[其他]超薄结构刀具

说明书

本发明涉及一种带超薄刀片的超薄结构金属切削刀具。

众所周知，金属切削刀具的切削性能取决于刀具结构参数，刀具材料及其它们的制造工艺。完善的刀具设计应求得它们三方面的良好匹配。现有刀具材料性能中强度与耐磨性是相互矛盾的，至今未能解决，要解决也是非常难的技术问题。但刀具性能要求刀具材料本身要具备强度和耐磨性兼优的性能。从材料成分和制造工艺上看，目前尚不能解决这一对矛盾，应从其他途径来解决。现有刀具结构均属于三维空间结构（指切削刃部分），设计方法也是三维空间设计的方法，这种方法对简单刀具设计问题不大，对复杂、成形刀具就显得太繁杂，且加工制造难度很大。另外，刀具材料均很贵，有的元素中国甚缺，因而还存在一个节约材料的问题。

近年来，美国通用电气公司发明了一种“凸耳式”硬质合金刀具（见中国株洲硬质合金厂编辑出版的《国外硬质合金》杂志1985年第2期第54～61页），在钛合金制品的切削加工中显著地提高了刀具寿命，可使用3～5倍于常规的切削速度，並能获得很高的加工光洁度，其特征是：在普通可转位刀片上沿副切削刃做出宽0.4～1.27毫米、凸出刀片体约0.75～1.5毫米的一条悬臂边带，靠由极微细崩刃产生的所谓“逆磨损自锐”使刀具继续保持其切削能力。但这种刀具有很大的局限性，即它只适用于切削深度在“凸耳”悬伸范围以内的纵向切削，並且随着刀具的迅速磨损，必须及时补偿刀具的位置，否则已加工面会出现锥度（或者斜度）。此外，这种刀具的结构和设计方法仍未摆脱三维空间的范围，更未考虑利用刀具结构参数来改善刀具切削部分受力后的应力状态，从而提高刀具的强度问题。因此，仍未解决前述存在的问题。

本发明的目的，就是研究开发一种具有超薄结构特征的金属切削刀具（简称超薄结构刀具），以解决前述存在的问题。

本发明的构思：总的构思概括起来分为下述三方面的构思要点：

1.薄板理论的应用

当薄板的挠度远小于该薄板的厚度时，其内部呈压应力状态。将刀片做成超薄型刀片，使其后面与被加工件的接触受到限制;刀具切削区的应力将呈更完整的三向受压状态，从而能大幅度提高刀具的承载能力。因此，将刀片做成超薄型刀片，对现代刀具材料的耐磨性高而抗拉强度低的特性来说，是极为有利的。

2.等效后角概念及零度后角的提出

刀具在切削过程中终究要产生磨损，由于这种磨损区的存在使刀具並不在理想后角的条件下工作，而是存在一个与实际切削状态相符的等效后角，随着磨损量的增大，等效后角逐渐变为零度。由此可得出一个重要的概念，即只要将刀具后面与工件的接触限制在一定范围内，刀具后角即使设计成零度，也可以正常使用。

3.刀具二维平面设计方法的提出

在刀具后角为零度的条件下，就可将刀具设计由传统的三维空间设计简化成二维平面设计。这尤其在成形复杂刀具设计中将大大受益，同时简化刀具的制造和减轻加工难度。

本发明就是基于前述总构思完成的，其技术要点如下：

1.超薄刀片厚度及其悬伸于刚性刀垫的伸出量的确定。

超薄刀片厚度的确定必须遵循两条原则，其一是根据弹性力学中的薄板理论，把刀片做成其厚度比它的其他尺寸小得多的超薄刀片，使其在切削力的作用下其内部应力呈压应力状态，有利于提高超薄刀片的承载能力;其二是必须考虑该种刀具允许磨损的最大值。故超薄刀片的厚度应在0.2～2.5毫米范围内选取。

超薄刀片悬伸于刚性刀垫的伸出量的确定必须遵循弹性力学中薄板理论的薄板产生的弯曲变形（通常称为挠度）应小于薄板厚度的原则，同时考虑切削刃的强度。因此，不管超薄刀片的形状如何，其切削刃部分总是悬伸于刀垫之外，其伸出量应为该刀片厚度的0.1～0.4。

2.超薄结构刀具零度后角的确定

在传统的刀具三维空间设计中，人们一直认为刀具必须有正的后角才能使切削加工顺利进行並获得良好的被加工件。在实际切削加工过程中，被加工件要产生弹性变形，而且刀具的后面终究要产生磨损，刀具的工作后角並不是理想的后角，而是存在一个与实际切削状态相符合的不断变化的后角，我们称它为等效后角，随着后面磨损量的增大，等效后角逐渐变为零度。当控制刀具后面与被加工件的接触保持在一定的范围，即把刀片做成前述的超薄刀片，刀具设计中即使把后角设计成零度，也可以正常使用。因此，不管超薄结构刀具的类型如何，其刀具的后角值取为零度。

3.超薄结构刀具的结构