一种低温冷却润滑专用内冷车刀的制作方法

本发明涉及机械加工技术领域，具体涉及一种低温冷却润滑专用内冷车刀。

背景技术：

在难加工材料(如不锈钢、钛合金和高温合金等)的切削过程中，一是切削力过大，切削温度过高引起刀具的磨损、破损严重，降低了表面完整性，增加了生产成本；二是外置式冷却润滑方式无法对切削区域进行有效冷却润滑，不能有效改善摩擦状态，造成断屑困难，刀具易破损，影响已加工表面质量，降低了生产效率，而且频繁使用切削液会产生很多负面影响：1、造成对环境严重污染；2、危害人类身体健康；3、使用成本昂贵。如能有效降低切削区域切削温度，将会大大延长刀具使用寿命，提高加工性能。针对上述难加工材料，采用低温切削加工方法，将液氮、液态二氧化碳低温流体通过内冷刀具的不同射流斜孔喷向刀尖切削区的前刀面、主后刀面、副后刀面，能够有效降低切削温度，增加润滑效果，降低刀具磨损，改善已加工表面质量，有效地延长刀具的使用寿命，同时，此状态下切屑的脆性增加，而塑韧性减小，易于折断，利于排屑。

在内冷刀具的冷却液通道设计中，如果通道的空间结构出现数目过多、弯曲或者盲孔，过于复杂，会造成加工困难和影响刀头强度等问题，通道直径不易过大否则会影响射流压强。所以，应该合理地设计通道形状，控制通道数目及通道截面直径。

技术实现要素：

本发明为了解决现有车刀在车削难加工材料时，冷却润滑能力不足，导致切削液不能充分喷射到切削区域，断屑困难，刀具易破损，影响已加工表面质量，降低了生产效率的问题，进而提出一种低温冷却润滑专用内冷车刀。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种低温冷却润滑专用内冷车刀包括刀柄、刀头和刀片，刀头固接在刀柄的前端，刀片嵌装在刀头上端面的前端，刀片通过紧固机构与刀头固接，刀头的下端面上设有螺纹盲孔，刀头通过螺纹盲孔与低温管道连接，刀头的上部设有喷孔，刀头的下部设有第一射流斜孔和第二射流斜孔，喷孔朝向刀片的前刀面设置，第一射流斜孔朝向刀片的副后刀面设置，第二射流斜孔朝向刀片的主后刀面设置，刀头内设有冷却液通道，喷孔、第一射流斜孔和第二射流斜孔通过冷却液通道与螺纹盲孔连接。

本发明与现有技术相比包含的有益效果是：

1、与常规冷却相比，本发明采用低温内冷车刀加工，有效降低了切削区域的切削热，改善了摩擦条件，提高切削润滑效果，降低了刀具磨损，延长了刀具使用寿命，保证了已加工表面完整性，同时还使得切屑脆性增加，易于折断，便于排屑，提高了已加工表面的精度，生产成本降低了40％以上。

2、本发明采用多角度射流斜孔的设计，相比传统单方向射流喷口冷却方法，可以实现对刀尖切削区更加全面的冷却润滑效果。喷孔置于前刀面后上方，低温射流喷向刀尖前刀面，降低前刀面的切削温度，改善摩擦，延长刀具使用寿命，使切屑脆性增加，易于折断，便于排屑。第一射流斜孔置于副后刀面斜下方，低温射流喷向刀尖副后刀面，对副后刀面有效降温，改善摩擦，减缓副后刀面磨损，提高难加工材料零件已加工表面质量。第二射流斜孔置于主后刀面斜下方，低温射流对主后刀面降温，改善摩擦，减缓后刀面磨损，刀具使用寿命延长80％以上。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明整体结构的爆炸图；

图3是图2中的x处放大图；

图4是本发明中刀柄1和刀头2的后视图；

图5是本发明中刀柄1和刀头2的俯视图；

图6是图5中的a-a向剖视图；

图7是图5中的b-b向剖视图；

图8是图5中的c-c向剖视图；

图9是图5中的d-d向剖视图；

图10是图5中的e-e向剖视图；

图11是图5中的f-f向剖视图；

图12是本发明中第四端面22的垂线方向与竖直方向之间的第四夹角δ；

图13是本发明中第三端面21的垂线方向与竖直方向之间的第三夹角γ；

图14是本发明中可拆卸喷嘴33的轴线与刀头2的上端面之间的第二夹角β；

图15是图14中的y处放大图；

图16是本发明中冷却液通道的结构示意图；

图17是本发明中第二内六角螺柱19的结构示意图；

图18是本发明中第一内六角螺柱18的结构示意图；

图19是本发明中可拆卸喷嘴33的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图19说明本实施方式，本实施方式所述一种低温冷却润滑专用内冷车刀包括刀柄1、刀头2和刀片4，刀头2固接在刀柄1的前端，刀片4嵌装在刀头2上端面的前端，刀片4通过紧固机构与刀头2固接，刀头2的下端面上设有螺纹盲孔6，刀头2通过螺纹盲孔6与低温管道连接，刀头2的上部设有喷孔30，刀头2的下部设有第一射流斜孔28和第二射流斜孔29，喷孔30朝向刀片4的前刀面4-1设置，第一射流斜孔28朝向刀片4的副后刀面4-2设置，第二射流斜孔29朝向刀片4的主后刀面4-3设置，刀头2内设有冷却液通道，喷孔30、第一射流斜孔28和第二射流斜孔29通过冷却液通道与螺纹盲孔6连接。

本实施方式中刀柄1是长、宽、高分别为120mm、25mm、25mm的长方体。螺纹盲孔6与冷却液通道相通，完成整个冷却结构空间几何结构的布置，将来自低温管道的切削液输送到冷却液通道中，冷却液通道的另一端经由喷孔30、第一射流斜孔28和第二射流斜孔29，实现刀片4的前刀面4-1、副后刀面4-2和主后刀面4-3的冷却降温，从而实现刀片4整体的冷却降温，有效降低了切削区域的切削热，改善了摩擦条件，提高切削润滑效果，降低了刀具磨损，延长了刀具使用寿命，保证了已加工表面完整性，同时还使得切屑脆性增加，易于折断，便于排屑，提高了已加工表面的精度。

具体实施方式二：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式所述刀头2上端面的前端设有菱形槽5，刀片4设置在菱形槽5内，刀片4与菱形槽5的槽底之间设有垫片3，垫片3的形状与刀片4的形状相同。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

垫片3和刀片4均为边长13mm、高6mm的菱形体。刀头2的上端面与菱形槽5的槽底平行。刀头4上端面的法向与竖直方向的夹角为10°。菱形槽5为边长13mm、深度12mm的菱形。这样设计的益处是便于刀片4的装夹。如此设计留出足够的空间，能防止刀片4在整个切削过程中因受热出现局部应力而导致刀片4变形，延长刀具的使用寿命。

具体实施方式三：结合图1至图2和图5至图6说明本实施方式，本实施方式所述紧固机构包括锁紧拉杆11和锁紧螺柱7，菱形槽5的槽底设有圆柱槽10和阶梯槽9，圆柱槽10沿竖直方向设置，阶梯槽9沿水平方向设置，阶梯槽9的前端与圆柱槽10相贯通，阶梯槽9的后端与螺纹通孔8相贯通，锁紧拉杆11的形状为l形，锁紧拉杆11的竖直端设置在圆柱槽10内，锁紧拉杆11的水平端设置在阶梯槽9内，锁紧拉杆11竖直端的上端插装在刀片4的中部，刀头2上端面的后端沿竖直方向设有螺纹通孔8，锁紧螺柱7旋装在螺纹通孔8内，锁紧螺柱7的末端顶在锁紧拉杆11水平端上端面的后端。其它组成和连接方式与具体实施方式二相同。

锁紧拉杆11底端嵌入在阶梯槽9与圆柱槽10中，阶梯槽9的后端与螺纹通孔8相通，锁紧拉杆11末尾端卡在锁紧螺柱7上的梯形槽内。旋动锁紧螺柱7对垫片3和刀片4在刀头2上夹紧。圆柱槽10的直径为6mm，深度为8mm，阶梯槽9圆形部分直径为4mm，宽度为4mm，深度均为4mm，

本实施方式中锁紧拉杆11为标准件，旋紧锁紧螺柱7之后，锁紧拉杆11的位置发生倾斜，压紧刀片4，起到固定作用。锁紧螺柱7采用内六孔螺栓，锁紧螺柱7的中间部分开有梯形槽，在旋紧锁紧螺柱7的过程中随着其位置的改变调节锁紧拉杆11的偏斜程度。

具体实施方式四：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式菱形槽5的第一侧壁5-1上设有半圆槽12，半圆槽12的外侧壁与菱形槽5的第二侧壁5-2相平。其它组成和连接方式与具体实施方式二或三相同。

半圆槽12的直径为5mm，长度为12mm，底部与菱形槽5的底部齐平，保证刀片4安装稳定并且避免对刀片4的挤压，防止在切削过程中刀柄1对刀片4的挤压防止刀片4的损坏。

具体实施方式五：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式刀头2的前端设有l形凸台20，l形凸台20设置在刀头2的第三端面21和第四端面22上，且设置在菱形槽5的下端，第一射流斜孔28设置在l形凸台20一侧的上端面上，第二射流斜孔29设置在l形凸台20另一侧的上端面上。其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。

如此设计保证第一射流斜孔28和第二射流斜孔29能够对准刀片4的副后刀面4-2和主后刀面4-3进行喷射，实现降温润滑。

具体实施方式六：结合图1至图2和图10说明本实施方式，本实施方式所述刀头2上端面的后端设有圆柱凸台31，圆柱凸台31的外圆周侧壁上设有喷嘴螺纹孔32，喷嘴螺纹孔32内旋装有可拆卸喷嘴33，喷孔30设置在可拆卸喷嘴33的前端。其它组成和连接方式与具体实施方式一、二、三或五相同。

圆柱凸台31直径为14mm，高度为8mm，圆柱凸台31的上端面与刀头2的上端面平行。圆柱凸台31上设置的喷嘴螺纹孔32的大径为3mm，小径为2.5mm，螺距为0.5mm，深为3mm。可拆卸喷嘴33的内部通道直径为1mm，外壁直径为3mm，总长为10mm，可拆卸喷嘴33连接端的螺纹大径为3mm，小径为2.5mm，螺距为0.5mm，螺纹长度为3mm。

常规外置冷却润滑方法，喷射不精准，冷却液大量浪费，并且冷却润滑效果欠佳。安装伸缩外接喷嘴的方法能够喷射精准但会使装夹刀片变得困难。本实施方式采用可拆卸喷嘴33，可针对不同的加工需求进行更换，增强了冷却效果。

具体实施方式七：结合图1至图4和图17至图19说明本实施方式，本实施方式所述刀头2的第一端面13上设有第一螺纹孔15，第一螺纹孔15内旋装有第一内六角螺柱18，刀头2的第二端面14上设有第二螺纹孔16和第三螺纹孔17，第二螺纹孔16和第三螺纹孔17内分别旋装有第二内六角螺柱19。其它组成和连接方式与具体实施方式六相同。

第一螺纹孔15的大径为4mm，小径为3.5mm，深为10mm；第一内六角螺柱18的大径为4mm，小径为3.5mm，螺距为1mm，长为8mm，六角槽深为2mm。两个第二内六角螺柱19分别与第二螺纹孔16和第三螺纹孔17螺纹连接，其中第二螺纹孔16和第三螺纹孔17的大径为2mm，小径为1.5mm，深4mm，第二内六角螺柱19的大径为2mm，小径为1.5mm，螺距为0.5mm，长为3mm，六角槽深为1mm。

具体实施方式八：结合图1至图11和图16至图19说明本实施方式，本实施方式所述冷却液通道包括第一通道23、第二通道24、第三通道25、第四通道26和第五通道27，第四通道26和第五通道27的一端分别与螺纹盲孔6的孔底相贯通，第四通道26的另一端与喷嘴螺纹孔32的孔底相贯通，第五通道27的另一端与第三通道25的一端相贯通，第三通道25的另一端与第一螺纹孔15的孔底相贯通，第一通道23和第二通道24分别贯穿第一螺纹孔15的侧壁，第一通道23的一端与第二螺纹孔16的孔底相贯通，第一通道23的另一端与第一射流斜孔28相贯通，第二通道24的一端与第三螺纹孔17的孔底相贯通，第二通道24的另一端与第二射流斜孔29相贯通。其它组成和连接方式与具体实施方式七相同。

本实施方式中第二螺纹孔16和第三螺纹孔17为工艺孔，便于实现第一通道23和第二通道24的加工，在第二螺纹孔16和第三螺纹孔17旋装第二内六角螺柱19以实现第一通道23和第二通道24的密封，防止泄漏，

第一通道23、第二通道24、第三通道25、第四通道26和第五通道27的截面直径均为1mm。可拆卸喷嘴33的通道截面直径为1mm，第一射流斜孔28和第二射流斜孔29的截面直径均为0.6mm。这样设计实现了旋动第一内六角螺柱18来控制第一通道23和第二通道24的闭合，进而控制第一射流斜孔28和第二射流斜孔29是否喷射。进而实现3种工作方式：一是完全旋进第一内六角螺柱18，使第一通道23和第二通道24形成断路，此时仅有可拆卸喷嘴33工作；二是旋进一部分第一内六角螺柱18，使第一内六角螺柱18的末端位于第一通道23和第二通道24之间，此时第一通道23为断路，第二通道为通路，此时可拆卸喷嘴33和喷向主后刀面的第二射流斜孔29工作；三是旋进一部分第一内六角螺柱18，使第一内六角螺柱18的末端位于第一通道23的外侧，此时可拆卸喷嘴33、第一射流斜孔28和第二射流斜孔29都工作。这样设计的益处是可以在保证正常车削的情况下选择合理的工作方式来节省低温射流。

本发明内部冷却液通道无弯曲盲孔便于加工，而且结构合理巧妙，通过旋动第一内六角螺柱18可实现可拆卸喷嘴33、第一射流斜孔28和第二射流斜孔29的3种工作方式，可以根据不同的实际加工需求采用合理的冷却润滑方式车削加工。

具体实施方式九：结合图11和图14至图15说明本实施方式，本实施方式所述第一射流斜孔28与第二射流斜孔29的轴线之间的第一夹角α为5°，可拆卸喷嘴33的轴线与刀头2的上端面之间的第二夹角β为9°。其它组成和连接方式与具体实施方式七或八相同。

如此设计使低温射流可以准确的喷射到切削区域，有效降低切削热，提高润滑效果，易于断屑，减缓刀片磨损，提高已加工表面质量。

具体实施方式十：结合图12和图13说明本实施方式，本实施方式所述刀头2第三端面21的垂线方向与竖直方向之间的第三夹角γ为94°，刀头2第四端面22的垂线方向与竖直方向之间的第四夹角δ为94°。其它组成和连接方式与具体实施方式五相同。

当切削直径较大的工件时l形凸台20可能会比刀片4的切削区域先碰到工件。为解决上述问题，在设计刀具时使刀头2的第三端面21和第四端面22分别偏执一定角度。第三端面21上l形凸台20顶部的厚度为1mm，底部的厚度为2mm，第四端面22上l形凸台20顶部的厚度为1mm，底部的厚度为2mm，在与l形凸台20顶部向下距离3mm这段距离内l形凸台20的厚度不变，保证切削时l形凸台20不会撞到工件并且在保证强度的情况下使l形凸台20体积最小。

工作原理

本发明设计了一种针对难加工材料的低温冷却润滑专用内冷车刀。本设计采用1个可拆卸喷嘴33、第一射流斜孔28与第二射流斜孔29通过内部冷却液通道将低温射流喷向刀尖切削区的前刀面4-1、副后刀面4-2和主后刀面4-3处。采用内冷设计增强了冷却效果，可拆卸喷嘴33可增加刀具的实用性。本设计还可以通过旋动调节第一内六角螺柱18来控制第一通道23和第二通道24的闭合，进而控制第一射流斜孔28与第二射流斜孔29是否喷射。这样设计的益处是可以根据不同的加工需求采用合理的冷却润滑方式，同时低温射流能精准喷射到刀尖部分的切削区域，改善加工条件，提高已加工表面质量和生产效率，降低生产成本。