本發(fā)明涉及一種切削加工領(lǐng)域用的切削刀具，特別是一種切削高強(qiáng)度合金鋼40CrMnMo的硬質(zhì)合金微槽車刀。

背景技術(shù)：

切削加工是機(jī)械制造業(yè)材料去除的主要手段，而切削刀具的好壞直接影響了切削加工的效率及加工質(zhì)量。在切削加工中，切削刃作為去除材料的主要部位，切削刃及切削刃附近的前刀面區(qū)域(切削刃近域，刀具前刀面上靠近切削刃的微小區(qū)域，如圖2中橢圓圈出的區(qū)域)的工作環(huán)境最為惡劣，而其結(jié)構(gòu)又直接關(guān)系到刀具的耐用度，所以合理的切削刃近域結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)提升刀具的切削性能尤為重要。目前行業(yè)對(duì)刀具前刀面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要集中在減摩槽和斷屑槽的設(shè)計(jì)，前者主要關(guān)注如何減小刀具與切屑底層金屬間的摩擦以達(dá)到降低切削溫度提高刀具耐用度的目的，后者主要關(guān)注如何合理設(shè)計(jì)斷屑槽以使切屑能夠按照要求折斷或卷曲以避免切屑對(duì)加工表面質(zhì)量的影響。切削加工時(shí)，刀具溫度會(huì)急劇升高，前刀面的溫升尤為明顯，這不僅會(huì)降低刀具的耐用度，而且還會(huì)降低加工質(zhì)量。目前行業(yè)采用的降溫手段多為在加工時(shí)使用冷卻液降溫，該降溫方式只能降低車刀表面的溫度，且切削液的大量使用必然造成制造成本的提高和環(huán)境的污染。通過上述可知，目前行業(yè)還沒有以降低刀具切削溫度為直接目的來對(duì)車刀前刀面切削刃近域結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的研究成果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種切削高強(qiáng)度合金鋼40CrMnMo的硬質(zhì)合金微槽車刀。本發(fā)明具有降低切削溫度和提高刀具耐用度特點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種切削高強(qiáng)度合金鋼40CrMnMo的硬質(zhì)合金微槽車刀，包括前刀面，前刀面的邊緣為主切削刃，前刀面切削刃近域處置入微槽；所述的微槽呈“一”字型結(jié)構(gòu)。

前述的切削高強(qiáng)度合金鋼40CrMnMo的硬質(zhì)合金微槽車刀中，所述的微槽在在與后刀面相互垂直的平面上的截面為非對(duì)稱曲線型，微槽的底面呈曲面，微槽的最大深度H為0.1～0.2mm。

前述的切削高強(qiáng)度合金鋼40CrMnMo的硬質(zhì)合金微槽車刀中，所述的微槽的長(zhǎng)度L為4～8mm，微槽的寬度W₁為0.5～1.2mm，總槽寬W₂為1～1.8mm。

前述的切削高強(qiáng)度合金鋼40CrMnMo的硬質(zhì)合金微槽車刀中，所述的微槽的靠近主切削刃一側(cè)的外緣距主切削刃的距離T為0.07～0.15mm，平直部分與主切削刃平行，曲線部分與刀尖圓弧等徑。

前述的切削高強(qiáng)度合金鋼40CrMnMo的硬質(zhì)合金微槽車刀中，所述的微槽的外緣與主切削刃的連接形式為正、負(fù)或零前角型。

前述的切削高強(qiáng)度合金鋼40CrMnMo的硬質(zhì)合金微槽車刀中，沿垂直于主后刀面方向觀察，所述的主切削刃呈直線型。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過在車刀前刀面切削刃近域設(shè)置“一”字型微槽結(jié)構(gòu)，使刀具在切削高強(qiáng)度合金鋼40CrMnMo時(shí)，刀-屑實(shí)際接觸區(qū)域(該區(qū)域位于切削刃近域)的溫度降低從而有效提高刀具的耐用度。刀具在切削過程中，刀-屑接觸區(qū)會(huì)產(chǎn)生局部高溫高壓，促使刀-屑接觸界面發(fā)生劇烈摩擦，進(jìn)而產(chǎn)生大量切削熱；同時(shí)第一變形區(qū)因受到明顯的應(yīng)力應(yīng)變作用，工件材料的抗剪切變形功幾乎全部轉(zhuǎn)化為切削熱，經(jīng)過熱量的傳遞，最終導(dǎo)致刀具切削溫度的升高。本發(fā)明中，申請(qǐng)人通過切削高強(qiáng)度合金鋼40CrMnMo的大量實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在前刀面上距主切削刃0.07～0.15mm(最優(yōu)為0.1mm)的距離(該距離為靠近主切削刃一側(cè)的外緣距主切削刃的距離，即T)置入“一”字型微槽，微槽的最大深度在0.1～0.2mm間且微槽的長(zhǎng)度L為4～8mm，微槽的寬度W₁為0.5～1.2mm，總槽寬W₂為1～1.8mm時(shí)，車刀切削刃近域新型微槽結(jié)構(gòu)在滿足粉末冶金壓制工藝的強(qiáng)度要求的前提下，有較明顯降溫效果，主要是因?yàn)椋?)微槽的存在增大了切屑與刀具前刀面接觸面積，降低了刀具在刀-屑接觸處區(qū)的正應(yīng)力，當(dāng)該正應(yīng)力逐漸減小到某一臨界值，使得原本刀-屑接觸區(qū)部分內(nèi)摩擦區(qū)域轉(zhuǎn)化為外摩擦區(qū)域即粘結(jié)摩擦區(qū)轉(zhuǎn)化為滑動(dòng)摩擦區(qū)，由于內(nèi)摩擦區(qū)域是刀具熱量的主要來源，該區(qū)域的減小導(dǎo)致了刀具溫度降低；2)微槽的存在改變了刀具切削過程的熱力耦合作用，改變了第一變形區(qū)應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，減小了第一變形區(qū)剪切變形程度，從而降低切削熱的產(chǎn)生。綜合作用使得刀具切削溫度得到有效降低，進(jìn)而有效確保了車刀具的耐用度。

本發(fā)明在實(shí)際生產(chǎn)中，微槽還有斷屑的功能：刀具前刀面的新型微槽結(jié)構(gòu)使得切削過程中切屑沿其表面流動(dòng)，而該彎曲表面對(duì)切屑的流動(dòng)產(chǎn)生一定阻擋作用從而使得切屑發(fā)生卷曲，當(dāng)切屑流經(jīng)微槽外邊緣時(shí)，受到該處的高應(yīng)力作用，當(dāng)切削因受到局部應(yīng)力作用而發(fā)生的應(yīng)變達(dá)到其極限應(yīng)變值時(shí)，切屑即發(fā)生折斷。與斷屑槽和減摩槽相比，本發(fā)明的“一”字型微槽的不同之處，除了上述設(shè)計(jì)原理外，有別于卷屑槽(斷屑槽)，其主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)尺度上：即本發(fā)明的新型微槽所處的位置主要在前刀面切削刃近域的刀-屑接觸區(qū)，尺度遠(yuǎn)小于卷屑槽(斷屑槽)，可根據(jù)實(shí)際切削情況將該微槽重合設(shè)計(jì)在已有卷屑槽(斷屑槽)內(nèi)。本發(fā)明的新型微槽也有別于減摩槽，主要體現(xiàn)在刀屑接觸狀態(tài)、尺度和數(shù)量排布上：即減摩槽區(qū)域刀屑接觸狀態(tài)多為點(diǎn)接觸或線接觸等不完全接觸，而本設(shè)計(jì)微槽刀屑接觸狀態(tài)為全接觸(如圖6-圖11所示)，增大了切屑與刀具前刀面接觸面積，降低了刀具在刀-屑接觸處區(qū)的正應(yīng)力；另減摩槽一般為微尺度多數(shù)量陣列排布，而本設(shè)計(jì)微槽為單一獨(dú)立存在。由此可知，本發(fā)明的微槽在尺度上小于斷屑槽，數(shù)量上少于減摩槽，這樣就進(jìn)一步有效確保了車刀的強(qiáng)度。

為了能更好證明本發(fā)明的有益效果，申請(qǐng)人做了如下仿真實(shí)驗(yàn)：使用普通硬質(zhì)合金車刀(以下簡(jiǎn)稱對(duì)照車刀)與本發(fā)明進(jìn)行切削高強(qiáng)度合金鋼40CrMnMo仿真對(duì)比實(shí)驗(yàn)。上述的對(duì)照車刀與本發(fā)明的車刀的每一組對(duì)比實(shí)驗(yàn)均在相同切削條件(切削用量、刀具幾何結(jié)構(gòu)、刀具和工件材料等)下進(jìn)行，切削高強(qiáng)度合金鋼40CrMnMo的仿真對(duì)比實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果如表1所示。

表1仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果

綜上得知本發(fā)明的車刀降溫效果相對(duì)明顯。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的M處的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是負(fù)前角時(shí)圖2的A-A截面上的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是零前角時(shí)圖2的A-A截面上的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是正前角時(shí)圖2的A-A截面上的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是Vc＝100m/min、f＝0.4mm、a_p＝1.5mm和γ₀為-10°時(shí)，微槽的刀-屑接觸狀態(tài)仿真圖；

圖7是Vc＝115m/min、f＝0.42mm、a_p＝2mm和γ₀為-10°時(shí)，微槽的刀-屑接觸狀態(tài)仿真圖；

圖8是Vc＝100m/min、f＝0.4mm、a_p＝1.5mm和γ₀為0°時(shí)，微槽的刀-屑接觸狀態(tài)示意圖；

圖9是Vc＝115m/min、f＝0.42mm、a_p＝2mm和γ₀為0°時(shí)，微槽的刀-屑接觸狀態(tài)仿真圖；

圖10是Vc＝100m/min、f＝0.4mm、a_p＝1.5mm和γ₀為9°時(shí)，微槽的刀-屑接觸狀態(tài)仿真圖；

圖11是Vc＝115m/min、f＝0.42mm、a_p＝2mm和γ₀為9°時(shí)，微槽的刀-屑接觸狀態(tài)仿真圖。

附圖中的標(biāo)記為：1-前刀面，2-主切削刃，3-外緣，4-切削刃近域，5-微槽，6-刀尖，7-底面。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但并不作為對(duì)本發(fā)明限制的依據(jù)。

實(shí)施例1。一種切削高強(qiáng)度合金鋼40CrMnMo的硬質(zhì)合金微槽車刀，其構(gòu)成如圖1所示，包括前刀面1，前刀面1的邊緣有主切削刃2，前刀面1的切削刃近域4處設(shè)有微槽5；所述的微槽5呈扁平且細(xì)長(zhǎng)的不對(duì)稱和不等深的“一”字型微槽結(jié)構(gòu)(如圖2所示)。

前述的微槽5(如圖3-5所示)在與后刀面相互垂直的平面上的截面為非對(duì)稱曲線型，微槽5的底面7呈曲面，微槽5的最大深度H為0.1～0.2mm，優(yōu)選值為0.15mm。

前述的微槽5的長(zhǎng)度L為4～8mm，最優(yōu)為7.4mm；微槽5的寬度W₁為0.5～1.2mm，總槽寬W₂為1～1.8mm(如圖2所示),W₁優(yōu)選值為0.8mm，W₂優(yōu)選值為1.4mm。

前述的微槽5的靠近主切削刃2一側(cè)的外緣3距主切削刃2的距離T(如圖2所示)為0.07～0.15mm，優(yōu)選值為0.1mm。微槽5的平直部分與主切削刃2平行，曲線部分與刀尖圓弧等徑。

前述的微槽5的外緣3與主切削刃2的連接形式為正、負(fù)或零前角型，負(fù)前角(-10°)為優(yōu)選值(如圖3-5所示)。

沿垂直于主后刀面方向觀察，前述的主切削刃2呈直線型。