整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀及其制造方法
整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种刀具及其制造方法，尤其是一种整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀 及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 目前，三面刃铣刀是机床的标准刀具，除了分布于其圆周表面的主切削刃外，靠近 外圆的两端面处有副切削刃，从而改善了切削条件，可提高加工效率和加工质量。三面刃铣 刀一般用于加工沟槽、台阶面或侧面，不仅使用方便灵活，而且在改变刀具装夹方式或刀具 与工件的相对位置时，可扩大其使用范围。例如可使用三面刃铣刀铣削尖齿、V形槽、铰刀 齿、棘轮、齿条和花键等。因此，充分发挥三面刃铣刀的长处，扩大其使用范围，可做到一刀 多用，解决工程实践中因缺乏某些铣刀造成的特殊结构加工问题。
[0003] 刀具性能是影响切削加工效率、精度和表面质量等的决定因素之一，而决定刀具 性能的主要因素包括刀具结构和刀具材料两方面。目前，在航空航天、模具、汽车等行业中 的难加工材料（如高温合金、淬硬钢等）沟槽铣削或台阶面铣削中，主要采用高速钢、硬质 合金或涂层类三面刃铣刀，包括整体式或可转位式结构。受刀具材料本身机械、热等性能的 制约，要提高加工效率和加工质量、延长刀具寿命等均面临挑战。对于目前现有的三面刃铣 刀，其应用局限之处可归纳为：一、整体式三面刃铣刀多为整体式高速钢材质、高速钢或铸 铁基体与硬质合金切削刃焊接等结构，该类刀具材质仅可加工硬度较低的易切削材料，包 括塑料、尼龙、铸铁、低碳钢、铜、铝及其合金等，而且其应用的切削速度相对较低；二、可转 位式三面刃铣刀多为铸铁刀具基体与硬质合金刀片或涂层刀片的复合结构，由于三面刃铣 刀的刀齿较多，该类结构难以保证所有刀片安装定位尺寸的一致性，且刀片与基体的连接 使刀具整体的刚性较差，降低了加工表面质量；此外可转位刀片仅适于三面刃铣刀齿数较 少、直径较大的场合。随着高速加工技术的发展和难加工材料的不断涌现，寻求更佳的刀具 材料和刀具结构可实现高加工效率、高加工质量、长刀具寿命的综合目标。
[0004] 中国专利CN 102303159A公开了一种整体式全陶瓷螺旋立铣刀，分为前部刀头和 后部刀柄两部分，刀头部分设有4-6个螺旋切削刃，切削刃螺旋角为30° -45°，径向前 角为-5°，刀柄为直柄，整个刀体材料采用碳化硅晶须增韧Al2O3陶瓷或碳化硅晶须增韧 SiAlON陶瓷。但是该专利的技术方案无法适用于三面刃铣刀。一方面，三面刃铣刀与整体 式立铣刀所涉及的刀具角度不同，再者，在之前公开的整体式全陶瓷螺旋立铣刀的专利中 采用的陶瓷材质性能尚不能满足三面刃铣刀的要求，因为整体式三面刃铣刀的材料去除量 更大，冲击更强。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为克服上述现有三面刃铣刀在刀具寿命和加工效率等方面存在 的不足，提供一种整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀及其制造方法，该刀具采用碳氮化钛基 金属陶瓷材料制造，具有高线速度、长刀具寿命、高加工效率等优点，适合于高温合金、淬硬 钢等难加工材料的高速高效加工。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
[0007] -种整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀，包括三面刃铣刀刀体，三面刃铣刀刀体通 过其中心的键槽孔与刀柄连接，所述三面刃铣刀刀体的主切削刃前角为-10° -0°，主切 削刃后角为5° -15°，两侧切削刃后角均为2° -5°，三面刃铣刀刀体的齿数为10-20个， 三面刃铣刀外径为50-200mm ;所述三面刃铣刀刀体材料采用碳氮化钛基金属陶瓷。
[0008] -种整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀的制造方法，包括以下步骤：
[0009] (1)制备碳氮化钛基金属陶瓷刀具毛坯；
[0010] (2)对碳氮化钛基金属陶瓷刀具毛坯进行主切削刃前刀面的容肩槽以及后刀面磨 肖|J，采用盘形砂轮磨削；
[0011] (3)对碳氮化钛基金属陶瓷刀具毛坯进行两侧刃后刀面磨削，采用碗型砂轮磨 削；
[0012] (4)对碳氮化钛基金属陶瓷刀具进行键槽孔的制造，利用电火花穿孔技术预制一 小孔后，通过线切割慢走丝加工获得三面刃铣刀的键槽孔。
[0013] 所述步骤（1)制备碳氮化钛基金属陶瓷刀具的原材料由平均粒度直径0. 5 μπι的 TiCa7Ntl.3粉末、平均粒度直径0· 5 μπι的WC粉末、平均粒度直径0· 1 μπι的Mo 2C粉末、平均 粒度直径分别为0. 05 μ m和0. 03 μ m的Ni粉末、Co粉末组成；各材料成分的质量配比为： TiCa7Na3~72%，WC ~10%，Mo 2C ~10%，Ni ~3. 2%，Co ~4. 8%。
[0014] 所述步骤（1)制备碳氮化钛基金属陶瓷刀具的具体步骤为：
[0015] (1-1)将按照比例配置好的原材料装入球磨机中，使用无水乙醇作为球磨介质，用 氧化铝球球磨48h，球料重量比为12:1 ;
[0016] (1-2)将球磨好的混合料放入真空干燥箱中，在温度为120°C下干燥后采用200目 筛筛选粉料。
[0017] (1-3)将筛选好的粉料装入上端带盖、下端封闭、中间均匀分布有孔的石墨反应容 器中以待烧结。
[0018] (1-4)将装有粉末的石墨反应容器放入高温烧结炉内在32MPa压力下进行烧结， 当温度低于950°C时以95°C /min的升温速度进行加热，达到950°C之后以50°C /min的升 温速度继续加热至1650°C，在该温度下持续保温60min后烧结成型。
[0019] 所述盘形砂轮和碗型砂轮均采用树脂结合剂人造金刚石砂轮。
[0020] 所述树脂结合剂人造金刚石砂轮的浓度为80%，粒度为200目。
[0021] 所述盘形砂轮和碗型砂轮磨削速度分别为50m/s和40m/s。
[0022] 陶瓷刀具具有很高的硬度、耐磨性及良好的高温力学性能，并且化学稳定性好，与 金属的亲和力小，不易与金属产生粘结。因此，陶瓷刀具可以加工传统刀具难以加工或根本 不能加工的超硬材料。陶瓷刀具的最佳切削速度比硬质合金刀具高3-10倍，而且刀具寿命 长，可减少换刀次数，大大提高切削加工效率。
[0023] 本发明的整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀具有齿数密（10-20以上）、直径大 (50-200_)的特点，可实现高速、超高速加工，增大材料去除率，降低加工成本。在总径向 切削深度不变时能降低单个切削刃的径向切削深度，减小切削力，降低刀具磨损。因此可有 效延长刀具寿命，减少换刀次数，提高加工效率。而且整体式结构相比可转位结构具有刚性 好、定位精度高、可重磨性好等优点，可提高加工质量，降低加工成本。
[0024] 本发明的整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀，通过键槽孔与刀柄固定连接。主切削 刃前角为-10° -0°，后角为5° -15°，两侧刃后角均为2° -5°，上述技术特征能保证 切削刃具有足够的刚性，因为传统的高速钢或硬质合金三面刃铣刀刀具前角和侧刃后角在 10°左右，过大的刀具角度容易引起切削刃微崩。
[0025] 本发明采用整体式全陶瓷材料，具有优异的耐高温、耐磨性和化学稳定性，而且在 高温下可保持足够的强度与硬度。由于陶瓷材料的导热系数低，高速切削时产生的切削热 大部分被切肩带走，切肩易酥化脆断，有利于断肩及回收利用。
【附图说明】
[0026] 图1为本发明三面刃铣刀的结构示意图；
[0027] 图2为本发明三面刃铣刀的容肩槽磨削过程示意图；
[0028] 图3为本发明三面刃铣刀的两侧刃后刀面磨削过程示意图；
[0029] 图中，1.三面刃铣刀，2.盘型砂轮，3.碗型砂轮。
【具体实施方式 】
[0030] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0031] 如图1所示，整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀，刀具通过键槽孔与刀柄固定连 接。为提高刀具刚性以保证刀具在切削过程中的稳定性与可靠性，将主切削刃前角设计 为-10° -0°，后角为5° -15°，两侧刃后角均为2° -5°。刀具整体采用碳氮化钛基金属 陶瓷，可有效提高刀具切削刃的断裂韧性，防止切削过程中因热力冲击形成微裂纹或崩刃。
[0032] 为克服普通陶瓷材料的硬脆性缺点，刀具整体采用碳氮化钛基金属陶瓷材质，其 性能参数如下表所述，该刀具材质能有效提高切削刃的断裂韧性，防止切削过程中因热力 冲击形成微裂纹或崩刃。
[0033]
[0034] 采用碳氮化钛基金属陶瓷的整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀适用于高速加工各 种铸铁（灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、冷硬铸铁等）、各种钢料（碳素结构钢、合金钢、尚强 度钢、淬硬钢等）、高温合金（镍基、铁基等）、铜合金、石墨、工程塑料和复合材料等。该铣 刀具有高线速度、长刀具寿命、高加工效率等优点，适合于高温合金、淬硬钢等难加工材料 的高速高效加工。
[0035] 如图2和图3所示，给出了三面刃铣刀的容肩槽和侧刃后刀面磨削示意图。在整 体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀的制造过程中，容肩槽（包括前刀面）与侧刃后刀面磨削加 工是两个最重要的步骤，该部位对三面刃铣刀的质量具有决定性影响。根据三面刃铣刀的 结构特点，利用盘型砂轮磨削容肩槽，利用碗型砂轮磨削侧刃后刀面。由于陶瓷材料的硬 脆性及导热性差，在磨削时易产生微裂纹和微小崩刃，因此需采用精细刃磨，应用弹性变形 小、抛光性能好、锋利的树脂结合剂人造金刚石砂轮。经过试验证明，采用浓度为80%、粒度 200目、中软硬度的金刚石砂轮为宜。
[0036] 在整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀的键槽孔制造过程中，利用电火花穿孔技术预 制一小孔后，通过线切割慢走丝加工获得三面刃铣刀的键槽孔。
[0037] 与现有三面刃铣刀的制造方法相比，传统三面刃铣刀的中心键槽孔一般在刀体压 铸成型时即完成，而本发明中烧制的刀具毛坯为整体式实心圆柱。此外，本发明中所采用的 磨削砂轮及磨削参数均根据碳氮化钛基金属陶瓷材料所优化选取。
[0038] 前刀面容肩槽磨削和侧刃后刀面磨削所用的砂轮型号及磨削参数如下表所述。
[0039]
[0040] 铣削属于断续切削，铣削过程中切削刃表面温度比刀体内部温度更容易冷却下 来。由于热膨胀差异，在切削刃区域易形成拉应力而导致裂纹产生，而且陶瓷材料对拉应力 较为敏感，如果在切削过程中使用切削液，会加剧陶瓷刀具切削刃区域的温度梯度而发生 破损失效。因此，陶瓷刀具宜采用干切削方式，可减少切削液使用，降低加工成本，减轻环境 污染。
[0041] 实施例：
[0042] 为了验证本发明整体式全陶瓷三面刃铣刀的切削性能，以一种参数的铣刀为例进 行了对比试验，所试验的铣刀齿数为12,直径为80mm，主切削刃前角为0°，后角为15°，两 侧刃后角均为2°，试验方案为铣通槽，试验时的切削速度为100m/min，切削深度为0.5_， 每齿进给量为〇. 〇2mm/z，工件材料为淬硬H13钢（硬度为HRC62)，对比刀具为通用的相同 直径及相同齿数的硬质合金三面刃铣刀，对比试验结果如下表所述，可见当总切削长度达 到2000mm时，所发明的整体式全陶瓷三面刃铣刀体现出了更为优异的切削性能，其最大刀 具后刀面磨损量更小，加工表面质量更高。
[0043]
[0044] 上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范 围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不 需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1. 一种整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀，包括三面刃铣刀刀体，三面刃铣刀刀 体通过其中心的键槽孔与刀柄连接，其特征是，所述三面刃铣刀刀体的主切削刃前角 为-10° -0°，主切削刃后角为5° -15°，两侧切削刃后角均为2° -5°，三面刃铣刀刀体 的齿数为10-20个，直径为50-200mm;所述三面刃铣刀刀体材料采用碳氮化钛基金属陶瓷。2. 如权利要求1所述的整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀的制造方法，其特征是，包括 以下步骤： (1) 制备碳氮化钛基金属陶瓷刀具毛坯； (2) 对碳氮化钛基金属陶瓷刀具毛坯进行主切削刃前刀面的容肩槽及后刀面磨削，采 用盘形砂轮磨削； (3) 对碳氮化钛基金属陶瓷刀具毛坯进行两侧刃后刀面磨削，采用碗型砂轮磨削； (4) 对碳氮化钛基金属陶瓷刀具进行键槽孔的制造，利用电火花穿孔技术预制一小孔 后，通过线切割慢走丝加工获得三面刃铣刀的键槽孔。3. 如权利要求2所述的整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀的制造方法，其特征是，所述 步骤（1)制备碳氮化钛基金属陶瓷刀具的原材料由平均粒度直径〇. 5ym的TiCa7Na3粉末、 平均粒度直径0. 5ym的WC粉末、平均粒度直径0.Iym的Mo2C粉末、平均粒度直径分别为 0. 05ym和0. 03ym的Ni粉末、Co粉末组成；各材料成分的质量配比为：TiCa7Na3~72%， WC~10%，Mo2C~10%，Ni~3. 2%，Co~4. 8%。4. 如权利要求2所述的整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀的制造方法，其特征是，所述 步骤（1)制备碳氮化钛基金属陶瓷刀具的具体步骤为： (1-1)将按照比例配置好的原材料装入球磨机中，使用无水乙醇作为球磨介质，用氧化 铝球球磨48h，球料重量比为12:1 ; (1-2)将球磨好的混合料放入真空干燥箱中，在温度为120°C下干燥后采用200目筛筛 选粉料； (1-3)将筛选好的粉料装入上端带盖、下端封闭、中间均匀分布有孔的石墨反应容器中 以待烧结； (1-4)将装有粉末的石墨反应容器放入高温烧结炉内在32MPa压力下进行烧结，当温 度低于950°C时以95°C/min的升温速度进行加热，达到950°C之后以50°C/min的升温速 度继续加热至1650°C，在该温度下持续保温60min后烧结成型。5. 如权利要求2所述的整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀的制造方法，其特征是，所述 盘形砂轮和碗型砂轮均采用树脂结合剂人造金刚石砂轮。6. 如权利要求5所述的整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀的制造方法，其特征是，所述 树脂结合剂人造金刚石砂轮的浓度为80%，粒度为200目。7. 如权利要求5所述的整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀的制造方法，其特征是，所述 盘形砂轮和碗型砂轮磨削速度分别为50m/s和40m/s。
【专利摘要】本发明公开了整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀及其制造方法，包括三面刃铣刀刀体，三面刃铣刀刀体通过其中心的键槽孔与刀柄连接，三面刃铣刀刀体的主切削刃前角为-10°-0°，主切削刃后角为5°-15°，两侧切削刃后角均为2°-5°，三面刃铣刀刀体的齿数为10-20个，直径为50-200mm；铣刀刀体材料采用碳氮化钛基金属陶瓷。可实现高速、超高速加工，增大材料去除率，降低加工成本。在总径向切削深度不变时能降低单个切削刃的径向切削深度，减小切削力，降低刀具磨损。可有效延长刀具寿命，减少换刀次数，提高加工效率。整体式结构相比可转位结构具有刚性好、定位精度高、可重磨性好等优点，可提高加工质量，降低加工成本。
【IPC分类】C22C29/04, B23C5/02
【公开号】CN104889466
【申请号】CN201510319255
【发明人】刘战强, 王兵
【申请人】山东大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月11日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种刀具及其制造方法，尤其是一种整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀 及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 目前，三面刃铣刀是机床的标准刀具，除了分布于其圆周表面的主切削刃外，靠近 外圆的两端面处有副切削刃，从而改善了切削条件，可提高加工效率和加工质量。三面刃铣 刀一般用于加工沟槽、台阶面或侧面，不仅使用方便灵活，而且在改变刀具装夹方式或刀具 与工件的相对位置时，可扩大其使用范围。例如可使用三面刃铣刀铣削尖齿、V形槽、铰刀 齿、棘轮、齿条和花键等。因此，充分发挥三面刃铣刀的长处，扩大其使用范围，可做到一刀 多用，解决工程实践中因缺乏某些铣刀造成的特殊结构加工问题。
[0003] 刀具性能是影响切削加工效率、精度和表面质量等的决定因素之一，而决定刀具 性能的主要因素包括刀具结构和刀具材料两方面。目前，在航空航天、模具、汽车等行业中 的难加工材料（如高温合金、淬硬钢等）沟槽铣削或台阶面铣削中，主要采用高速钢、硬质 合金或涂层类三面刃铣刀，包括整体式或可转位式结构。受刀具材料本身机械、热等性能的 制约，要提高加工效率和加工质量、延长刀具寿命等均面临挑战。对于目前现有的三面刃铣 刀，其应用局限之处可归纳为：一、整体式三面刃铣刀多为整体式高速钢材质、高速钢或铸 铁基体与硬质合金切削刃焊接等结构，该类刀具材质仅可加工硬度较低的易切削材料，包 括塑料、尼龙、铸铁、低碳钢、铜、铝及其合金等，而且其应用的切削速度相对较低；二、可转 位式三面刃铣刀多为铸铁刀具基体与硬质合金刀片或涂层刀片的复合结构，由于三面刃铣 刀的刀齿较多，该类结构难以保证所有刀片安装定位尺寸的一致性，且刀片与基体的连接 使刀具整体的刚性较差，降低了加工表面质量；此外可转位刀片仅适于三面刃铣刀齿数较 少、直径较大的场合。随着高速加工技术的发展和难加工材料的不断涌现，寻求更佳的刀具 材料和刀具结构可实现高加工效率、高加工质量、长刀具寿命的综合目标。
[0004] 中国专利CN 102303159A公开了一种整体式全陶瓷螺旋立铣刀，分为前部刀头和 后部刀柄两部分，刀头部分设有4-6个螺旋切削刃，切削刃螺旋角为30° -45°，径向前 角为-5°，刀柄为直柄，整个刀体材料采用碳化硅晶须增韧Al2O3陶瓷或碳化硅晶须增韧 SiAlON陶瓷。但是该专利的技术方案无法适用于三面刃铣刀。一方面，三面刃铣刀与整体 式立铣刀所涉及的刀具角度不同，再者，在之前公开的整体式全陶瓷螺旋立铣刀的专利中 采用的陶瓷材质性能尚不能满足三面刃铣刀的要求，因为整体式三面刃铣刀的材料去除量 更大，冲击更强。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为克服上述现有三面刃铣刀在刀具寿命和加工效率等方面存在 的不足，提供一种整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀及其制造方法，该刀具采用碳氮化钛基 金属陶瓷材料制造，具有高线速度、长刀具寿命、高加工效率等优点，适合于高温合金、淬硬 钢等难加工材料的高速高效加工。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
[0007] -种整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀，包括三面刃铣刀刀体，三面刃铣刀刀体通 过其中心的键槽孔与刀柄连接，所述三面刃铣刀刀体的主切削刃前角为-10° -0°，主切 削刃后角为5° -15°，两侧切削刃后角均为2° -5°，三面刃铣刀刀体的齿数为10-20个， 三面刃铣刀外径为50-200mm ;所述三面刃铣刀刀体材料采用碳氮化钛基金属陶瓷。
[0008] -种整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀的制造方法，包括以下步骤：
[0009] (1)制备碳氮化钛基金属陶瓷刀具毛坯；
[0010] (2)对碳氮化钛基金属陶瓷刀具毛坯进行主切削刃前刀面的容肩槽以及后刀面磨 肖|J，采用盘形砂轮磨削；
[0011] (3)对碳氮化钛基金属陶瓷刀具毛坯进行两侧刃后刀面磨削，采用碗型砂轮磨 削；
[0012] (4)对碳氮化钛基金属陶瓷刀具进行键槽孔的制造，利用电火花穿孔技术预制一 小孔后，通过线切割慢走丝加工获得三面刃铣刀的键槽孔。
[0013] 所述步骤（1)制备碳氮化钛基金属陶瓷刀具的原材料由平均粒度直径0. 5 μπι的 TiCa7Ntl.3粉末、平均粒度直径0· 5 μπι的WC粉末、平均粒度直径0· 1 μπι的Mo 2C粉末、平均 粒度直径分别为0. 05 μ m和0. 03 μ m的Ni粉末、Co粉末组成；各材料成分的质量配比为： TiCa7Na3~72%，WC ~10%，Mo 2C ~10%，Ni ~3. 2%，Co ~4. 8%。
[0014] 所述步骤（1)制备碳氮化钛基金属陶瓷刀具的具体步骤为：
[0015] (1-1)将按照比例配置好的原材料装入球磨机中，使用无水乙醇作为球磨介质，用 氧化铝球球磨48h，球料重量比为12:1 ;
[0016] (1-2)将球磨好的混合料放入真空干燥箱中，在温度为120°C下干燥后采用200目 筛筛选粉料。
[0017] (1-3)将筛选好的粉料装入上端带盖、下端封闭、中间均匀分布有孔的石墨反应容 器中以待烧结。
[0018] (1-4)将装有粉末的石墨反应容器放入高温烧结炉内在32MPa压力下进行烧结， 当温度低于950°C时以95°C /min的升温速度进行加热，达到950°C之后以50°C /min的升 温速度继续加热至1650°C，在该温度下持续保温60min后烧结成型。
[0019] 所述盘形砂轮和碗型砂轮均采用树脂结合剂人造金刚石砂轮。
[0020] 所述树脂结合剂人造金刚石砂轮的浓度为80%，粒度为200目。
[0021] 所述盘形砂轮和碗型砂轮磨削速度分别为50m/s和40m/s。
[0022] 陶瓷刀具具有很高的硬度、耐磨性及良好的高温力学性能，并且化学稳定性好，与 金属的亲和力小，不易与金属产生粘结。因此，陶瓷刀具可以加工传统刀具难以加工或根本 不能加工的超硬材料。陶瓷刀具的最佳切削速度比硬质合金刀具高3-10倍，而且刀具寿命 长，可减少换刀次数，大大提高切削加工效率。
[0023] 本发明的整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀具有齿数密（10-20以上）、直径大 (50-200_)的特点，可实现高速、超高速加工，增大材料去除率，降低加工成本。在总径向 切削深度不变时能降低单个切削刃的径向切削深度，减小切削力，降低刀具磨损。因此可有 效延长刀具寿命，减少换刀次数，提高加工效率。而且整体式结构相比可转位结构具有刚性 好、定位精度高、可重磨性好等优点，可提高加工质量，降低加工成本。
[0024] 本发明的整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀，通过键槽孔与刀柄固定连接。主切削 刃前角为-10° -0°，后角为5° -15°，两侧刃后角均为2° -5°，上述技术特征能保证 切削刃具有足够的刚性，因为传统的高速钢或硬质合金三面刃铣刀刀具前角和侧刃后角在 10°左右，过大的刀具角度容易引起切削刃微崩。
[0025] 本发明采用整体式全陶瓷材料，具有优异的耐高温、耐磨性和化学稳定性，而且在 高温下可保持足够的强度与硬度。由于陶瓷材料的导热系数低，高速切削时产生的切削热 大部分被切肩带走，切肩易酥化脆断，有利于断肩及回收利用。
【附图说明】
[0026] 图1为本发明三面刃铣刀的结构示意图；
[0027] 图2为本发明三面刃铣刀的容肩槽磨削过程示意图；
[0028] 图3为本发明三面刃铣刀的两侧刃后刀面磨削过程示意图；
[0029] 图中，1.三面刃铣刀，2.盘型砂轮，3.碗型砂轮。
【具体实施方式 】
[0030] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0031] 如图1所示，整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀，刀具通过键槽孔与刀柄固定连 接。为提高刀具刚性以保证刀具在切削过程中的稳定性与可靠性，将主切削刃前角设计 为-10° -0°，后角为5° -15°，两侧刃后角均为2° -5°。刀具整体采用碳氮化钛基金属 陶瓷，可有效提高刀具切削刃的断裂韧性，防止切削过程中因热力冲击形成微裂纹或崩刃。
[0032] 为克服普通陶瓷材料的硬脆性缺点，刀具整体采用碳氮化钛基金属陶瓷材质，其 性能参数如下表所述，该刀具材质能有效提高切削刃的断裂韧性，防止切削过程中因热力 冲击形成微裂纹或崩刃。
[0033]
[0034] 采用碳氮化钛基金属陶瓷的整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀适用于高速加工各 种铸铁（灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、冷硬铸铁等）、各种钢料（碳素结构钢、合金钢、尚强 度钢、淬硬钢等）、高温合金（镍基、铁基等）、铜合金、石墨、工程塑料和复合材料等。该铣 刀具有高线速度、长刀具寿命、高加工效率等优点，适合于高温合金、淬硬钢等难加工材料 的高速高效加工。
[0035] 如图2和图3所示，给出了三面刃铣刀的容肩槽和侧刃后刀面磨削示意图。在整 体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀的制造过程中，容肩槽（包括前刀面）与侧刃后刀面磨削加 工是两个最重要的步骤，该部位对三面刃铣刀的质量具有决定性影响。根据三面刃铣刀的 结构特点，利用盘型砂轮磨削容肩槽，利用碗型砂轮磨削侧刃后刀面。由于陶瓷材料的硬 脆性及导热性差，在磨削时易产生微裂纹和微小崩刃，因此需采用精细刃磨，应用弹性变形 小、抛光性能好、锋利的树脂结合剂人造金刚石砂轮。经过试验证明，采用浓度为80%、粒度 200目、中软硬度的金刚石砂轮为宜。
[0036] 在整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀的键槽孔制造过程中，利用电火花穿孔技术预 制一小孔后，通过线切割慢走丝加工获得三面刃铣刀的键槽孔。
[0037] 与现有三面刃铣刀的制造方法相比，传统三面刃铣刀的中心键槽孔一般在刀体压 铸成型时即完成，而本发明中烧制的刀具毛坯为整体式实心圆柱。此外，本发明中所采用的 磨削砂轮及磨削参数均根据碳氮化钛基金属陶瓷材料所优化选取。
[0038] 前刀面容肩槽磨削和侧刃后刀面磨削所用的砂轮型号及磨削参数如下表所述。
[0039]
[0040] 铣削属于断续切削，铣削过程中切削刃表面温度比刀体内部温度更容易冷却下 来。由于热膨胀差异，在切削刃区域易形成拉应力而导致裂纹产生，而且陶瓷材料对拉应力 较为敏感，如果在切削过程中使用切削液，会加剧陶瓷刀具切削刃区域的温度梯度而发生 破损失效。因此，陶瓷刀具宜采用干切削方式，可减少切削液使用，降低加工成本，减轻环境 污染。
[0041] 实施例：
[0042] 为了验证本发明整体式全陶瓷三面刃铣刀的切削性能，以一种参数的铣刀为例进 行了对比试验，所试验的铣刀齿数为12,直径为80mm，主切削刃前角为0°，后角为15°，两 侧刃后角均为2°，试验方案为铣通槽，试验时的切削速度为100m/min，切削深度为0.5_， 每齿进给量为〇. 〇2mm/z，工件材料为淬硬H13钢（硬度为HRC62)，对比刀具为通用的相同 直径及相同齿数的硬质合金三面刃铣刀，对比试验结果如下表所述，可见当总切削长度达 到2000mm时，所发明的整体式全陶瓷三面刃铣刀体现出了更为优异的切削性能，其最大刀 具后刀面磨损量更小，加工表面质量更高。
[0043]
[0044] 上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范 围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不 需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1. 一种整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀，包括三面刃铣刀刀体，三面刃铣刀刀 体通过其中心的键槽孔与刀柄连接，其特征是，所述三面刃铣刀刀体的主切削刃前角 为-10° -0°，主切削刃后角为5° -15°，两侧切削刃后角均为2° -5°，三面刃铣刀刀体 的齿数为10-20个，直径为50-200mm;所述三面刃铣刀刀体材料采用碳氮化钛基金属陶瓷。2. 如权利要求1所述的整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀的制造方法，其特征是，包括 以下步骤： (1) 制备碳氮化钛基金属陶瓷刀具毛坯； (2) 对碳氮化钛基金属陶瓷刀具毛坯进行主切削刃前刀面的容肩槽及后刀面磨削，采 用盘形砂轮磨削； (3) 对碳氮化钛基金属陶瓷刀具毛坯进行两侧刃后刀面磨削，采用碗型砂轮磨削； (4) 对碳氮化钛基金属陶瓷刀具进行键槽孔的制造，利用电火花穿孔技术预制一小孔 后，通过线切割慢走丝加工获得三面刃铣刀的键槽孔。3. 如权利要求2所述的整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀的制造方法，其特征是，所述 步骤（1)制备碳氮化钛基金属陶瓷刀具的原材料由平均粒度直径〇. 5ym的TiCa7Na3粉末、 平均粒度直径0. 5ym的WC粉末、平均粒度直径0.Iym的Mo2C粉末、平均粒度直径分别为 0. 05ym和0. 03ym的Ni粉末、Co粉末组成；各材料成分的质量配比为：TiCa7Na3~72%， WC~10%，Mo2C~10%，Ni~3. 2%，Co~4. 8%。4. 如权利要求2所述的整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀的制造方法，其特征是，所述 步骤（1)制备碳氮化钛基金属陶瓷刀具的具体步骤为： (1-1)将按照比例配置好的原材料装入球磨机中，使用无水乙醇作为球磨介质，用氧化 铝球球磨48h，球料重量比为12:1 ; (1-2)将球磨好的混合料放入真空干燥箱中，在温度为120°C下干燥后采用200目筛筛 选粉料； (1-3)将筛选好的粉料装入上端带盖、下端封闭、中间均匀分布有孔的石墨反应容器中 以待烧结； (1-4)将装有粉末的石墨反应容器放入高温烧结炉内在32MPa压力下进行烧结，当温 度低于950°C时以95°C/min的升温速度进行加热，达到950°C之后以50°C/min的升温速 度继续加热至1650°C，在该温度下持续保温60min后烧结成型。5. 如权利要求2所述的整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀的制造方法，其特征是，所述 盘形砂轮和碗型砂轮均采用树脂结合剂人造金刚石砂轮。6. 如权利要求5所述的整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀的制造方法，其特征是，所述 树脂结合剂人造金刚石砂轮的浓度为80%，粒度为200目。7. 如权利要求5所述的整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀的制造方法，其特征是，所述 盘形砂轮和碗型砂轮磨削速度分别为50m/s和40m/s。
【专利摘要】本发明公开了整体式全陶瓷超密齿三面刃铣刀及其制造方法，包括三面刃铣刀刀体，三面刃铣刀刀体通过其中心的键槽孔与刀柄连接，三面刃铣刀刀体的主切削刃前角为-10°-0°，主切削刃后角为5°-15°，两侧切削刃后角均为2°-5°，三面刃铣刀刀体的齿数为10-20个，直径为50-200mm；铣刀刀体材料采用碳氮化钛基金属陶瓷。可实现高速、超高速加工，增大材料去除率，降低加工成本。在总径向切削深度不变时能降低单个切削刃的径向切削深度，减小切削力，降低刀具磨损。可有效延长刀具寿命，减少换刀次数，提高加工效率。整体式结构相比可转位结构具有刚性好、定位精度高、可重磨性好等优点，可提高加工质量，降低加工成本。
【IPC分类】C22C29/04, B23C5/02
【公开号】CN104889466
【申请号】CN201510319255
【发明人】刘战强, 王兵
【申请人】山东大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月11日
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