方法，属于机械加工制造【技术领域】，主要应用于加工各种结构复杂的半封闭深型腔。本发明具有强力冷却和超高压靶式内冷断屑功能，有效地解决了半封闭深型腔加工中难以断屑、打刀、振动等工艺难题。一种超高压内冷结构的刀具，包括刀座体，在刀座体内设置有第一通孔；刀座体的内端面上设置有凹槽，转接柄一端与刀座体相连接，另一端与刀板相连接，在转接柄内设置有第二通孔和第三通孔；刀板由刀身和刀片连接座组成，在刀片连接座顶部设置有刀片，在刀板内设置有第四通孔；刀板采用垂直刀板或倾斜刀板。超高压内冷结构的刀具的使用方法，包括如下步骤：粗开内腔；深车内腔；车内腔辐板；车内腔根部；精车内腔。
【专利说明】一种超高压内冷结构的刀具及使用方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机械加工制造【技术领域】，涉及一种超高压内冷结构的刀具及使用方法，主要应用于加工各种结构复杂的半封闭深型腔。
【背景技术】
[0002]在机械加工【技术领域】，特别是在航空发动机、燃气轮机整体盘轴类零件、鼓筒类零件加工制造中，结构复杂的半封闭深型腔加工和采用的刀具结构始终是此类加工的技术关键，直接关系到零件的合格率、加工成本和加工效率，因此此类加工方法特别是所采用的刀
具结构一直备受关注。
[0003]新一代航空发动机，由于零件的结构发生了极大变化，各种结构复杂的深型腔越来越多地出现，对零件的机械加工提出了严峻的考验，如整体盘轴零件具有结构复杂、尺寸精度高、薄壁刚性差、材料难加工等特点，特别是零件的斜锥壁与轮盘的辐板形成了半封闭深型腔结构，敞开性差、结构复杂；在加工过程中，由于刀具进退刀困难、刀具与零件容易产生碰撞、干涉，加工难度极大，特别是在粗加工典型的深型腔时，待加工体是实心结构，加工余量就更大，这对加工非常不利。现有的加工工艺，采用通用机夹刀具加工，盲视下操作，产生了切削缠绕、振动、打刀、零件报废等技术难题。
[0004]随着技术的发展，对加工精度和制造技术水平提出了严格的要求，结构复杂的半封闭深型腔加工技术已经成为一个亟待解决的技术难题，急需一种技术效果优良、针对结构复杂的半封闭深型腔加工的专用刀具，满足不同零件半封闭深型腔的加工需要。
【发明内容】
[0005]针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种超高压内冷结构的刀具及使用方法，其具有强力冷却和超高压靶式内冷断屑功能，有效地解决了半封闭深型腔加工中难以断屑、打刀、振动等工艺难题，可在航空发动机、燃气轮机的结构复杂零件及系列产品中推广应用，在机械加工制造【技术领域】具有广阔的应用前景。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:一种超高压内冷结构的刀具，包括刀座体，在刀座体内设置有第一通孔；刀座体的内端面上设置有凹槽，转接柄一端设置在刀座体的凹槽内，并与刀座体通过设置在凹槽内的连接螺栓相连接，转接柄与连接螺栓之间形成中心腔；转接柄另一端与刀板相连接，在转接柄内设置有第二通孔和第三通孔；刀板由刀身和刀片连接座组成，刀板底部为刀身，其与转接柄相连接，刀板顶部为刀片连接座，刀片连接座与刀身相连接，在刀片连接座顶部设置有刀片，在刀板内设置有第四通孔；所述第一通孔的进水口为高压冷却水进水口，第一通孔的出水口与转接柄的第二通孔的进水口相连通，第二通孔的出水口与中心腔相连通；第三通孔的进水口与中心腔相连通，第三通孔的出水口与刀板的第四通孔的进水口相连通，第四通孔的出水口为刀具冷却水喷口，其设置在刀片连接座顶部；所述刀板采用垂直刀板或倾斜刀板。
[0007]所述刀板的第四通孔的出水口即刀具冷却水喷口数目为三个，分别与刀片前刀面的左、中、右三个切削部位相对应。
[0008]所述第一通孔的直径大于第二通孔、第三通孔及第四通孔的直径，第二通孔、第三通孔及第四通孔的直径相同。
[0009]在所述刀片连接座上设置有T型定位凸台，刀片连接座通过T型定位凸台与刀片上的T型定位槽相连接。
[0010]所述刀片采用切刀或圆头刀片。
[0011]所述转接柄两端为偏心设置。
[0012]所述的超高压内冷结构的刀具的使用方法，包括如下步骤:
[0013]步骤一:粗开内腔
[0014]所述刀具的刀片采用切刀，刀板采用垂直刀板；将刀具安装在机床上，对刀，采用垂直进退刀方式切削，恒线速度切削，直至形成平底内腔后退出；
[0015]步骤二:深车内腔
[0016]采用垂直进退刀方式切削，恒线速度切削，直至形成三角形内腔后退出；
[0017]步骤三:车内腔辐板
[0018]所述刀具的刀片采用圆头刀片，刀板采用倾斜刀板；将刀具安装在机床上，对刀，采用轴向分层切削方式车削内腔辐板；
[0019]步骤四:车内腔根部
[0020]走刀轨迹和切削方式采用径向分层切削方式，多次退刀，形成圆滑转接的内腔根部;
[0021]步骤五:精车内腔
[0022]采用轴向分层切削方式精车内腔内锥面、内腔辐板，采用径向分层切削方式精车内腔根部，直至形成圆滑转接的内腔型面轮廓。
[0023]本发明的有益效果:
[0024]本发明的一种超高压内冷结构的刀具及使用方法，改变了传统的刀具结构和加工模式，有效地解决了半封闭深型腔加工中盲视下操作、切屑缠绕、断屑、冷却、打刀、振动等各项技术瓶颈，为此类零件的加工提供了切实可行的刀具方案。加工后的零件尺寸、技术条件完全满足设计要求，加工效率提高了 3倍，产品超差率下降了 70%以上，使零件切削线速度提高了 20m/min，表面粗糙度值降低了一个等级，刀具寿命提高1.5倍，解决了长期以来零件质量不稳定、超差率高、加工周期长等影响交付的瓶颈问题，为航空发动机复杂零件的优质高效加工提供了切实可行的刀具方案和工艺方法。
[0025]本发明的刀具结构和使用方法发生了根本的改变，具有国内领先水平，技术、经济、质量效益显著，在航空发动机、燃气轮机制造【技术领域】具有广阔的应用和转化前景，尤其在盘鼓、轴颈零件特殊结构的深型腔加工中更独具特点。本发明可在刀具结构、尺寸参数设计原理的基础上，根据实际加工情况进行适当改进，调整刀具尺寸参数，适用于更多的此类产品，扩大使用需求，创造出巨大的经济效益和达到技术、质量的优良效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为采用倾斜刀板的本发明的一种超高压内冷结构的刀具的结构示意图；
[0027]图2为垂直刀板与刀片连接后的结构示意图；[0028]图3为图2的左视图；
[0029]图4为倾斜刀板与刀片连接后的结构示意图；
[0030]图5为图4的左视图；
[0031]图6为本发明的转接柄的结构示意图；
[0032]图7为本发明的刀座体与连接螺栓连接后的结构示意图；
[0033]图8为采用倾斜刀板的本发明的超高压内冷结构的刀具的使用状态的结构示意图；
[0034]图中，1-刀座体，2-转接柄，3-刀板，4-刀身，5-刀片连接座，6_连接螺栓，7_第一通孔，8-高压冷却水进水口，9-第二通孔，10-第三通孔，11-中心腔，12-第四通孔，13-刀具冷却水喷口，14-刀片，15-整体盘轴零件，16-平底内腔，17-三角形内腔，18-内腔辐板，19-内腔根部，20-内腔内锥面。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0036]如图1?7所示，一种超高压内冷结构的刀具，包括刀座体1，在刀座体I内设置有第一通孔7 ;刀座体I的内端面上设置有凹槽，转接柄2 —端设置在刀座体I的凹槽内，并与刀座体I通过设置在凹槽内的连接螺栓6相连接，转接柄2与连接螺栓6之间形成中心腔11，用来防止冷却水回流；转接柄2另一端与刀板3相连接，在转接柄2内设置有第二通孔9和第三通孔10 ;刀板3由刀身4和刀片连接座5组成，刀板3底部为刀身4，其与转接柄2相连接，刀板3顶部为刀片连接座5，刀片连接座5与刀身4相连接，在刀片连接座5顶部设置有刀片14，在刀板3内设置有第四通孔12 ;所述第一通孔7的进水口为高压冷却水进水口 8，其设置在刀座体I的侧壁上，第一通孔7的出水口与转接柄2的第二通孔9的进水口相连通，第二通孔9的出水口与中心腔11相连通；第三通孔10的进水口与中心腔11相连通，第三通孔10的出水口与刀板3的第四通孔12的进水口相连通，第四通孔12的出水口为刀具冷却水喷口 13，其设置在刀片连接座5顶部；所述刀板3采用垂直刀板或倾斜刀板，当刀板3的刀片连接座5与刀身4设置在一条直线上，即刀片连接座5与转接柄2的水平面垂直，则为垂直刀板；当刀板3的刀片连接座5与刀身4不在一条直线上，即刀片连接座5与转接柄2的水平面不垂直，且刀片连接座5朝向转接柄2 —侧，则为倾斜刀板，所述倾斜刀板的刀片连接座5与刀身4形成的夹角为150°。
[0037]所述刀板3的第四通孔12的出水口即刀具冷却水喷口 13数目为三个，直径均为Φ 1mm，分别与刀片14前刀面的左、中、右三个切削部位相对应，第四通孔12的进水口的直径为Φ 3mm。
[0038]所述第一通孔7的直径为Φ 5.5mm,第二通孔9及第三通孔10的直径均为Φ 3mm。
[0039]在所述刀片连接座5上设置有T型定位凸台，刀片连接座5通过T型定位凸台与刀片14上的T型定位槽相连接。
[0040]所述刀片14采用切刀或圆头刀片。
[0041]所述转接柄2两端为偏心设置，偏心距离为30mm，使刀板3长度得以延长，从而提高了刀具深腔加工的可达性，满足了深腔切削的需要。
[0042]所述刀板3高度为120mm，转接柄2与刀板3连接后长度为130mm，刀具总长为251mm0
[0043]如图8所示，某整体盘轴零件15内腔开口宽度仅为40mm，内腔径向深度达79.5mm,内腔根部19宽度仅为10mm，敞开性很差，且为与54度倾斜的内腔内锥面20形成半封闭、多圆弧转接的深型腔，刀具进退刀困难，加工过程中刀具与零件容易产生碰撞、干涉、加工难度极大。特别是典型的深型腔粗加工时，完全是实心结构，加工余量更大。
[0044]以加工此整体盘轴零件15内腔为例，所述的超高压内冷结构的刀具的使用方法，具体包括如下步骤:
[0045]步骤一:粗开内腔
[0046]所述刀具的刀片14采用切刀，刀板3采用垂直刀板；将刀具安装在机床上，对刀，采用垂直进退刀方式切削，顺次切入，恒线速度切削，直至形成深度为35mm的平底内腔16后退出；
[0047]采用参数:刀片宽度:6mm ;线速度:65m/min ;每次切削的切宽:4~5mm ;每层切深
2~3mm ；
[0048]步骤二:深车内腔
[0049]更换切刀，对刀，采用垂直进退刀方式切削，顺次切入，恒线速度切削，直至形成三角形内腔17后退出；
[0050]采用参数:刀片宽度:4mm ;线速度:60m/min ;每次切削的切宽:3~4mm ;每层切深:2mm ;进给率:0.05-0.lmm/r ；
[0051]步骤三:车内腔辐板
[0052]所述刀具的刀片14采用圆头刀片，刀板3采用倾斜刀板；将刀具安装在机床上，对刀，采用轴向分层切削方式车削辐板；
[0053]采用参数:刀片直径:Φ 6mm;每层切削深度≤0.5mm;内冷压力:30MPa ;线速度:70m/min ；
[0054]步骤四:车内腔根部
[0055]圆弧形内腔根部19加工刀具与内腔辐板18加工刀具相同，走刀轨迹和切削方式为径向分层切削，多次退刀以利于排屑，在内腔根部19圆弧最高处进行接刀，保证切削的可达性，形成圆滑转接的内腔根部19 ；
[0056]步骤五:精车内腔
[0057]更换直径为Φ8πιπι的圆头刀片，对刀，采用轴向分层切削方式精车内腔内锥面20、内腔辐板18，采用径向分层切削方式精车内腔根部19，直至形成圆滑转接的内腔型面轮廓。
[0058]在精车内腔过程中应用了 B轴摆动车削加工技术和恒线速度切削，实现了 X、Ζ、B轴三轴联动车削，满足了复杂内腔型面精加工需要，完成整个深型腔的加工，减少换刀、接刀次数、有效避免了刀具振动和接刀痕迹，提高了加工质量。
[0059]在使用过程中，首先将本发明的刀座体I上的高压冷却水进水口 8与机床主轴端面的冷却管相连通，在机床提供30MPa的超高压情况下，超高压冷却水依次通过刀座体I上的第一通孔7、转接柄2上的第二通孔9、中心腔11、第三通孔10、刀板3上的第四通孔12及第四通孔12的出水口即刀具冷却水喷口 13，精确地喷射到刀片14前刀面的左、中、右三个切削部位，切削时当切屑沿前刀面进行卷屑的瞬间，超高压冷却水将切削产生的热量迅速带走，切屑由于极速冷却产生脆裂，同时超高压冷却水在刀具前刀面和切屑之间形成楔状水柱，通过30MPa超高压压力形成强大的冲击力，将切屑打断，从而实现了超高压靶式内冷断屑效果。
【权利要求】
1.一种超高压内冷结构的刀具，其特征在于包括刀座体，在刀座体内设置有第一通孔；刀座体的内端面上设置有凹槽，转接柄一端设置在刀座体的凹槽内，并与刀座体通过设置在凹槽内的连接螺栓相连接，转接柄与连接螺栓之间形成中心腔；转接柄另一端与刀板相连接，在转接柄内设置有第二通孔和第三通孔；刀板由刀身和刀片连接座组成，刀板底部为刀身，其与转接柄相连接，刀板顶部为刀片连接座，刀片连接座与刀身相连接，在刀片连接座顶部设置有刀片，在刀板内设置有第四通孔；所述第一通孔的进水口为高压冷却水进水口，第一通孔的出水口与转接柄的第二通孔的进水口相连通，第二通孔的出水口与中心腔相连通；第三通孔的进水口与中心腔相连通，第三通孔的出水口与刀板的第四通孔的进水口相连通，第四通孔的出水口为刀具冷却水喷口，其设置在刀片连接座顶部；所述刀板采用垂直刀板或倾斜刀板。
2.根据权利要求1所述的超高压内冷结构的刀具，其特征在于所述刀板的第四通孔的出水口即刀具冷却水喷口数目为三个，分别与刀片前刀面的左、中、右三个切削部位相对应。
3.根据权利要求1所述的超高压内冷结构的刀具，其特征在于所述第一通孔的直径大于第二通孔、第三通孔及第四通孔的直径，第二通孔、第三通孔及第四通孔的直径相同。
4.根据权利要求1所述的超高压内冷结构的刀具，其特征在于在所述刀片连接座上设置有T型定位凸台，刀片连接座通过T型定位凸台与刀片上的T型定位槽相连接。
5.根据权利要求1所述的超高压内冷结构的刀具，其特征在于所述刀片采用切刀或圆头刀片。
6.根据权利要求1所述的超高压内冷结构的刀具，其特征在于所述转接柄两端为偏心设置。
7.采用权利要求1所述的超高压内冷结构的刀具的使用方法，其特征在于包括如下步骤: 步骤一:粗开内腔 所述刀具的刀片采用切刀，刀板采用垂直刀板；将刀具安装在机床上，对刀，采用垂直进退刀方式切削，恒线速度切削，直至形成平底内腔后退出； 步骤二:深车内腔 采用垂直进退刀方式切削，恒线速度切削，直至形成三角形内腔后退出； 步骤三:车内腔辐板 所述刀具的刀片采用圆头刀片，刀板采用倾斜刀板；将刀具安装在机床上，对刀，采用轴向分层切削方式车削内腔辐板； 步骤四:车内腔根部 走刀轨迹和切削方式采用径向分层切削方式，多次退刀，形成圆滑转接的内腔根部； 步骤五:精车内腔 采用轴向分层切削方式精车内腔内锥面、内腔辐板，采用径向分层切削方式精车内腔根部，直至形成圆滑转接的内腔型面轮廓。
【文档编号】B23B27/10GK103586495SQ201310465513
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】姜雪梅, 潘玉良, 赵鹏飞, 闫沙林, 陈亚莉 申请人:沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司