CN108789856A - 一种自冷却立式石材加工刀具及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自冷却立式石材加工刀具及其制造方法，自冷却立式石材加工刀具包括刀体和刀柄，刀体上设有主刀刃和副刀刃，刀柄上设有主冷却孔，主冷却孔是深度延伸至刀体以内的盲孔，主冷却孔内壁上设有多个沿着刀柄径向外延伸的副冷却孔；制造方法包括通过烧结或化学气相沉积法制备刀坯、使用铣床铣削加工出螺旋沟槽、使用磨磨削加工主刀刃和副刀刃、使用电火花打孔机加工出主冷却孔和副冷却孔；采用本发明的技术方案，聚晶金刚石材料具有很高的硬度，大幅度提高了刀具的切削性能，冷却液流经主冷却孔和副冷却孔对刀具进行冷却，避免了使刀具局部区域受热过大，保护了刀具，延长了刀具使用寿命，使刀具结构强度较高，提高了工件加工质量。
Description
技术领域
本发明属于石材加工工艺装备技术领域，尤其涉及一种自冷却立式石材加工刀具及其制造方法。
背景技术
随着石材加工行业的发展壮大，石材加工工艺过程中所需使用的切割刀具的需求量也日益增加，在目前的市场上，提供了多种用于切割石材的切割刀具，目前，应用最广泛的用于切割石材的刀具主要为刀轮，一般由整体硬质合金制造的，它在石材上滚动，利用有刀尖角的刃口切割石材，工业上切石材寿命高的为15万米左右，一般为5至6万米。但是，这类刀轮的寿命仍未能很好地满足要求。现有技术中还有一类立式刀具，这种刀具在工作时不能沿着刀具的轴向作进给运动，立式刀具的外周面上一般设置有主刀刃，端面上设置有副刀刃，这类立式刀具应用十分广泛，在立式刀具长期使用时，由于其与工件之间的相对运动产生了大量的切削热，若不及时排出，则会烧坏刀具，影响刀具的使用寿命，并使工件加工质量降低，现有技术中一般在加工机床上设置相应的冷却管，通过冷却管将冷却液输送至立式刀具与工件之间间隙处，采用这种冷却方式，由于冷却管设置方向只能朝着一个方向，因而只能使刀具局部冷却，对刀具的冷却效果不佳，另一种冷却方式，是在刀具中心打孔，向刀具中心孔内送入冷却液进行冷却，这种方式虽然提高了立式刀具的冷却效果，但是贯通的冷却孔却将立式刀具的强度降低，使刀具无法对硬度较大的工件进行切削加工，同样影响了刀具的使用寿命，例如，公开号为：“CN102000959A”的专利文献，公开了一种机械加工技术领域的内孔冷却聚晶金刚石螺纹高速成形刀具制造方法，首先将硬质合金刀体进行磨削加工，然后再硬质合金刀体上打冷却孔并进行PCD片焊接，最后使用慢走丝切割机对PCD片进行线切割，实现刀具制造。采用该发明的技术方案，由于刀具中心孔贯通刀具整体，使刀具本身的结构强度大打折扣，影响了刀具的使用寿命和切削加工能力，同时，制造工艺较为复杂，制造成本较高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种自冷却立式石材加工刀具及其制造方法；
本发明通过以下技术方案得以实现；
本发明提供一种自冷却立式石材加工刀具及其制造方法，主要包括由聚晶金刚石材料制成的刀体和刀柄，所述刀体的外圆周面上设有沿其中心轴线螺旋布置的主刀刃，所述主刀刃末端与所述刀体的一端相交形成副刀刃，所述刀体的另一端与所述刀柄的一端连接，所述刀柄的另一端设有沿其中心轴线延伸的主冷却孔，所述主冷却孔是深度延伸至刀体以内的盲孔，所述主冷却孔内壁上设有多个沿着所述刀柄径向外延伸的副冷却孔。
所述主冷却孔孔径小于所述刀体或刀柄直径的八分之三。
所述主冷却孔端口处设有角度范围是10°～30°的倒角。
所述副冷却孔以所述刀体中心轴线为旋转中心按圆周阵列均匀分布为多组副冷却孔，每组副冷却孔内所包含的多个福冷却孔沿着所述刀体中心轴线按线性阵列均匀分布，其中任意相邻两个副冷却孔在所述刀体轴向上彼此交错。
所述副冷却孔孔径小于所述主冷却孔孔径的八分之三。
所述主冷却孔深度是所述刀体与刀柄长度之和的二分之一至五分之四。
所述每组副冷却孔包含副冷却孔数量为3个至4个。
此外，本发明还提供了一种上述自冷却立式石材加工刀具的制造方法，包括以下步骤：
步骤一：通过烧结或化学气相沉积法制备刀坯，所述刀坯是由聚晶金刚石材料制成的刀体和刀柄组成；
步骤二：使用铣床在步骤一所述刀体外周面上铣削加工出多个沿着其中心轴线螺旋布置的螺旋沟槽；
步骤三：对步骤二所述刀体和刀柄外表面进行磨削加工，在任意相邻两个螺旋沟槽之间结合处磨削加工出主刀刃，在螺旋沟槽与所述刀体相交处磨削加工出副刀刃；
步骤四：使用电火花打孔机在所述刀柄外端面上沿着其中心轴线打出主冷却孔，并在主冷却孔端口处打出倒角；使用电火花打孔机在所述刀体外周面上沿着其径向打出副冷却孔。
步骤二中所述使用铣床铣削加工螺旋沟槽的切削参数为：主轴转速220r/min，进给量0.2mm/r，切削深度6mm。
步骤三所述对刀体和刀柄外表面进行磨削加工是指：使用精密数控磨床对刀体和刀柄外表面进行磨削加工，使所述主刀刃和副刀刃轮廓在所述刀体上初步成形，并使所述主刀刃、副刀刃和刀柄表面圆跳动达到10微米以下。
步骤四所述使用电火花打孔机分别打出主冷却孔和副冷却孔是指：
步骤1：粗加工：使用脉冲电压180V，脉冲电流36A，对所述刀柄或刀体进行粗加工，打出0.02mm加工余量的主冷却孔或副冷却孔轮廓；
步骤2：精加工：使用脉冲电压160V，脉冲电流8A，对所述刀柄或刀体进行精加工，打出0.005mm加工余量的主冷却孔或副冷却孔轮廓；
步骤3：超精加工：使用脉冲电压50～120V，脉冲电流2～6A，对所述刀柄或刀体进行超精加工，去除步骤2所述所有加工余量，形成最终的主冷却孔或副冷却孔轮廓。
本发明的有益效果在于：采用本发明的技术方案，立式刀具由刀体和刀柄组成，刀体和刀柄采用聚晶金刚石材料制成，聚晶金刚石材料具有很高的硬度，大幅度提高了刀具的切削性能，切削刀具上设置有主冷却孔和副冷却孔，可通过向主冷却孔通入适量的冷却液对刀具进行冷却，冷却液经主冷却孔后经过副冷却孔流出，冷却液与刀具材料各部分均接触，将切削加工过程中产生的切削热及时带走，避免了使刀具局部区域受热过大，从而保护了刀具，延长了刀具的使用寿命，同时，由于主冷却孔为盲孔，对刀具结构强度的影响较小，保持了较优异的切削加工性能，而主冷却孔孔径大于副冷却孔孔径，使冷却液内部具有一定的压力，由副冷却孔喷射而出时，可覆盖更大的范围，从而更多地将切削热带走，有利于提高工件加工质量。
附图说明
图1是本发明自冷却立式石材加工刀具的结构示意图；
图2是本发明自冷却立式石材加工刀具沿刀轴中心轴线剖切的结构示意图；
图3是本发明自冷却立式石材加工刀具的顶视图。
图中：1-刀体，2-刀柄，101-主刀刃，102-副刀刃，201-主冷却孔，202-副冷却孔。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述；
本发明提供一种自冷却立式石材加工刀具及其制造方法，如图1、图2、图3所示，包括由聚晶金刚石材料制成的刀体1和刀柄2，刀体1的外圆周面上设有沿其中心轴线螺旋布置的主刀刃101，主刀刃101末端与刀体1的一端相交形成副刀刃102，刀体1的另一端与刀柄2的一端连接，刀柄2的另一端设有沿其中心轴线延伸的主冷却孔201，主冷却孔201是深度延伸至刀体1以内的盲孔，主冷却孔201内壁上设有多个沿着刀柄2径向外延伸的副冷却孔202。
采用本发明的技术方案，立式刀具由刀体和刀柄组成，刀体和刀柄采用聚晶金刚石材料制成，聚晶金刚石材料具有很高的硬度，大幅度提高了刀具的切削性能，切削刀具上设置有主冷却孔和副冷却孔，可通过向主冷却孔通入适量的冷却液对刀具进行冷却，冷却液经主冷却孔后经过副冷却孔流出，冷却液与刀具材料各部分均接触，将切削加工过程中产生的切削热及时带走，避免了使刀具局部区域受热过大，从而保护了刀具，延长了刀具的使用寿命，同时，由于主冷却孔为盲孔，对刀具结构强度的影响较小，保持了较优异的切削加工性能，而主冷却孔孔径大于副冷却孔孔径，使冷却液内部具有一定的压力，由副冷却孔喷射而出时，可覆盖更大的范围，从而更多地将切削热带走，有利于提高工件加工质量。
进一步地，主冷却孔201孔径小于刀体1或刀柄2直径的八分之三。主冷却孔201端口处设有角度范围是10°～30°的倒角。采用本发明的技术方案，由于主冷却孔201端口处设有倒角，增大了冷却液在主冷却孔内流动时的压力，使冷却液经由副冷却孔喷射而出，从而使冷却液能够覆盖于工件表面更大的范围，更充分地将切削加工过程中产生的切削热带走。
进一步地，副冷却孔202以刀体1中心轴线为旋转中心按圆周阵列均匀分布为多组副冷却孔202，每组副冷却孔202内所包含的多个福冷却孔沿着刀体1中心轴线按线性阵列均匀分布，其中任意相邻两个副冷却孔202在刀体1轴向上彼此交错。采用本发明的技术方案，刀具在工作时是沿着其中心轴线旋转运动的，冷却液由多个副冷却孔202喷射而出，使冷却液可喷洒于工件表面更多的范围，更充分地将切削加工过程中产生的切削热带走。
进一步地，副冷却孔202孔径小于主冷却孔201孔径的八分之三。主冷却孔201深度是刀体1与刀柄2长度之和的二分之一至五分之四。每组副冷却孔202包含副冷却孔202数量为3个至4个。
此外，本发明还提供了一种上述自冷却立式石材加工刀具的制造方法，包括以下步骤：
步骤一：通过烧结或化学气相沉积法制备刀坯，刀坯是由聚晶金刚石材料制成的刀体1和刀柄2组成；进一步地，制备刀坯外表面预留加工余量为0.5mm～0.6mm。
步骤二：使用铣床在步骤一刀体1外周面上铣削加工出多个沿着其中心轴线螺旋布置的螺旋沟槽；进一步地，使用铣床铣削加工螺旋沟槽的切削参数为：主轴转速220r/min，进给量0.2mm/r，切削深度6mm。采用这样的制造方式，由于主轴转速较低，进给量较小，有利于提高主刀刃和副刀刃的表面硬度，提高其切削性能，延长刀具的使用寿命。
步骤三：对步骤二刀体1和刀柄2外表面进行磨削加工，在任意相邻两个螺旋沟槽之间结合处磨削加工出主刀刃101，在螺旋沟槽与刀体1相交处磨削加工出副刀刃102；进一步地，对刀体1和刀柄2外表面进行磨削加工是指：使用精密数控磨床对刀体1和刀柄2外表面进行磨削加工，使主刀刃101和副刀刃102轮廓在刀体1上初步成形，并使主刀刃101、副刀刃102和刀柄2表面圆跳动达到10微米以下。
步骤四：使用电火花打孔机在刀柄2外端面上沿着其中心轴线打出主冷却孔201，并在主冷却孔201端口处打出倒角；使用电火花打孔机在刀体1外周面上沿着其径向打出副冷却孔202。
进一步地，使用电火花打孔机分别打出主冷却孔201和副冷却孔202是指：
步骤1：粗加工：使用脉冲电压180V，脉冲电流36A，对刀柄2或刀体1进行粗加工，打出0.02mm加工余量的主冷却孔201或副冷却孔202轮廓；
步骤2：精加工：使用脉冲电压160V，脉冲电流8A，对刀柄2或刀体1进行精加工，打出0.005mm加工余量的主冷却孔201或副冷却孔202轮廓；
步骤3：超精加工：使用脉冲电压50～120V，脉冲电流2～6A，对刀柄2或刀体1进行超精加工，去除步骤2所有加工余量，形成最终的主冷却孔201或副冷却孔202轮廓。
采用本发明的技术方案，相比现有技术，采用单一电火花加工技术在刀柄和刀体上加工出主冷却孔和副冷却孔，单个冷却孔的加工工艺又分为粗加工、精加工和超精加工的工艺流程，在工艺流程上保证了主冷却孔和副冷却孔的加工精度和表面质量，释放了刀具材料内部的表面应力，使主冷却孔和副冷却孔的设置对刀具的结构强度的影响达到最小化，延长了刀具的使用寿命。
Claims (10)
1.一种自冷却立式石材加工刀具，其特征在于：包括由聚晶金刚石材料制成的刀体(1)和刀柄(2)，所述刀体(1)的外圆周面上设有沿其中心轴线螺旋布置的主刀刃(101)，所述主刀刃(101)末端与所述刀体(1)的一端相交形成副刀刃(102)，所述刀体(1)的另一端与所述刀柄(2)的一端连接，所述刀柄(2)的另一端设有沿其中心轴线延伸的主冷却孔(201)，所述主冷却孔(201)是深度延伸至刀体(1)以内的盲孔，所述主冷却孔(201)内壁上设有多个沿着所述刀柄(2)径向外延伸的副冷却孔(202)。
2.如权利要求1所述的自冷却立式石材加工刀具，其特征在于：所述主冷却孔(201)孔径小于所述刀体(1)或刀柄(2)直径的八分之三。
3.如权利要求1所述的自冷却立式石材加工刀具，其特征在于：所述主冷却孔(201)端口处设有角度范围是10°～30°的倒角。
4.如权利要求1所述的自冷却立式石材加工刀具，其特征在于：所述副冷却孔(202)以所述刀体(1)中心轴线为旋转中心按圆周阵列均匀分布为多组副冷却孔(202)，每组副冷却孔(202)内所包含的多个福冷却孔沿着所述刀体(1)中心轴线按线性阵列均匀分布，其中任意相邻两个副冷却孔(202)在所述刀体(1)轴向上彼此交错。
5.如权利要求1所述的自冷却立式石材加工刀具，其特征在于：所述主冷却孔(201)深度是所述刀体(1)与刀柄(2)长度之和的二分之一至五分之四。
6.如权利要求1所述的自冷却立式石材加工刀具，其特征在于：所述每组副冷却孔(202)包含副冷却孔(202)数量为3个至4个。
7.一种使用如权利要求1至6任一项所述自冷却立式石材加工刀具的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：通过烧结或化学气相沉积法制备刀坯，所述刀坯是由聚晶金刚石材料制成的刀体(1)和刀柄(2)组成；
步骤二：使用铣床在步骤一所述刀体(1)外周面上铣削加工出多个沿着其中心轴线螺旋布置的螺旋沟槽；
步骤三：对步骤二所述刀体(1)和刀柄(2)外表面进行磨削加工，在任意相邻两个螺旋沟槽之间结合处磨削加工出主刀刃(101)，在螺旋沟槽与所述刀体(1)相交处磨削加工出副刀刃(102)；
步骤四：使用电火花打孔机在所述刀柄(2)外端面上沿着其中心轴线打出主冷却孔(201)，并在主冷却孔(201)端口处打出倒角；使用电火花打孔机在所述刀体(1)外周面上沿着其径向打出副冷却孔(202)。
8.如权利要求1所述的自冷却立式石材加工刀具的制造方法，其特征在于：步骤二中所述使用铣床铣削加工螺旋沟槽的切削参数为：主轴转速220r/min，进给量0.2mm/r，切削深度6mm。
9.如权利要求1所述的自冷却立式石材加工刀具的制造方法，其特征在于：步骤三所述对刀体(1)和刀柄(2)外表面进行磨削加工是指：使用精密数控磨床对刀体(1)和刀柄(2)外表面进行磨削加工，使所述主刀刃(101)和副刀刃(102)轮廓在所述刀体(1)上初步成形，并使所述主刀刃(101)、副刀刃(102)和刀柄(2)表面圆跳动达到10微米以下。
10.如权利要求1所述的自冷却立式石材加工刀具的制造方法，其特征在于：步骤四所述使用电火花打孔机分别打出主冷却孔(201)和副冷却孔(202)是指：
步骤1：粗加工：使用脉冲电压180V，脉冲电流36A，对所述刀柄(2)或刀体(1)进行粗加工，打出0.02mm加工余量的主冷却孔(201)或副冷却孔(202)轮廓；
步骤2：精加工：使用脉冲电压160V，脉冲电流8A，对所述刀柄(2)或刀体(1)进行精加工，打出0.005mm加工余量的主冷却孔(201)或副冷却孔(202)轮廓；
步骤3：超精加工：使用脉冲电压50～120V，脉冲电流2～6A，对所述刀柄(2)或刀体(1)进行超精加工，去除步骤2所述所有加工余量，形成最终的主冷却孔(201)或副冷却孔(202)轮廓。
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