一种具有自风冷排屑功能的套料加工工具制造技术

本发明专利技术公开了一种具有自风冷排屑功能的套料加工工具，该套料加工工具的上端面为带有叶片的叶轮，叶轮由二片以上有角度的叶片组成；叶片的形状是平面或曲面，倾斜角度根据向外排风或向内吸气不同采用顺时针方向或逆时针方向；套料加工工具采用分体式结构，即带叶轮的刀柄和带金刚石磨料的套料加工头，二者采用螺纹连接；带有磨粒的切削部分由电镀或热压烧结的超硬磨粒组成，其厚度大于筒壁基体的厚度，在切削部分端面有二个以上的排屑槽。本发明专利技术可以显著降低切屑与刀具及材料基体之间的摩擦，降低切削区域的温度，及时带走切屑，有效减缓刀具堵塞，达到低损伤高效加工之目的。同时采用分体结构，能够显著降低刀具的制造和使用成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种材料加工刀具，尤其是涉及大孔径及排屑较困难的纤维增强复合材料深孔的干式套料加工刀具。
技术介绍
套料钻是以环形切削方式在材料上加工孔的一种刀具。套料加工能留下料芯，可以节约材料，同时减少机床的动力消耗。由于套料钻的加工效率和加工质量均较高，且可有效的降低加工成本，套料钻被广泛应用于金属、玻璃、石材、水泥预制件，以及诸如复合材料等各种材料的加工中，尤其是大直径深孔的套料加工。在加工复合材料时，经常要求干式加工。由于复合材料中的增强纤维或颗粒等通常具有较高的强度和硬度，加工时容易产生大量的切削热。加工复合材料时的切削热主要由两部分组成。一是材料破坏时的剪切热；二是刀具、切屑与材料之间摩擦而产生的摩擦热。金属加工过程中多采用冷却液的方式进行冷却。然而，由于复合材料的结构特点和使用要求，经常不允许采用冷却液进行冷却。由于无法采用液体冷却，产生切削热和粉末状切屑容易积聚和堆积在已加工的狭小环形槽内部。积聚在环形槽内部切削区域附近的粉末状切屑在刀具的作用下，将进一步加剧切屑与材料基体之间的摩擦，从而产生更多的热量。切屑在已加工的狭小环形槽内部堆积，亦阻碍了切削热的散失和切削区域温度的降低。另外，加工复合材料时，套料加工切削部位通常为电镀或热压烧结上去的超硬磨粒，即材料的去除方式为磨削加工，这进一步加剧了切削热的产生。同时，在切削热的作用下，切屑会软化并堵塞切削部位工作的磨粒空隙，导致套料刀具的提前失效或加剧刀具的磨损。可以看出，在利用套料钻加工复合材料时，切削区域的高温及切屑的积聚现象，极大地影响了套料钻的加工效率和加工质量的提高以及刀具的使用寿命。
技术实现思路
鉴于已有加工工具存在的缺陷，本专利技术提供了一种具有自风冷排屑功能的套料加工工具，采用该工具套料加工复合材料时，能够利用套料加工工具上端面的带叶轮结构在加工过程高速旋转时产生轴向风力，及时将加工产生的切削热和切屑及时带走或吹走，达到复合材料大直径孔的低损伤高效套料加工。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是所述的套料加工工具上端面设计为叶轮结构，叶片带有一定的倾斜角度，其数量是二片以上，在工具的高速旋转下能够形成轴向风力，及时吹走或带走加工产生的热量和切屑。套料加工工具的切削部分主要由磨粒组成，磨粒通过电镀、热压烧结或其他方法结合在切削部位的基体上。为形成循环风，带有磨粒的切削部分厚度应大于筒壁基体的厚度，同时在刀具的切削部分上加工出一定数量的通风排屑槽，以形成气流通道。为方便叶栅(片)的加工制造和重复利用，所述的套料加工工具设计为分体式结构，并采用螺纹连接。所述的叶栅(片)为平面或曲面，诸如叶栅(片)形状、数量、倾斜角度等设计参数，均可根据使用时所需风力的大小和方向要求进行调整，采用顺时针方向或逆时针方向。所述的磨粒可以为各种粒度和种类的金刚石、CBN等颗粒，磨粒通过电镀、烧结或其他方法结合在基体上。所述的排屑槽可以为两个或多个，形状可以根据需要调整。当采用该套料加工工具进行加工时，主轴带动刀具高速旋转，此时套料加工工具上的叶轮获得同样的转速并产生一定的轴向气流。由于加工复合材料时，所采用的主轴转速达数千转，因此套料加工工具上端面的叶轮所产生的气流的强度亦较大。加工时，叶轮旋转使套料工具内部、切削区域及外部环境之间形成一定的气流循环，可将加工区域的切削热和切屑带走。采用向外排风时，可以通过外接吸尘罩，从而减少粉尘对环境的污染；采用向内吸气时，所产生的气流更容易降低切削区域的温度以及更有利于切屑的排出。本专利技术的有益效果是，可以显著降低切屑与刀具及材料基体之间的摩擦，降低切削区域的温度，及时带走切屑，有效减缓刀具堵塞，达到低损伤高效加工之目的。同时采用分体结构，能够显著降低刀具的制造和使用成本。附图说明图1为本专利技术的三维立体结构图；图2为本专利技术的结构剖面图；图3为图2中构件的右视图；图4为图3中A-A的剖面构造图；图5为采用本专利技术向外排风时的气体流动示意图；图6为采用本专利技术向内吸气时的气体流动示意图；图7为模拟计算气体流动性能时的模型；图中1排屑槽，2切削部分，3基体，4叶轮，5槽，6刀柄，7叶片，θ是叶片与侧壁之间的夹角。具体实施例方式下面结合技术方案和附图详细叙述本装置的具体实施例。实施例1首先，对叶轮4的风力进行了模拟计算。计算时选择轮毂比为0. 5，叶片7为8片， 叶片7厚度为1. 5mm，模型直径为50mm，叶片7采用平板结构，叶片与侧壁之间的夹角θ为 30度。计算时，计算域取轮毂厚度的十倍延长段，进口边界条件为静压0. IMpa，出口边界条件为静压0. 099Mpa,叶轮4转速为5000r/min。计算域的选取和边界条件设定图7所示。计算结果表明，叶轮4出口处气体流量为1. 23m7min，气体速度为36. 9m/s。采用所述具有自风冷排屑功能的套料加工工具进行了碳纤维增强树脂基复合材料加工试验。叶轮4采用8片叶片7，叶片7厚度为1. 5mm且为平板结构，叶片与侧壁之间的夹角θ为30度。基体3外径为48mm，内径为44mm，刀柄6直径为14mm，排屑槽1为4个均布在基体3上。切削部分2为通过电镀工艺将150目金刚石颗粒固定在基体2上。带磨粒的切削部分2外径为50mm，内径为42mm，长度为10mm。当采用该套料钻进行加工时，刀具通过刀柄6夹持在主轴上。主轴带动刀具高速旋转，从而刀具上的叶轮4结构获得同样的转速。叶轮4的转动将刀具上方的气体带入套料钻内部并形成一定的气流。由于加工纤维增强树脂基复合材料时，所采用的主轴转速达数千转，因此叶轮4所产生的气流的强度亦较大。加工时，气流可通过刀具外侧壁和孔壁之间进入加工区域，并在套料钻内部和外界之间形成一定的循环。因此可将加工区域的切屑带走，从而减少了切屑与刀具及树脂基体之间的摩擦，降低了切削区域的温度和刀具的磨损。 加工时气流的流动方式如图5所示。同时，加工所产生的粉末状切削可以有效的从套料钻内部排出，有利于切削热的散失。刀具附近空气对流的增大，增加了刀具与外界的对流换热速度，从而进一步有利于切削区域温度的降低。另一方面，刀具的分体式设计不仅有利于降低刀具的制造成本，而且当刀具达到使用寿命后，可通过更换刀具的下半部分实现新旧刀具的更替，从而降低了刀具的使用成本加工试验结果表明，采用所述具有自风冷排屑功能的套料加工工具加工碳纤维增强树脂基复合材料时，可以明显的降低加工区域的温度，并可有效的将加工区域的切屑排出，减少了刀具的堵塞现象，实现了高效低损伤加工。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种具有自风冷排屑功能的套料加工工具，其特征在于：所述的套料加工工具的上端面为带有叶片（７）的叶轮（４），叶轮（４）由二片以上有角度的叶片（７）组成；叶片（７）的形状是平面或曲面，倾斜角度根据向外排风或向内吸气不同采用顺时针方向或逆时针方向；套料加工工具采用分体式结构，即带叶轮的刀柄和带金刚石磨料的套料加工头，二者采用螺纹连接；带有磨粒的切削部分（２）由电镀或热压烧结的超硬磨粒组成，其厚度大于筒壁基体（３）的厚度，在切削部分端面有二个以上的排屑槽（１）。

【技术特征摘要】
1. 一种具有自风冷排屑功能的套料加工工具，其特征在于所述的套料加工工具的上端面为带有叶片(7)的叶轮，叶轮(4)由二片以上有角度的叶片(7)组成；叶片(7)的形状是平面或曲面，倾斜角度根据向外排风或向内吸气不同采用顺时针方向或...

【专利技术属性】
技术研发人员：高航，郭东明，王奔，王晓放，刘沛禹，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91