一种用于切削干冰的刀具及配置该刀具的刀盘的制作方法

本发明涉及干冰加工领域，特别是涉及一种用于切削干冰的刀具及配置该刀具的刀盘。

背景技术：

干冰具有升华特性和低温特性，可应用于注塑件去毛刺、模具清洗等领域。在去毛刺或清洗过程中，所需的干冰为粉末状。而为了减缓干冰升华，干冰成品一般为块状，因此需要通过切削干冰块以得到粉末状干冰。在传统的切削加工中，切屑将作为废料抛弃；而在干冰切削加工中，切屑即切削得到的粉末状干冰将是最终成品，粉末状干冰粒径的大小和均匀性是判断切削质量好坏的依据。

干冰属于难加工材料，其低温特性及形成的崩碎切屑对刀具寿命有着巨大的影响。而传统的用于切削干冰的刀具前角、后角较大，刃口较锋利，但可能导致切削刃处出现弯曲应力，同时使切削刃强度较小，刀具崩刃风险较大；一般情况下，切削刀具的刀尖是工作条件最困难的部位，在刀尖处切削力较为集中，且刀尖是切削刃上切削速度最高的地方，容易磨损。

因此在保证加工效率的前提下，需要合理选择刀具几何参数，保证切削刃和刀尖具有较好的强度，以提高刀具切削干冰时的切削效果和刀具寿命。从目前查阅和检索的结果来看，用于切削干冰的刀具的优化设计仍然鲜有人涉及。

再者，刀盘能够分散布置刀具，结构合理的刀盘在切削时能使切削力分散在各把刀具上，提高切削干冰时的切削效率的同时还能减小刀具的损坏。

有鉴于此，本发明人对用于切削干冰的刀具及刀盘进行深入研究，遂有本案产生。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于切削干冰的刀具及配置该刀具的刀盘，通过合理的选择刀具几何参数，降低刀具崩刃的风险，延长刀具使用寿命，从而降低刀具损耗的费用；通过在刀盘上设置合理的结构，使刀具均匀分散固定在刀盘上，在切削干冰时提高切削效率，以及减小刀具的损坏，进一步降低刀具损耗的费用。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于切削干冰的刀具，包括刀具本体，所述刀具本体上形成有前刀面、后刀面和切削刃；刀具几何参数包括前角γo、后角αo、刃倾角λs、主偏角kr和副偏角kr’五个标注角度，所述前角γo为5°～20°，所述后角αo为5°～20°。

进一步地，所述刃倾角λs为-15°～0°，所述主偏角kr为80°～90°，所述副偏角kr’为5°～10°。

进一步地，所述刀具本体在与所述后刀面相连接的一端面上开设有不少于两个的沉头孔。

一种配置上述刀具的刀盘，包括盘体和多把所述刀具，所述盘体的工作面由所述盘体的中心至盘外方向依次划分为相连的第ⅰ切削区、第ⅱ切削区和第ⅲ切削区，所述刀具分为第一刀具、第二刀具和第三刀具；所述第ⅰ切削区固设所述第一刀具，所述第ⅱ切削区固设所述第二刀具，所述第ⅲ切削区固设所述第三刀具。

进一步地，各所述第一刀具以所述盘体的中心为对称中心呈旋转对称布置，各所述第二刀具以所述盘体的中心为对称中心呈旋转对称布置，各所述第三刀具以所述盘体的中心为对称中心呈旋转对称布置；且各所述第二刀具分别以与相邻的两个所述第一刀具的夹角均为60°的方式布置，各所述第三刀具分别以与相邻的两个所述第二刀具的夹角均为60°的方式布置。

进一步地，各所述第一刀具、各所述第二刀具和各所述第三刀具上分别于所述各沉头孔内设置有螺钉，所述盘体上对应各所述螺钉处开设有相应的螺纹孔，各所述第一刀具、各所述第二刀具和各所述第三刀具分别通过所述螺钉配合所述螺纹孔固定连接在所述盘体上。

进一步地，各所述第一刀具、各所述第二刀具和各所述第三刀具均以切削刃的刃线指向所述盘体的中心的方式布置，且各所述第一刀具、各所述第二刀具和各所述第三刀具的刃口朝向均为顺时针方向或者均为逆时针方向；

进一步地，所述第一刀具延伸至所述第ⅱ切削区内，各所述第二刀具延伸至所述第ⅲ切削区内。

进一步地，各所述第一刀具靠近所述盘体的中心的一端相靠近且存在防碰撞的缝隙，各所述第一刀具靠近所述盘体的中心的端部由刀背向刀刃方向渐缩设置。

进一步地，所述第ⅰ切削区为圆形区域，所述第ⅱ切削区和所述第ⅲ切削区均为环形区域。

采用上述技术方案，具有以下有益效果：

本发明的一种用于切削干冰的刀具，通过选取合理的前角γo和后角αo，使这种刀具在切削干冰时，具有良好切削性能，同时降低了刀具崩刃的风险，延长了刀具的使用寿命，从而降低了刀具损耗的费用。

本发明的一种配置上述刀具的刀盘，通过在第ⅰ切削区、第ⅱ切削区和第ⅲ切削区上分别设置上述刀具，将刀盘切削干冰时的受力分散到三个切削区，使得在刀盘受力一定时各刀具上的受力因分散而减小，即减小了各刀具所受的切削力，降低了各刀具崩刃的风险，延长了各刀具的使用寿命，同时各刀具都可以根据需要进行单独的更换，降低了刀具损耗的费用从而进一步降低干冰清洗的成本。

附图说明

图1为本发明一种干冰清洗机用刀具的结构示意图；

图2为本发明一种干冰清洗机用刀具刃口朝下的结构示意图；

图3为本发明一种干冰清洗机用刀具刃口朝上的结构示意图；

图4为本发明一种干冰清洗机用刀具的剖面结构示意图；

图5干冰清洗机用刀具的后角αo实验数据统计图；

图6干冰清洗机用刀具的主偏角kr实验数据统计图；

图7为本发明的一种配置上述刀具的刀盘的结构示意图；

图8为本发明的一种配置上述刀具的刀盘的盘体结构示意图；

图9为本发明的一种配置上述刀具的刀盘切削干冰的结构示意图。

标号说明：

刀具本体1

前刀面11后刀面12

切削刃13沉头孔14

前角γo后角αo

刃倾角λs主偏角kr

副偏角kr’

盘体2

第ⅰ切削区21第ⅱ切削区22

第ⅲ切削区23螺纹孔24

第一刀具01第二刀具02

第三刀具03螺钉3

干冰4

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细阐述。

本发明一种用于切削干冰的刀具，如图1至6所示，包括刀具本体1，刀具本体1上形成有前刀面11、后刀面12、和切削刃13。

前刀面11为常规定义的前刀面11：刀具上切屑流出的表面；

后刀面12为常规定义的后刀面12：刀具上与工件过渡表面相对的刀面；

切削刃13为常规定义的切削刃13：前面与后面形成的交线，在切削中承担主要的切削任务。

刀具的几何参数包括常规定义的前角γo、后角αo、刃倾角λs、主偏角kr和副偏角kr’五个标注角度。

常规的是在正交平面参考系中定义刀具的标注角度，具体如下：

在基面pr上刀具标注角度有：

主偏角kr──主切削平面ps与假定工作平面pf间的夹角；

副偏角kr’──副切削平面ps′与假定工作平面pf间的夹角。

在切削平面ps上刀具标注角度有：

刃倾角λs──主切削刃与基面pr间的夹角。刃倾角λs有正负之分，当刀尖处于切削刃13最高点时为正，反之为负。

在正平面po上刀具标注角度有：

前角γo──前面ar与基面pr间的夹角。前角γo有正负之分，当前面ar与切削平面ps间的夹角小于90时，取正号；大于90时，则取负号；

后角αo──后面aα与切削平面ps间的夹角。

本发明一种用于切削干冰的刀具中选取：

前角γo为5°～20°；

后角αo为5°～20°；

刃倾角λs为-15°～0°；

主偏角kr为80°～90°；

副偏角kr’为5°～10°。

本发明一种用于切削干冰的刀具选取较小的前角γo和后角αo，具体的前角γo选取5°～20°，后角αo选取5°～20°。在切削干冰块时，前角γo和后角αo均选取5°～20°的刀具能将干冰切削形成崩碎切屑即粉末状干冰，又因为选取较小的前角γo和后角αo使得切屑与前刀面11的接触长度减小，切削力集中在切削刃13附近。

在切削干冰刀具承受的是冲击性载荷，因此选取较小的前角γo和后角αo能够使得切削刃13具有足够的强度，在切削干冰时不容易崩刃。

测试相同切削条件下，前角γo的取值变化对刀具切削力和背向力的影响，得出如下实验数据：

通过实验得出：前角γo为正角时，随着前角γo增大，刀具实际承受的切削力和最大背向力的均减小，又因为前角γo过大(大于20°)时会使得切削刃13的强度减弱至危险程度，在切削干冰时易崩刃；由此本发明一种用于切削干冰的刀具的前角γo为5°～20°，优选的前角γo为15°。

测试相同切削条件下，后角αo的取值变化对刀具切削刃13和后刀面12的磨损率的影响，得出的实验数据统计图如图5所示；

通过实验得出：当后角αo＝3゜时，因为后角较小，工件与刀具后刀面12的摩擦接触长度越大，导致切削刃13和后刀面12的磨损迅速增加；当后角αo＝25゜时，由于后角较大，削弱了切削刃13的强度，后刀面12磨损加剧；当后角αo＝10゜时，具有较低的磨损量以及较长的使用寿命。由此本发明一种用于切削干冰的刀具的后角αo为5°～20°，优选的后角αo为10゜。

本发明一种用于切削干冰的刀具刃倾角λs选取负角，具体的刃倾角λs为-15°～0°，优选的刃倾角λs为-5°；刃倾角λs选取λ为-15°～0°不仅可使远离刀尖处的切削刃13先接触干冰块，避免刀尖处受到冲击，有利于延长刀具使用寿命，还兼顾了切削刃13的切削效率。

本发明一种用于切削干冰的刀具选取较大的主偏角kr，具体的主偏角kr为80°～90°；主偏角kr为80°～90°可使切深抗力fp减小,有利于减小工艺系统的振动，从而减少切削过程中干冰块对刀具的冲击，延长刀具的使用寿命，同时允许切削较大尺寸的干冰块。

测试在相同切削条件下，主偏角kr的取值变化对刀具所受切削力fz的影响，得出的实验数据统计图如图6所示；

通过实验得出：切削力fz随主偏角kr的增加而减小，径向力fy随主偏角kr的增加而减小，即随主偏角kr的增加刀具受到的径向力减小，使得刀具不容易产生断裂，由此本发明一种用于切削干冰的刀具的主偏角kr为80°～90°，优选主偏角kr为90゜。

本发明一种用于切削干冰的刀具选取较小的副偏角kr’，选取较小的副偏角kr’能提高刀尖处强度，具体的副偏角kr’为5°～10°，优选的副偏角kr’为5°。

本发明一种用于切削干冰的刀具优选采用为整体式结构。采用为整体式结构能提高刀具刚性，有效减小切削时产生的振动；本发明一种用于切削干冰的刀具优选采用奥氏体不锈钢材料制成。

刀具本体1在与后刀面12相连接的一端面上开设有不少于两个的沉头孔14，各沉头孔14配合沉头螺钉将刀具固定安装于刀盘上；安装时，沉头螺钉的头部陷入沉头孔14内，避免在切削干冰时沉头螺钉的头部与干冰相刮擦，进而损坏设备。

本发明一种用于切削干冰的刀具配合以下刀盘使用能够具有极佳的切削效果。

本发明还公开了一种配置上述刀具的刀盘，如图1至9所示，包括了盘体2及多把上述刀具，盘体2的工作面由盘体2的中心至盘外方向依次划分为相连的第ⅰ切削区21、第ⅱ切削区22和第ⅲ切削区23，上述刀具分为各自不少于一把的第一刀具01、第二刀具02和第三刀具03；第ⅰ切削区21为圆形区域，第ⅱ切削区22和第ⅲ切削区23均为环形区域；第ⅰ切削区21固设第一刀具01，第ⅱ切削区22固设第二刀具02，第ⅲ切削区23固设第三刀具03。

各第一刀具01以盘体2的中心为对称中心呈旋转对称布置，各第二刀具02以盘体2的中心为对称中心呈旋转对称布置，各第三刀具03以盘体2的中心为对称中心呈旋转对称布置；且各第二刀具02分别以与相邻的两个第一刀具01的夹角均为60°的方式布置，各第三刀具03分别以与相邻的两个第二刀具02的夹角均为60°的方式布置。

如此，以相邻的一把第一刀具01、一把第二刀具02和一把第三刀具03为刀具组，则刀具组以盘体2的中心为对称中心呈旋转对称布置；在使用本干冰清洗机用刀盘切削干冰4时，能够将加工余量均匀地分散到盘体2的三个切削区，受力也将均匀地分散至各第一刀具01、各第二刀具02和各第三刀具03；使得在刀盘受力一定时，各第一刀具01、各第二刀具02和各第三刀具03上的受力因分散而减小，降低了各第一刀具01、各第二刀具02和各第三刀具03崩刃的风险；同时能够将较大切削深度均匀分散到盘体2的三个切削区，减少产生崩碎切屑，从而减少了因形成崩碎切屑而引起的干冰4振动，减小了刀具因干冰4冲击而损坏的风险，使切削过程平稳且不易损坏设备。

再有各第一刀具01、各第二刀具02和各第三刀具03的主体分别位于第ⅰ切削区21、第ⅱ切削区22和第ⅲ切削区23，各第一刀具01、各第二刀具02和各第三刀具03的切削速度、所受的切削力有所不同，与之相对应的各刀具损坏情况也不相同；当第一刀具01、第二刀具02和第三刀具03出现损坏时，可以根据需要对各第一刀具01、各第二刀具02和各第三刀具03进行单独的更换，避免了部分刀刃损坏就整体更换刀具的现象，降低了刀具损耗的费用从而降低干冰清洗的成本。

各第一刀具01、各第二刀具02和各第三刀具03上分别设置有不少于两颗螺钉3，盘体2上对应各螺钉3处开设有相应的螺纹孔24，各第一刀具01、各第二刀具02和各第三刀具03分别通过螺钉3配合螺纹孔24固定连接在盘体2的工作面上。采用不少于两颗螺钉3可对各第一刀具01、各第二刀具02和各第三刀具03进行有效固定，防止在使用本干冰清洗机用刀盘切削干冰4时，各第一刀具01、各第二刀具02和各第三刀具03发生移位。

各第一刀具01、各第二刀具02和各第三刀具03均以切削刃13的刃线指向盘体2的中心的方式布置，且各第一刀具01、各第二刀具02和各第三刀具03的刃口朝向均为顺时针方向或者均为逆时针方向；使得各第一刀具01、各第二刀具02和各第三刀具03的刃口以盘体2的中心为对称中心呈旋转对称布置。

各第一刀具01靠近盘体2的中心的一端相靠近且存在防碰撞的缝隙，各第一刀具01靠近盘体2的中心的端部由刀背向刀刃方向渐缩设置；各第一刀具01的切削刃13向第ⅱ切削区22延伸1毫米，各第二刀具02的切削刃13向第ⅲ切削区23延伸1毫米；如此使得在刀盘上形成完整且连贯的切削区域，保证本干冰清洗机用刀盘切削干冰4时不存在切削盲区，能够全面地切削干冰4。

作为一种优选方案：

螺钉3为沉头螺钉3；安装时各第一刀具01、各第二刀具02和各第三刀具03与盘体2通过沉头螺钉3与螺纹孔24的配合相连接，沉头螺钉3的头部陷入沉头孔14内，避免在切削干冰4时沉头螺钉3的头部与干冰4相刮擦，进而损坏设备。

盘体2为铸铁制成的圆盘，使得盘体2具有高硬度，以满足高强度工作的需求。

上面结合附图对本发明做了详细的说明，但是本发明的实施方式并不仅限于上述实施方式，本领域技术人员根据现有技术可以对本发明做出各种变形，均属于本发明的保护范围。