CN117300262A - 一种整头多刃pcd铰刀及其加工工艺 - Google Patents

Abstract

本申请涉及铰刀的领域，尤其涉及一种整头多刃PCD铰刀及其加工工艺，其包括基台和采用PCD材料制成的刀头；所述刀头呈环形，且所述刀头外套并固定连接于基台，所述刀头的外侧壁一体成型有多个切削刃，且相邻所述切削刃之间成型有延伸至基台的排屑槽。本申请优化刀具的耐磨性能以及成孔质量。

Description

一种整头多刃PCD铰刀及其加工工艺

技术领域

本申请涉及铰刀的领域，尤其是涉及一种整头多刃PCD铰刀及其加工工艺。

背景技术

铰刀是一种用以切除已加工孔表面薄层金属的旋转刀具，是一种旋转精加工刀具，其主要用于扩孔或修孔。而在实际的生产中，针对材质相对较软工件的精铰，例如铝合金工件的小尺寸孔径（小于φ12）精铰，单件刀具加工工件的寿命数量和孔的形位公差目前已经相对较高，但是目前的公差以及寿命数量仍旧不能满足技术的发展。

而为了优化加工的精度以及加工孔的质量，现有技术会采用合金多刃铰刀，其主要包括多刃合金基台和多个一体成型于合金基台的合金切削刃，不仅能够有效提升加工效率，还能够满足加工孔的质量。但由于合金材料耐磨性、硬度等多种性能相对较低，导致加工过程中切削刃的磨损相对较快，因此需要频繁更换刀具，会严重影响生产节奏。

因此为了优化刀具的耐磨性能，现有技术中会将合金切削刃替换为PCD刀粒，并将PCD刀粒复合于多刃合金基台，以此提高刀具的加工寿命，并满足加工的效率。但在实际生产时，由于需要采用焊接工艺保证PCD刀粒与基台结合在一起，而在生产加工孔径相对较小的刀具时，由于焊接是通过熔化基台材质将PCD刀粒固定，刀具的直径较小，长径相对较大，不仅会严重限制刀粒的数量，增加加工难度；还会由于先后焊接PCD刀粒，导致后焊接的PCD刀粒在固结过程中，难免对先固定的PCD刀粒的位置以及角度产生影响，会严重影响铰孔的成孔质量。因此，如何优化刀具的耐磨性能以及成孔质量是目前亟需解决的问题。

发明内容

为了优化刀具的耐磨性能以及成孔质量，本申请提供一种整头多刃PCD铰刀及其加工工艺。

本申请提供的一种整头多刃PCD铰刀及其加工工艺，采用如下的技术方案：

第一方面，本申请提供一种整头多刃PCD铰刀，采用如下的技术方案：

一种整头多刃PCD铰刀，包括基台和采用PCD材料制成的刀头；所述刀头呈环形，且所述刀头外套并固定连接于基台，所述刀头的外侧壁一体成型有多个切削刃，且相邻所述切削刃之间成型有延伸至基台的排屑槽。

通过采用上述技术方案，刀头为整体式的PCD材料，能够使得多个切削刃的切削性能保持相对一致，以优化铰孔时的耐磨性能，同时多个切削刃，不仅能够通过适当增加每转的进给量优化铰孔的效率，还能够保持对应的成孔质量，并在铰孔过程中，刀头的冲击力直接传递至基台，并通过排屑槽将切屑排走。

可选的，所述切削刃成型有至少六个且切削刃为偶数个。

通过采用上述技术方案，能够显著的增加每转的进给量，从而显著的优化铰孔效率。

可选的，所述切削刃沿基台长度方向的刃边倒角成型有第一后角，且所述第一后角朝向切削方向一侧边沿成型有用于抵接配合孔壁的弧面刃部。

通过采用上述技术方案，能够使得切削刃切削金属时的锋利度，并能够通过弧面刃部同时抵接孔的内壁，以限制铰孔时发生振刀的可能性。

可选的，所述第一后角的角度为α，10°≤α≤25°。

通过采用上述技术方案，能够保持切削刃切削金属时锋利度的同时，还能够减小因切削刃过大导致铰孔时容易出现振刀的可能性。

可选的，所述切削刃的端面开设有贯穿至相邻两侧排屑槽的端口并成型有第二后角，所述第二后角与刀头的端面呈夹角设置并在端口对应切削刃端面的边沿成型有第一刃边，所述第二后角对应排屑槽的端面侧边沿与弧面刃部相交的边沿为第二刃边。

通过采用上述技术方案，使得刀头在铰孔至尾端时，第一刃边会先接触孔底的内壁，同时由于第二后角，会使得第一刃边相对较短，能够有效的减小抵接时产生的冲击力，减小对刀头造成损伤的可能性。同时，还会使得第二刃边与刀头的中心轴线存在一定的锥度，以转换切削金属时冲击力的方向，优化切削时的稳定性

可选的，所述第二后角的角度为β，8°≤β≤12°。

通过采用上述技术方案，能够优化第二刃边的锋利度的同时，还能够减小因锋利度过大导致振刀的可能性。

可选的，所述弧面刃部沿基台的长度方向延伸并呈带状，多个所述弧面刃部呈弧面状结构且同心设置。

通过采用上述技术方案，在铰孔时，能够通过弧面刃部的轴向边沿抵接配合孔壁，以进一步优化使用时的稳定性，并且多个弧面刃部同中心轴线设置，能够进一步优化成孔质量。

可选的，所述弧面刃部与基台的长度方向呈夹角设置且多个所述弧面刃部的大端背离基台设置。

通过采用上述技术方案，在铰孔的过程中，即使出现磨损，依旧能够通过弧面刃部后续部分进行切削。

可选的，所述基台穿设于刀头，且所述刀头的内壁径向截面轮廓的面积自远离基台的一端至朝向基台的一端逐渐增大或呈阶梯性增大设置。

通过采用上述技术方案，在铰孔时，刀头切削金属时产生的冲击力能够相对充分的传递至基台，避免因切削刃承受冲击力而避空导致断刀的情况。

第二方面，本申请提供一种整头多刃PCD铰刀的加工工艺，采用如下的技术方案：

一种整头多刃PCD铰刀的加工工艺，包括以下步骤：

刀头复合：将环形的PCD原材外套于基台，并先通过烧结将的PCD原材与基台预固定，再通过高频焊接将PCD原材与基台固结。

刀头加工：通过激光或电加工的方式逐次加工排屑槽、第一后角和第二后角。

外径加工：以基台为旋转中心同时磨削出多个弧面刃部后形成刀头。

通过采用上述技术方案，相较于现有技术中采用焊接的方式将PCD刀具焊接至合金基台的端部，本申请不仅能够同步形成多个切削刃，优化加工效率以及成孔质量的同时，还能够避免因杆径过小，在焊接时导致基台局部熔化影响已固定刀具的角度以及稳定性的情况，并能够形成相对较多的切削刃，满足铰孔需求的同时，保持切削时的切削性能的相对一致；而同时加工多个弧面刃部，能够进一步优化多个切削刃的同轴度、成孔的稳定性和质量，且相较于采用焊接的方式同步加工多个PCD刀具，加工普通金属时就会因为冲击力而发生断刀以及断裂的风险，在加工硬度更大的PCD刀具时冲击力会相对更大，而刀头为整体式的结构，能够进一步避免出现崩裂的可能性，以达到优化成品率的目的。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

在铰孔过程中，由于切削刃的数量至少为多个，使得刀头旋转一圈的过程中，至少有六个切削刃对孔的孔壁进行切削，能够通过提高每转刀头的进给量，优化铰孔时的效率的同时，保持成孔的质量；且刀头为整体式的PCD材料制成，因此相较于采用合金铰刀以及焊接刀粒的合金刀具，能够有效的减小铰孔过程中产生的磨损、优化成孔的精度以及优化成孔内壁的粗糙度。

附图说明

图1是本申请实施例1中PCD铰刀的结构示意图。

图2是本申请实施例1中刀头的轴侧图。

图3是本申请实施例1中刀头的端面结构示意图。

图4是本申请实施例1中基台沿轴向的剖视结构示意图。

附图标记说明：1、基台；10、侧固部；11、环槽；12、对刀带；13、冷却孔；131、冷却主孔；132、冷却副孔；2、刀头；21、切削刃；211、第一后角；212、弧面刃部；213、第二后角；214、第一刃边；215、第二刃边；22、排屑槽；23、顶尖孔。

具体实施方式

以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。

实施例1

本申请实施例公开一种整头多刃PCD铰刀。参照图1，整头多刃PCD铰刀包括基台1和刀头2，基台1呈杆状结构并采用合金材质制成。刀头2为采用PCD材质制成，且刀头2呈环状结构。

具体地，刀头2外套于基台1的其中一个端部并固定连接，且刀头2的内壁径向截面轮廓的面积自远离基台1的一端至朝向基台1的一端逐渐增大或呈阶梯性增大设置，以用于将刀头2切削时的冲击力传递至基台1。例举的，刀头2的内壁可成型为直阶梯、斜阶梯、直阶梯+圆弧、锥面、直阶梯+锥面结构，本实施例中刀头2的内壁为锥面状结构且内壁沿轴向的轮廓呈弧形，基台1位于刀头2内的端部适配于刀头2的内壁。其中，基台1远离刀头2的一端成型有侧固部10，侧固部10的横截面呈椭圆形设置，以用于配合夹具夹持基台1。

刀头2的外侧壁成型有多个切削刃21，切削刃21的数量至少为6个且为偶数个，优选为6-12个切削刃21，本实施例中以8个切削刃21为例进行说明。并在相邻两个切削刃21之间成型有排屑槽22，以用于将切削刃21切削金属之后产生的切屑排出。排屑槽22沿基台1的轴向延伸并贯穿至基台1，且排屑槽22位于基台1的部分呈圆弧过度至基台1的外壁，以便于将切屑排出。

此外，排屑槽22的两侧壁呈V形分布且开口方向与刀头2的中心轴线偏心设置，即排屑槽22迎屑面一侧的内壁与刀头2的中心轴线呈偏心设置，且排屑槽22背屑面一侧的内壁与刀头2的中心轴线共面设置，以使得切削刃21沿基台1径向的轮廓朝向切削方向倾斜设置，从而在切削时，使得切削刃21切削金属产生的冲击力能够分解并传递至基台1，并减小因冲击力产生的转矩过大导致切削刃21发生结构损伤的可能性。其中，迎屑面为刀头2切削金属时朝向旋转方向一侧，即先与未切削金属接触的一面；背屑面为刀头2切削金属时背向旋转方向一侧，即与迎屑面相对的一面。

同时，基台1的中部内凹成型有环槽11，环槽11朝向刀头2一侧的开口边沿与切削刃21的外缘平齐，以用于对刀头2起到充分支撑的效果；且基台1与刀头2的连接部对应环槽11内的部分成型有环形槽状结构的对刀带12，以便于调整刀具的中心跳动量，降低加工误差。基台1内开设有冷却孔13，冷却孔13包括冷却主孔131和冷却副孔132，冷却主孔131沿基台1的长度方向延伸并延伸至基台1朝向刀头2的一端，冷却副孔132一一对应排屑槽22设置，且冷却副孔132连通于冷却主孔131内，以用于注入外部的冷却液，进行切削刃21的冷却以及切屑排出的润滑。其中，冷却副孔132与基台1的长度方向呈夹角设置，且冷却副孔132的出口位于入口朝向刀头2的一侧，以便于使得冷却液能够充分进入至排屑槽22内；此外，相邻冷却副孔132沿基台1的长度方向呈错位分布，以避免多个冷却副孔132集中同一部位导致基台1的强度不足的情况。

具体地，刀头2远离基台1的端面开设有同轴设置的顶尖孔23，顶尖孔23为盲孔且开口朝向背离基台1的一侧，以便于进行对中处理。

切削刃21背屑面的一侧边沿倒角成型有第一后角211，且第一后角211迎屑面的一侧边沿外壁成型有弧面刃部212，第一后角211的倒角面和弧面刃部212交界处的切面与第一后角211的倒角面之间的夹角为α，10°≤α≤25°，以优化切削刃21切削金属时的锋利度，并保持相对较佳的耐磨度。

同时，弧面刃部212呈弧面状结构，且多个切削刃21外侧的弧面刃部212与刀头2以及基台1同中心轴线设置，弧面刃部212用于钻孔时贴合并抵接孔壁，以用于对中处理，并有效的减小铰孔过程中发生振刀的可能性。还能在铰孔过程中，通过弧面刃部212充分的与孔已加工部分的内壁接触，还能够减小因振刀导致切削刃21迎屑面一侧边沿对孔壁造成损伤的可能性，从而达到优化成孔后孔壁粗糙度的同时，还能够有效的减小发生振刀的可能性，优化铰孔过程中的稳定性。

此外，弧面刃部212与基台1的长度方向呈夹角设置，且弧面刃部212的大端背离基台1设置，即使得多个弧面刃部212共轴的弧面呈锥面状结构且小端朝向基台1设置。从而在铰孔过程中，一方面能够使得弧面刃部212即使出现磨损，依旧能够使得弧面刃部212剩余部分能够同步起到切削的效果，优化成孔的稳定性的同时；另一方面还能够减小因弧面刃部212整体抵接孔的内壁，导致刀头2旋转时阻力过大以及因为局部孔壁微量偏差而导致振刀的可能性，从而能够有效的优化使用时的稳定性。

为了进一步优化铰孔时的稳定性，切削刃21的端面开设有贯穿至相邻两侧排屑槽22的端口，并在切削刃21远离基台1的端面成型有第二后角213，第二后角213与刀头2远离基台1的端面之间的夹角为β，8°≤β≤12°。并通过第二后角213在端口对应刀头2端面的位置形成第一刃边214，在第二后角213与排屑槽22的背屑面一侧边沿形成有第二刃边215，且第二刃边215与弧面刃部212相交，能够使得第二刃边215与刀头2的中心轴线呈夹角设置，且第二刃边215在刀头2铰孔时，第二刃边215能够逐次自中心至外侧的边沿接触孔壁的金属，并最终形成斜向的切面，以减小刀头2对应切削刃21端面位置冲击力集中于同一位置的同时，还能够通过第二后角213优化第二刃边215切削金属时的锋利度。

本申请实施例1的实施原理为：在铰孔过程中，由于切削刃21的数量至少为6个，使得刀头2旋转一圈的过程中，至少有六个切削刃21对孔的孔壁进行切削，能够通过提高每转刀头2的进给量，优化铰孔时的效率的同时，保持成孔的质量；且刀头2为整体式的PCD材料制成，因此相较于采用合金铰刀以及焊接刀粒的合金刀具，能够有效的减小铰孔过程中产生的磨损、优化成孔的精度以及优化成孔内壁的粗糙度。

由于弧面刃部212的存在，能够通过弧面抵接孔内壁，进一步优化铰孔时的稳定性，减小出现振刀的可能性。且由于多个切削刃21为整体式的PCD结构，且切削性能相较于分体式的结构，整体式的结构的切削性能能够有效的保持一致，还能有效的减小对成孔质量的影响。

实施例2

本申请实施例公开一种整头多刃PCD铰刀的加工工艺。

整头多刃PCD铰刀的加工工艺包括以下步骤：

刀头复合：将环形的PCD原材外套于基台1，并先通过烧结的工艺将PCD原材与基台1进行预固定处理；再通过高频焊接工艺将PCD原材与基台1紧密结合，以实现PCD原材与基台1之间的预固定以及固结后的二次加强固定，并能够进行二次定位，并用于后续加工PCD原材形成刀头2。

刀头加工：通过激光或电加工的方式逐次加工排屑槽22、第一后角211和第二后角213，以形成刀头2。

具体为通过激光雕刻的工艺或电加工的工艺加工PCD原材以及基台1位置的排屑槽22，然后逐次加工第一后角211和第二后角213即可。

外径加工：以基台1的中心轴线或刀头2的中心轴线为旋转中心同时在多个切削刃21的外侧边沿出磨削出多个弧面刃部212。

具体地，以基台1为装夹部位，通过基台1的旋转配合刃磨工艺，同时在多个切削刃21的外侧壁出加工出弧面刃部212，不仅能够减小挤压破碎的风险，还能够通过基台1为中心加工弧面刃部212，减小弧面刃部212加工与实际切削旋转时的偏心量，以达到优化加工精度的目的。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种整头多刃PCD铰刀，其特征在于：包括基台（1）和采用PCD材料制成的刀头（2）；

所述刀头（2）呈环形，且所述刀头（2）外套并固定连接于基台（1），所述刀头（2）的外侧壁一体成型有多个切削刃（21），且相邻所述切削刃（21）之间成型有延伸至基台（1）的排屑槽（22）。

2.根据权利要求1所述的一种整头多刃PCD铰刀，其特征在于：所述切削刃（21）成型有至少六个且切削刃（21）为偶数个。

3.根据权利要求1所述的一种整头多刃PCD铰刀，其特征在于：所述切削刃（21）沿基台（1）长度方向的刃边倒角成型有第一后角（211），且所述第一后角（211）朝向切削方向一侧边沿成型有用于抵接配合孔壁的弧面刃部（212）。

4.根据权利要求3所述的一种整头多刃PCD铰刀，其特征在于：所述第一后角（211）的角度为α，10°≤α≤25°。

5.根据权利要求3所述的一种整头多刃PCD铰刀，其特征在于：所述切削刃（21）的端面开设有贯穿至相邻两侧排屑槽（22）的端口并成型有第二后角（213），所述第二后角（213）与刀头（2）的端面呈夹角设置并在端口对应切削刃（21）端面的边沿成型有第一刃边（214），所述第二后角（213）对应排屑槽（22）的端面侧边沿与弧面刃部（212）相交的边沿为第二刃边（215）。

6.根据权利要求5所述的一种整头多刃PCD铰刀，其特征在于：所述第二后角（213）的角度为β，8°≤β≤12°。

7.根据权利要求3所述的一种整头多刃PCD铰刀，其特征在于：所述弧面刃部（212）沿基台（1）的长度方向延伸并呈带状，多个所述弧面刃部（212）呈弧面状结构且同心设置。

8.根据权利要求3所述的一种整头多刃PCD铰刀，其特征在于：所述弧面刃部（212）与基台（1）的长度方向呈夹角设置且多个所述弧面刃部（212）的大端背离基台（1）设置。

9.根据权利要求1所述的一种整头多刃PCD铰刀，其特征在于：所述基台（1）穿设于刀头（2），且所述刀头（2）的内壁径向截面轮廓的面积自远离基台（1）的一端至朝向基台（1）的一端逐渐增大或呈阶梯性增大设置。

10.一种整头多刃PCD铰刀的加工工艺，其特征在于：应用于权利要求1-9任意一项所述的整头多刃PCD铰刀，且包括以下步骤：

刀头复合：将环形的PCD原材外套于基台（1），并先通过烧结将的PCD原材与基台（1）预固定，再通过高频焊接将PCD原材与基台（1）固结；

刀头加工：通过激光或电加工的方式逐次加工排屑槽（22）、第一后角（211）和第二后角（213）后形成刀头（2）；

外径加工：以基台（1）为旋转中心同时磨削出多个弧面刃部（212）。