一种用于加工碳纤维复合材料的PCD刀具的制作方法

一种用于加工碳纤维复合材料的pcd刀具
技术领域
1.本发明涉及刀具技术领域，特别是涉及一种用于加工碳纤维复合材料的pcd刀具。


背景技术：

2.刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。pcd刀具通常是指采用人造金 刚石制成的刀具，即采用聚晶金刚石制成的刀具，而聚晶金刚石(pcd)则是人们利用高压 合成技术合成的。金刚石刀具具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等特性，可在高 速切削中获得很高的加工精度和加工效率，因此，金刚石刀具被广泛应用于到航空、航天、 汽车、电子、石材等多个领域中。现有技术的一种pcd刀具被用来加工碳纤维复合材料，碳 纤维复合材料是一种具有优异力学性能的特种纤维复合材料，其比重不到钢的1/4，抗拉强 度是钢的7～9倍，耐高温，且化学性质稳定，由于碳纤维材料具有较高的韧性，难以切断， 所以极易在工件表面上产生大量毛刺，因此，现有技术的这种pcd刀具在用来加工碳纤维复合 材料时，切削力大，极易使复合材料切削位置产生毛刺，同时切削力大，也使得刀具切削刃 极易磨损，降低刀具切削寿命。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种用于加工碳纤维复合材料的pcd刀具， 通过结构改进，一方面能够降低刀具切削力，延长刀具寿命；另一方面能够降低刀具加工复 合材料时易出现切削毛刺的现象发生。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于加工碳纤维复合材料的pcd刀具， 包括刀体和焊接片；所述刀体为圆棒形，刀体沿长度方向分为切削部和柄部两段，且切削部 的自由端设为刀具底端；所述切削部中，由切削部的底端向柄部方向直线延伸设有两个以上 排屑槽，每个排屑槽中固定一个焊接片；所述焊接片中，朝向切削旋转方向的面设为切削前 刀面，所述焊接片的对应于切削外周位置的面设为切削后刀面，所述切削前刀面与所述切削 后刀面相交形成周切削刃，所述切削部的外圆周直径设为d；所述焊接片的切削后刀面分为 切削第一后刀面和切削第二后刀面，所述切削第一后刀面在垂直于圆棒形的轴线的第一参考 平面上的投影轮廓为圆弧形，所述切削第二后刀面在垂直于圆棒形的轴线的第一参考平面上 的投影轮廓为直线形；所述切削第一后刀面的圆弧形的圆弧半径为0.4～0.6d，所述第二后 刀面的直线形与所述切削部的切向方向间的夹角为ω，10
°
≤ω≤45
°
。
5.所述焊接片由切削层和基体层两部分组成，所述切削层和所述基体层层叠并固定在一 起，所述基体层的背对所述切削层的一面设为焊接面，所述焊接片通过所述焊接面固定在对 应的排屑槽所设有的焊接面中，排屑槽的焊接面为排屑槽中朝向切削旋转方向的面；所述切 削第一后刀面设置在所述切削层处，所述第二后刀面设置在所述基体层处。
6.所述焊接片设有由切削前刀面贯通至所述焊接片的焊接面的断屑槽，且所述断屑槽相 对于所述焊接片的焊接面为斜向设置，以刀具底端为左端，当断屑槽是从切削前刀面
向焊接 片的焊接面方向延伸为从左向右延伸时，该断屑槽定义为右旋断屑槽，对应的焊接片为右旋 焊接片，当断屑槽是从切削前刀面向焊接片的焊接面方向延伸为从右向左延伸时，该断屑槽 定义为左旋断屑槽，对应的焊接片为左旋焊接片；所述切削部的两个以上排屑槽中，在沿着 旋转方向的两个相邻的排屑槽中，分别固定右旋焊接片和左旋焊接片。
7.所述右旋焊接片中，右旋断屑槽的左侧的对应于所述切削层的位置设有右旋切削刃， 所述左旋焊接片中，左旋断屑槽的右侧的对应于所述切削层的位置设有左旋切削刃，所述右 旋切削刃和所述左旋切削刃在所述焊接片的焊接面上的投影长度相同，且投影长度为l0， 相邻的右旋焊接片和左旋焊接片在旋转时，相邻的右旋切削刃和左旋切削刃具有旋转重叠部 分w，且w≥0.1l0。
8.所述右旋断屑槽与所述设有右旋断屑槽的焊接片的焊接面的垂直面的夹角为α，且所 述设有右旋断屑槽的焊接片的焊接面的垂直面也垂直于所述圆棒形的轴线，0
°
≤α
9.≤70
°
；所述左旋断屑槽与所述设有左旋断屑槽的焊接片的焊接面的垂直面的夹角为β，且 所述设有左旋断屑槽的焊接片的焊接面的垂直面也垂直于所述圆棒形的轴线，0
°
≤β
10.≤70
°
。
11.所述右旋断屑槽在所述设有右旋断屑槽的焊接片的焊接面的垂直面上的投影由m段曲 线和n段直线组成，其中，m≥0，n≥0，且m、n不同时为0；所述右旋断屑槽与所述右旋 切削刃具有接触曲面，该接触曲面为右旋前刀面，所述右旋前刀面起点切线与垂直于所述周 切削刃的直线之间的夹角为γ1，0
°
≤γ1≤20
°
；所述左旋断屑槽在所述设有左旋断屑槽 的焊接片的焊接面的垂直面上的投影由x段曲线和y段直线组成，其中x≥0，y≥0，且x、 y不同时为0；所述左旋断屑槽与所述左旋切削刃具有接触曲面，该接触曲面为左旋前刀面， 所述左旋前刀面起点切线与垂直于所述周切削刃的直线之间的夹角为γ2， 0
°
≤γ2≤20
°
。
12.所述右旋切削刃与右旋断屑槽之间连接面为右旋后刀面，所述右旋后刀面与右旋切削 刃交点的切线与所述圆棒形的轴线的平行线之间的夹角为γ3，0
°
≤γ3≤20
°
；所述左旋 切削刃与左旋断屑槽之间连接面为左旋后刀面，所述左旋后刀面与左旋切削刃交点的切线与 所述圆棒形的轴线的平行线之间的夹角为γ4，0
°
≤γ4≤20
°
。
13.所述右旋切削刃和左旋切削刃上的每一点至所述圆棒形的轴线的距离相等，均为0.5d。
14.所述焊接片在对应于所述刀具底端位置设置有底端切削刃和底端后刀面，底端后刀面 与焊接片的焊接面的垂直面的夹角为θ，且0
°
≤θ≤30
°
。
15.所述切削层所采用的材料的硬度高于所述基体层所采用的材料的硬度，所述切削层由 pcd或cbn或硬质合金的材料制作而成，所述基体层由硬质合金或高速钢的材料制作而成， 所述切削层的厚度为h，所述基体层的厚度为h，且满足关系式：0.01d《h≤0.2d，0≤h≤0.1d； 所述刀体由硬质合金或高速钢的材料制作而成。
16.与现有技术相比较，本发明的有益效果是：
17.1、本发明由于采用了将焊接片的切削后刀面分为切削第一后刀面和切削第二后刀面， 且所述切削第一后刀面在垂直于圆棒形的轴线的第一参考平面上的投影轮廓为圆弧形，所述 切削第二后刀面在垂直于圆棒形的轴线的第一参考平面上的投影轮廓为直线
形；所述切削第 一后刀面的圆弧形的圆弧半径为0.4～0.6d，所述第二后刀面的直线形与所述切削部的切向 方向间的夹角为ω，10
°
≤ω≤45
°
。本发明的这种结构，能够有效提升刀具的锋利性，降 低刀具切削力，提升切削效率。
18.2、本发明由于采用了焊接片设有由切削前刀面贯通至所述焊接片的焊接面的断屑槽， 且所述断屑槽相对于所述焊接片的焊接面为斜向设置，以刀具底端为左端，当断屑槽是从切 削前刀面向焊接片的焊接面方向延伸为从左向右延伸时，该断屑槽定义为右旋断屑槽，对应 的焊接片为右旋焊接片，当断屑槽是从切削前刀面向焊接片的焊接面方向延伸为从右向左延 伸时，该断屑槽定义为左旋断屑槽，对应的焊接片为左旋焊接片；所述切削部的两个以上排 屑槽中，在沿着旋转方向的两个相邻的排屑槽中，分别固定右旋焊接片和左旋焊接片。本发 明的这种结构，利用两种不同旋向切削刃进行切削加工，切削过程中不同旋向切削刃产生不 同方向的切削力，可抑制加工碳纤维复合材料时的毛刺、翻边等缺陷产生。
19.以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种用于加工碳纤维复 合材料的pcd刀具不局限于实施例。
附图说明
20.图1是本发明的实施例的立体构造示意图；
21.图2是本发明的实施例的刀具底端方向示意图；
22.图3是图2中的a方向的示意图；
23.图4是图2中的b方向的示意图；
24.图5是本发明的实施例的右旋焊接片的立体构造示意图；
25.图6是本发明的实施例的右旋焊接片的主视图；
26.图7是本发明的实施例的右旋焊接片的俯视图；
27.图8是图6中的f方向的示意图；
28.图9是图7中的c部放大示意图；
29.图10是本发明的实施例的左旋焊接片的俯视图；
30.图11是图10中的e部放大示意图；
31.图12是图11中的e部放大示意图；
32.图13是本发明的实施例的右旋焊接片和左旋焊接片的旋转重叠部分的示意图；
33.图14是图13中的g部放大示意图。
34.图中：100、刀体；200、焊接片；1、刀体的切削部；2、刀体的柄部；3、右旋焊接片； 4、左旋焊接片；5、刀体的排屑槽；6、刀体的焊接面；7、焊接片的切削层；8、焊接片的 基体层；9、右旋焊接片的右旋断屑槽；10、右旋焊接片的右旋切削刃；11、左旋焊接片的 左旋断屑槽；12、左旋焊接片的左旋切削刃；13、焊接片的切削前刀面；14、焊接片的切削 后刀面；15、焊接片的切削第一后刀面；16、焊接片的切削第二后刀面；17、焊接片的周切 削刃；18、焊接片的底端切削刃；19、焊接片的底端倒角；20、焊接片的焊接面；21、右旋 焊接片的右旋前刀面；22、右旋焊接片的右旋后刀面；23、左旋焊接片的左旋前刀面；24、 左旋焊接片的左旋后刀面；25、焊接片的底端后刀面。
具体实施方式
35.实施例
36.参见图1至图14所示，本发明的一种用于加工碳纤维复合材料的pcd刀具，包括刀体100 和焊接片200；所述刀体100为圆棒形，刀体100沿长度方向分为切削部1和柄部2两段， 且切削部1的自由端设为刀具底端；所述切削部1中，由切削部1的底端向柄部2方向直线 延伸设有两个以上排屑槽5，每个排屑槽5中固定一个焊接片200，本实施例的排屑槽5为 四个；所述焊接片200中，朝向切削旋转方向的面设为切削前刀面13，所述焊接片200的 对应于切削外周位置的面设为切削后刀面14，所述切削前刀面13与所述切削后刀面14相 交形成周切削刃17，所述切削部1的外圆周直径设为d；如图5、图12所示，所述焊接片 200的切削后刀面14分为切削第一后刀面15和切削第二后刀面16，所述切削第一后刀面 15在垂直于圆棒形的轴线的第一参考平面上的投影轮廓为圆弧形，所述切削第二后刀面16 在垂直于圆棒形的轴线的第一参考平面上的投影轮廓为直线形；所述切削第一后刀面15的 圆弧形的圆弧半径r为0.4～0.6d，若r＜0.4d，则切削部刃口强度不足，易造成切削崩损， 缩短刀具寿命，若r＞0.6d，则刀具过钝，磨损速率快，同时后刀面易与工件加工表面发生 干涉；所述第二后刀面16的直线形与所述切削部1的切向方向间的夹角为ω，10
°
≤ω
37.≤45
°
，若ω＜10
°
,则后刀面容屑空间不足，不利于刀具冷却，而且在旋转切削时可能会 出现第二后刀面高于第一后刀面的翘起情况，若ω＞45
°
，则基体层强度不足，无法承载切 削时产生的冲击，甚至会导致切削刃整体崩缺。
38.如图5、图12所示，本实施例中，所述焊接片200由切削层7和基体层8两部分组成， 所述切削层7和所述基体层8层叠并固定在一起，所述基体层8的背对所述切削层7的一面 设为焊接面20，所述焊接片200通过所述焊接面20固定在对应的排屑槽5所设有的焊接面 6中，排屑槽5的焊接面6为排屑槽中朝向切削旋转方向的面；所述切削第一后刀面15设 置在所述切削层7处，所述第二后刀面16设置在所述基体层8处。
39.如图3、图4、图6、图9所示，本实施例中，所述焊接片200设有由切削前刀面13 贯通至所述焊接片200的焊接面20的断屑槽，且所述断屑槽相对于所述焊接片200的焊接 面20为斜向设置，以刀具底端为左端，当断屑槽是从切削前刀面13向焊接片的焊接面20 方向延伸为从左向右延伸时，该断屑槽定义为右旋断屑槽9，对应的焊接片为右旋焊接片3， 当断屑槽是从切削前刀面13向焊接片的焊接面20方向延伸为从右向左延伸时，该断屑槽定 义为左旋断屑槽11，对应的焊接片为左旋焊接片4；所述切削部的两个以上排屑槽中，在沿 着旋转方向的两个相邻的排屑槽中，分别固定右旋焊接片3和左旋焊接片4，末实施例的四 个排屑槽5中，间隔地固定右旋焊接片3和左旋焊接片4。
40.如图6、图9、图13、图14所示，本实施例中，所述右旋焊接片3中，右旋断屑槽9 的左侧的对应于所述切削层7的位置设有右旋切削刃10，所述左旋焊接片4中，左旋断屑 槽11的右侧的对应于所述切削层的位置设有左旋切削刃12，所述右旋切削刃10和所述左 旋切削刃12在所述焊接片的焊接面上的投影长度相同，且投影长度为l0，相邻的右旋焊接 片3和左旋焊接片4在旋转时，相邻的右旋切削刃10和左旋切削刃12具有旋转重叠部分w， 且w≥0.1l0，受工件加工回弹影响，若w＜0.1l0，则会出现在相邻左右旋切削刃交接处加 工残留情况，极易造成严重毛刺，加工表面质量降低。
41.如图6、图9所示，本实施例中，所述右旋断屑槽9与所述设有右旋断屑槽的焊接片
的 焊接面20的垂直面的夹角为α，且所述设有右旋断屑槽的焊接片的焊接面的垂直面也垂直 于所述圆棒形的轴线，0
°
≤α≤70
°
，若α＞70
°
，则刀具整体切削长度不足，无法有效 降低单位切削长度上的切削载荷，不利于高效切削和延长刀具寿命；所述左旋断屑槽11与 所述设有左旋断屑槽的焊接片的焊接面20的垂直面的夹角为β，且所述设有左旋断屑槽的 焊接片的焊接面的垂直面也垂直于所述圆棒形的轴线，0
°
≤β≤70
°
，若β＞70
°
，则刀 具整体切削长度不足，无法有效降低单位切削长度上的切削载荷，不利于高效切削和延长刀 具寿命。
42.如图8、图11所示，本实施例中，所述右旋断屑槽9在所述设有右旋断屑槽的焊接片 的焊接面的垂直面上的投影由m段曲线和n段直线组成，其中，m≥0，n≥0，且m、n不同 时为0；所述右旋断屑槽9与所述右旋切削刃10具有接触曲面，该接触曲面为右旋前刀面 21，所述右旋前刀面21起点切线与垂直于所述周切削刃的直线之间的夹角为γ1， 0
°
≤γ1≤20
°
，若γ1＞20
°
，则刀具切削刃强度降低，极易出现崩刃情况；所述左旋断 屑槽11在所述设有左旋断屑槽的焊接片的焊接面的垂直面上的投影由x段曲线和y段直线 组成，其中x≥0，y≥0，且x、y不同时为0；所述左旋断屑槽11与所述左旋切削刃12具 有接触曲面，该接触曲面为左旋前刀面23，所述左旋前刀面23起点切线与垂直于所述周切 削刃的直线之间的夹角为γ2，0
°
≤γ2≤20
°
，若γ2＞20
°
，则刀具切削刃强度降低， 极易出现崩刃情况。
43.如图6、图8、图9、图11所示，本实施例中，所述右旋切削刃10与右旋断屑槽9之 间连接面为右旋后刀面22，所述右旋后刀面22与右旋切削刃10交点的切线与所述圆棒形 的轴线的平行线之间的夹角为γ3，0
°
≤γ3≤20
°
，若γ3＞20
°
，则刀具切削齿强度降 低，极易出现崩损情况；所述左旋切削刃12与左旋断屑槽11之间连接面为左旋后刀面24， 所述左旋后刀面24与左旋切削刃12交点的切线与所述圆棒形的轴线的平行线之间的夹角为 γ4，0
°
≤γ4≤20
°
，若γ4＞20
°
，则刀具切削齿强度降低，极易出现崩损情况。
44.本实施例中，所述右旋切削刃10和左旋切削刃12上的每一点至所述圆棒形的轴线的 距离相等，均为0.5d。
45.如图6、图7所示，本实施例中，所述焊接片200在对应于所述刀具底端位置设置有底 端切削刃18、底端倒角19和底端后刀面25，底端后刀面25与焊接片的焊接面20的垂直面 的夹角为θ，且0
°
≤θ≤30
°
，若θ＞30
°
，则底端切削刃强度不足，无法承受切削载荷， 易崩损。
46.如图12所示，本实施例中，所述切削层7所采用的材料的硬度高于所述基体层8所采 用的材料的硬度，所述切削层7由pcd或cbn或硬质合金的材料制作而成，所述基体层8 的由硬质合金或高速钢的材料制作而成，所述切削层7的厚度为h，所述基体层8的厚度为 h，且满足关系式：0.01d《h≤0.2d，0≤h≤0.1d，若h＜0.01d，则焊接片切削层过薄，不 利于焊接，同时切削层强度过低，磨损速度快，也极易断裂损坏，若h＞0.2d，则切削部过 厚，挤占容屑空间，不利于排屑和冷却，同时也增加刀具成本，若h＞0.1d，则焊接片过厚， 同样会挤占容屑空间，不利于排屑和冷却；所述刀体100由硬质合金或高速钢的材料制作而 成。
47.本发明的一种用于加工碳纤维复合材料的pcd刀具，采用了将焊接片200的切削后刀面 14分为切削第一后刀面15和切削第二后刀面16，且所述切削第一后刀面15在垂直于圆棒 形的轴线的第一参考平面上的投影轮廓为圆弧形，所述切削第二后刀面16在垂直于圆棒形 的轴线的第一参考平面上的投影轮廓为直线形；所述切削第一后刀面15的圆弧形
的圆弧半 径r为0.4～0.6d，所述第二后刀面16的直线形与所述切削部1的切向方向间的夹角为ω， 10
°
≤ω≤45
°
。本发明的这种结构，能够有效提升刀具的锋利性，降低刀具切削力，提升 切削效率。
48.本发明的一种用于加工碳纤维复合材料的pcd刀具，采用了焊接片200设有由切削前刀面 13贯通至所述焊接片200的焊接面20的断屑槽，且所述断屑槽相对于所述焊接片的焊接面 为斜向设置，以刀具底端为左端，当断屑槽是从切削前刀面向焊接片的焊接面方向延伸为从 左向右延伸时，该断屑槽定义为右旋断屑槽9，对应的焊接片为右旋焊接片3，当断屑槽是 从切削前刀面向焊接片的焊接面方向延伸为从右向左延伸时，该断屑槽定义为左旋断屑槽 11，对应的焊接片为左旋焊接片4；所述切削部的两个以上排屑槽中，在沿着旋转方向的两 个相邻的排屑槽中，分别固定右旋焊接片3和左旋焊接片4。本发明的这种结构，利用两种 不同旋向切削刃进行切削加工，切削过程中不同旋向切削刃产生不同方向的切削力，可抑制 加工碳纤维复合材料时的毛刺、翻边等缺陷产生。
49.上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以 较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本 发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能 的变动和修饰，或修改为等同化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容， 依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明 技术方案保护的范围内。