一种塑料粉碎机用圆齿刀及其磨削工装、加工工艺的制作方法

本发明属于机械刀具技术领域，更具体地说，涉及一种塑料粉碎机用圆齿刀及其磨削工装、加工工艺。

背景技术：

塑料粉碎机是将废弃的塑料、橡胶等加工成粒状的碎料，以达到减小物料尺寸的目的。一般的，粉碎机的切割工作是由圆齿刀和定刀的相配合进行的，其中，通过圆齿刀的高速旋转与定刀产生剪切来达到切碎物料的目的，可以调节圆齿刀来控制切碎粒径的大小。

圆齿刀上用于切割物料的部件可称为刀齿，圆齿刀上设有多个切割物料的刀齿，一般的，刀齿数目越多，切碎物料的尺寸就越细，但是刀齿损坏的几率也会增大；而且现有圆齿刀各刀齿之间多为尖角过渡，这种尖角在圆齿刀使用过程中，容易受到碰撞而产生裂纹，降低圆齿刀的使用寿命。因此，圆齿刀的外形构造怎么设计，才能既保持刀刃的锋利，又使刀刃具有一定强度而不在使用中崩刃，是各大企业研发的方向。

例如，中国专利申请号为201721339875.x，申请公开日为2018年5月4日的专利文件公开了一种粉碎机拆卸式滚刀。该专利的滚刀包括刀轴，刀轴的圆周面上设置有若干个等间距分布的凹槽，凹槽内均插接有刀片，所述刀轴的端面均设置有与凹槽相连通的弧形槽，弧形槽内设有限制刀片滑出凹槽的固定组件，刀片的底部插接在凹槽内，对刀片的两侧限制在刀轴上，通过固定组件对刀片沿刀轴轴线方向进行限制，减小刀片从凹槽内脱离的情况，使得刀片更加稳定的安装在刀轴上；需要拆卸刀片时，只需将固定组件从弧形槽内取出即可，且弧形槽占用的空间小，便于将刀片从刀轴拆卸下来。很明显，该专利克服了刀片局部损坏需要更换整个滚刀的问题，但是，该滚刀由多个组件拼接而成，虽然方便更换其上的刀片，也正是由于拼接的连接处承力不强，在实际生产过程中，连接处受到物料的冲击力易损坏刀片；而且该滚刀上用于限位的固定组件，会影响物料粉碎的细度，甚至在高速旋转过程中受到的离心力左右，连接处易松动；最后，该滚刀的刀片是拼接在刀轴上的，拼接的连接处不可避免是尖角，容易受到碰撞而产生松动，降低滚刀的使用寿命。

另一方面，正常切割加工后的刀具，刃口上存在着许多凸起的小尖峰纹路，这些尖峰很锋利但也很脆弱，易折断，后部小尖峰断裂后导致切削力增加，产生热量较多，影响刀具的锋利度，甚至导致刀具崩裂损坏，使刀具的使用寿命缩短。另一方面，在圆齿刀的打磨过程中，由于圆齿刀是圆形，不易固定，且需适应不同刀刃角度的刃口面的打磨，打磨装置在保证打磨精度的同时，还应满足刃口面粗糙度的要求，存在一些难度。

例如，中国专利申请号为201810448887.9，申请公开日为2018年9月21日的专利文件公开了一种齿形圆刀片的磨刀夹具。该专利的磨刀夹具包括滑块、支柱和连接管，支柱的前表面设置有刀具参数表，支柱与所述刀具参数表粘接固定，支柱的底面设置有底座，支柱与底座焊接固定，支柱的左表面设置有砂轮，支柱与砂轮固定连接，砂轮的上方设置有护罩；磨刀夹具上还设置两个固定板、连接管和调节杆，可以利用两个固定板、连接管和调节杆对加工的圆刀片进行固定，使圆刀片在加工过程中不会发生偏斜，从而使圆刀片在加工完成后，可以达到原有的规格，并且磨刀夹具上还设置散热片，可以利用散热片对圆刀片进行散热，防止其发生断裂，从而达到使用便捷的效果。但是，使用该夹具对本发明的圆齿刀进行加工，会在圆齿刀上产生夹痕，影响刃口面上的打磨精度。

因此，为了方便定位加工，增大圆齿刀的锋利度，亟需开发一种塑料粉碎机用圆齿刀的磨削工装以及加工工艺。

技术实现要素：

1.要解决的问题

本发明提供了一种塑料粉碎机用圆齿刀，通过设置多个刀齿，且各刀齿的连接处为圆弧面，其目的在于解决圆齿刀受到物料的碰撞而易产生裂纹的问题，在增大圆齿刀使用寿命的同时，还保证了碎料的粒径更细小。

本发明还提供了一种塑料粉碎机用圆齿刀的磨削工装，其目的在于解决了圆齿形圆齿刀不易固定的问题。

本发明还提供了一种塑料粉碎机圆齿刀的加工工艺，其目的在于解决现有铣削加工的塑料粉碎机圆齿刀的锋利度不足，且易崩裂的问题。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种塑料粉碎机用圆齿刀，包括刀具本体，刀具本体上设有刀齿和安装孔，刀齿上设有刃口面；所述刀具本体为圆柱体状，其周边长度方向上均匀分布n个刀齿，其中，30≤n≤50，相邻刀齿上的刃口面之间的夹角为α，7.2°≤α≤12°，相邻两个刀齿之间形成齿槽，所述齿槽槽底长度方向上的边缘处设有圆弧面。

优选地，所述刀齿的数目优选n＝40。

优选地，所述圆弧面的半径为r，0.7mm≤r≤1.3mm。

优选地，所述刃口面在刀齿上形成的刃角为θ，50°≤θ≤60°。

一种上述塑料粉碎机用圆齿刀的磨削工装，包括安装单元、定位单元和磨削单元，所述安装单元用于支起待加工的刀具本体，所述定位单元用于限定刀具本体在安装单元上的转动，所述磨削单元用于打磨刀齿的刃口面；其中，安装单元位于定位单元和磨削单元之间。

进一步地，所述安装单元包括安装部和限位部，所述安装部为限位部靠近定位单元侧的端面凸起部分，在磨削操作时，所述安装部配合插入刀具本体的安装孔内，所述限位部限制刀具本体的位移。

进一步地，所述安装单元还包括支座，所述支座位于限位部下方，用于将安装单元固定在工作台上。

进一步地，所述定位单元包括止动销，在磨削操作时，所述止动销配合插入刀具本体的齿槽内，限制刀具本体的转动。

进一步地，所述定位单元还包括依次相接的轴套、固定杆和固定座；所述轴套的侧面设有螺杆，轴套长度方向上的内部设有通孔，所述止动销与轴套通孔之间的连接方式为螺纹连接；所述固定杆的长度方向上开设腰形孔a，配合插入螺杆，将轴套通过螺母紧固连接在固定杆上；所述固定座的长度方向上开设腰形孔b，配合螺栓将固定座固定在工作台上。

进一步地，所述磨削单元包括砂轮和砂轮修整器，所述砂轮用于打磨刃口面，所述砂轮修整器位于砂轮的正下方，其中，砂轮修整器用于修整砂轮的磨面，可以精确修整磨面上细小的圆弧和角度，使修整后的砂轮可以达到非常高的精密度。

进一步地，所述砂轮修整器包括金刚笔、伸缩销和轴杆，所述金刚笔位于轴杆的顶端，用于修整砂轮的磨面；伸缩销插入轴杆的侧面，且接触金刚笔的底端，用于控制金刚笔的高度。即修整砂轮时，插入伸缩销，金刚笔顶部可接触到砂轮的磨面；停止修整砂轮时，取出伸缩销，金刚笔的高度降低，其顶部远离砂轮的磨面。

进一步地，所述安装单元和定位单元固定在模座上，所述磨削单元固定在工作台上，其中，模座可在工作台上滑动。

一种塑料粉碎机用圆齿刀的磨削工装的使用方法，其步骤为：

(1)组装好磨削工装；

(2)将刀具本体的安装孔配合安装在安装单元的安装部上，转动刀具本体，使待加工的刃口面朝上；

(3)将止动销插入齿槽内，使待加工的刃口面处于相对接近水平位置；

(4)移动模座，使刀具本体的待加工刃口面位于砂轮正下方的磨削位置，采用砂轮磨削刃口面；

(5)重复步骤(2)～(4)，磨削另一个刃口面，直至将刀具本体上的刃口面均打磨完毕为止。

进一步地，所述步骤(2)中，安装单元还包括限位部，安装部为限位部一端的凸起部分，刀具本体活动安装在安装部上，限位部用于限制刀具本体在安装部上的位移。

进一步地，所述步骤(3)中，根据θ/α的值或(180°-θ)/α的值，将止动销插入从与待加工的刃口面的相邻刃口面起数，θ/α的值或(180°-θ)/α的值相邻两整数个刃口面之间的齿槽内，此时待加工的刃口面处于相对接近水平位置；

进一步地，所述步骤(4)或步骤(5)结束砂轮磨削工作后，提起砂轮修整器上的金刚笔，插入伸缩销，使金刚笔接触砂轮的表面，转动砂轮，对砂轮进行表面的修整。

一种塑料粉碎机用圆齿刀的加工工艺，刀具本体采用线切割技术造型，线切割造型后，采用上述的磨削工装对刃口面进行打磨。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的圆齿刀齿槽的边缘处为圆弧面，在圆齿刀使用过程中，碎料碰撞到边缘处，可以分散冲击力，防止边缘为尖角时，在尖角处冲击力集中，使尖角处碰裂，产生裂纹，同时，还减少了物料在齿槽的堵塞而影响刀片的转速；齿槽设置成圆角方形槽，相比于直角方形槽而言，方形槽槽内的尖角易产生裂纹，而圆弧角内所受的冲击力相对均匀分散至各点，各点受力方向可延伸经过圆弧角所在圆柱的轴心，减少刀片的损坏率，增加刀片的使用寿命；本发明还优化了圆弧面半径的设置，在半径为0.7～1.3mm内，基本可以满足加工的需求；

(2)本发明刀片的刀齿设有30个至50个，当刀齿数少于30个时，刀具本体的切割力不足，碎料的尺寸过大；当刀齿数多于50个时，刀齿加工过于复杂，成本高，不利于批量生产；刀齿的数目优选40个，加工物料的过程中，刀具本体的转速大于物料的转速，保证物料可以经过刀齿上每一个刀头进行切割，物料撕碎的尺寸越细小，满足对粉碎尺寸要求比较高的物料加工；

(3)本发明刀齿上的刃口面形成的刃角为50°～60°，在粉碎物料时，给予不同方向的剪切力，保证物料粉碎的颗粒尺寸更小；

(4)本发明的磨削工装可以较精确的定位刃口面，使刃口面位于最佳的打磨位置；通过将刀片本体活动安装在安装单元的安装部上，可以方便更换需加工刃口面，安装单元的限位部抵住刀具本体，避免刀具本体在安装部上移动，保证砂轮磨削的精度；通过在齿槽内插入止动销，防止刀具本体的转动，保证待加工的刃口面始终处于加工位置；

(5)本发明磨削工装的安装单元与定位单元的配合使用，避免了现有磨削夹具与工件的接触面积过多，不易散热，导致刀具本体局部过热，磨削过程中易产生崩裂的现象；

(6)本发明磨削工装定位单元的固定杆和固定座上设有腰型孔，便于螺杆或螺栓的固定位置的调整，使定位单元的止动销可以根据需要进行上下左右的调整；止动销采用螺纹连接的方式插入轴套中，止动销可以在轴套中伸缩的同时，还保持止动销与轴套之间的紧密连接，采用这种方式可伸缩固定止动销，可以在一次磨削工作完成后，无需拆卸整个定位单元，便可方便的更换止动销插入的齿槽；

(7)本发明磨削单元的砂轮下方设有砂轮修整器，可以在砂轮受到微小磨损时，对砂轮表面进行修整，无需更换砂轮，增加砂轮的使用寿命，保证磨削件的磨削精度；其中，砂轮修整器上的金刚笔可伸缩且活动安装在于其配合的安装孔内，通过在砂轮修整器的侧面伸缩销的安装，当不需要修整砂轮时，拉出伸缩销，使金刚笔降低，远离砂轮，当修整砂轮时，插入伸缩销，使金刚笔升高至接触砂轮表面的粗糙处，进行砂轮的修整工作；

(8)本发明的安装单元和定位单元安装在同一块模座上，且磨削单元不安装在上述模座上，保证安装单元和定位单元在远离磨削单元的位置安装并固定好刀具本体，可以一并送入磨削单元的磨削位置进行打磨，省时省力，提高了工作效率；

(9)本发明的加工工艺，在线切割后对刃口面进行打磨，避免了线切割后割面会出现小尖峰纹路，即表面不光滑的现象，一方面提高了刀具的锋利度，进而使粉碎物料的尺寸更细小；另一方面，避免了小尖峰纹路处受到物料的撞击，而产生裂纹，提高了刀具的使用寿命；所以使用前一定要将刃口面上凸起的小尖峰纹路磨平，减少局部应力集中，从而提高抗冲击强度，延长刀具的使用寿命。

附图说明

图1为本发明圆齿刀的主视图；

图2为图1中a区域的局部放大图；

图3为本发明磨削工装的左侧视图；

图4为图3中b区域的局部放大图；

图5为本发明磨削工装的右侧视图；

图6为本发明止动销和轴套配合使用的结构示意图；

图7为本发明砂轮修整器的结构示意图；

图中：

100、刀具本体；110、刀齿；111、刃口面；120、齿槽；121、圆弧面；130、安装孔；131、键槽；200、安装单元；210、安装部；220、限位部；230、支座；300、定位单元；310、止动销；320、轴套；321、螺杆；330、固定杆；331、腰形孔a；340、固定座；341、腰形孔b；400、磨削单元；410、砂轮；420、砂轮修整器；421、金刚笔；422、伸缩销；423、轴杆；500、模座。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

如图1所示，一种塑料粉碎机用圆齿刀，包括圆柱体状的刀具本体100，刀具本体100上开设刀齿110、齿槽120和安装孔130，刀齿110设有40个，其均匀分布在刀具本体100的周边长度方向上，刀齿110上设有刃口面111，结合图2所示，刃口面111形成的刃角为θ，θ＝55°，相邻两个刀齿110上的刃口面111之间形成的夹角α为9°；齿槽120为相邻两个刀齿110之间形成的空间，其为圆弧角方形槽，即齿槽120槽底长度方向上的边缘处设有圆弧面121，其中圆弧面121的半径为1mm，防止齿槽120槽底形成尖角，尖角在粉碎的过程中，物料碰撞尖角，受到较大的冲击力，尖角处易产生裂纹，而导致刀具损坏；安装孔130为圆形通孔，通孔的一处设有方形的键槽131，用于配合粉碎机安装本实施例的圆齿刀，加工圆齿刀的刃口面111时，也可以用于安装单元200的固定。

一般的，对于加工上述形状的圆齿刀，尤其是刀齿110数目过多的刀具，很显然使用铣床切割加工成型费时费力，不利于工业化生产，现有技术大都采用线切割的方式切割成型，对于表面粗糙度有要求的工件，线切割的钼丝直径需要更小，才能基本满足切割面的粗糙度要求。刀具的刃口面111是刀具锋利度的关键，故刃口面111需要足够光滑才能满足粉碎要求，甚至刃口面111上不光滑，其上的小尖峰纹路会受到物料的撞击断裂，刀齿110易崩开，而整个圆齿刀报废，故发明人改进了圆齿刀的加工工艺，即在线切割后，还对刀具本体100上的刃口面111进行了精磨处理。

然而，由于本实施例的圆齿刀为圆柱体状，不易夹持固定，且其刀齿110数目多，现有的夹具在夹持的过程中接触到刃口面111会磨损刃口面111，因此，发明人在圆齿刀的磨削过程中，发明了其专用的磨削工装。

具体来说，一种上述塑料粉碎机用圆齿刀的磨削工装，如图3和图4所示，包括安装单元200、定位单元300和磨削单元400，安装单元200位于定位单元300和磨削单元400之间，且安装单元200和定位单元300固定于同一块模座500。其中，安装单元200用于支起待加工的刀具本体100，定位单元300用于限定刀具本体100在安装单元200上的转动，磨削单元400用于打磨刀齿110的刃口面111。

安装单元200包括安装部210、限位部220和支座230，支座230固定在模座500，限位部220固定设于支座230的上方，其形状为圆柱体、立方体或其他形状均可，只要满足限位部220的端面尺寸大于刀具本体100上安装孔130的尺寸；安装部210为限位部220的端面凸起部分，其为圆柱体状，且直径小于或等于刀具本体100上的安装孔130的直径，用于配合插入刀具本体100的安装孔130内支起刀具本体100，此时刀具本体100可在安装部210上转动，但由于限位部220的存在，限位部220挡住刀具本体100在安装部210上的移动，便于磨削工作时，固定刀具本体100的位置。

如图4和图5所示，定位单元300设置于安装部210的一侧，包括止动销310，固定位置的止动销310，配合插入刀具本体100的齿槽120内，用于限制刀具本体100在安装部210上的转动，使待加工的刃口面111处于相对接近水平位置。在然而这种止动销310固定的方式有它的局限性，每次更换加工的刃口面111还需拆卸止动销310。为了方便加工，定位单元300还包括轴套320、固定杆330和固定座340。如图6所示，轴套320长度方向上的内部设有带螺纹的通孔，通孔内插入配合螺纹连接的止动销310，止动销310随着螺纹的纹路转动，实现其长度方向上的位移，并且，保证止动销310不转动的时候，止动销310通过螺纹限制其在轴套320内的伸缩；轴套320的侧面还设有带螺纹的螺杆321。固定杆330的长度方向上设有腰形孔a331，腰形孔a331内配合插入轴套320上的螺杆321，再通过螺母将轴套320固定在固定杆330上，并且螺杆321插入腰形孔a331的位置不同，可以调节轴套320的高度，进而对止动销310的高度进行调节；固定杆330的底部固定在固定座340上。固定座340的长度方向上开设腰形孔b341，腰形孔b341配合插入螺栓，将固定座340固定在模座500上，可以调节螺栓插入腰形孔b341内的位置，进而调节定位单元300与安装单元200之间的距离。

磨削单元400包括砂轮410和砂轮修整器420，砂轮410固定在砂轮固定座340上，并通过开关电连接砂轮410，即通过开关控制砂轮410的转动，来磨削待加工的刃口面111；砂轮修整器420安装在砂轮410的正下方，其顶部设置有金刚笔421，当砂轮410表面不平整时，安装固定砂轮修整器420，其上的金刚笔421刚好接触砂轮410的不平整表面，打开开关，砂轮410转动，金刚笔421可以将不平整的表面打磨到所需形状。值得说明的是，在实际的工厂加工中，由于砂轮410磨削的工件表面硬度过高，砂轮410表面容易受损，频繁安装、拆卸砂轮修整器420工作量大，增长了加工周期，故设计可在砂轮修整器420内上下伸缩的金刚笔421，如图7所示，具体来说，砂轮修整器420包括轴杆423、金刚笔421和伸缩销422，轴杆423的底部固定在砂轮410正下方的工作台上，轴杆423的上端部开设供金刚笔421伸缩的孔，轴杆423的侧端开设连通其上端的孔，用于插入伸缩销422，垫起金刚笔421，使金刚笔421处于砂轮410的磨削位置。

根据上述对塑料粉碎机用圆齿刀的磨削工装结构的描述，下面是此磨削工装的使用方法，其步骤为：

(1)将安装单元200通过其支座230固定在模座500上，定位单元300通过其固定座340固定在模座500上，并位于安装单元200上安装部210的一侧；

(2)将刀具本体100的安装孔130配合安装在安装单元200的安装部210上，安装单元200的限位部220挡住刀具本体100，限制其在安装部210的移动，转动刀具本体100，使待加工的刃口面111朝上；

(3)计算θ/α＝55°/9°其值约为6.11，即从与待加工的刃口面111的相邻刃口面111起数，第6个刃口面111与第7个刃口面111之间的齿槽120，即为止动销310的定位齿槽120；

旋转止动销310，使其插入齿槽120内，此时待加工的刃口面111处于相对接近水平位置；

(4)固定好刀具本体100后，将模座500移动至，使刀具本体100的待加工刃口面111位于砂轮410正下方的磨削位置，打开开关，采用砂轮410磨削刃口面111；

(5)重复步骤(2)～(4)，更换需磨削的刃口面111，直到将刀具本体100上40个刃口面111均打磨完毕为止，此时完成本实施例圆齿刀的刃口面111的磨削。

实施例2

本实施例一种塑料粉碎机用圆齿刀及其磨削工装、加工工艺与实施例1基本相同，其不同之处在于：刀齿110设有30个，即相邻两个刀齿110上的刃口面111之间形成的夹角α为12°；刃口面111形成的刃角为θ，θ＝50°；圆弧面121的半径为1.3mm。

根据上述对塑料粉碎机用圆齿刀的磨削工装结构的描述，下面是此磨削工装的使用方法，其步骤为：

(1)将安装单元200通过其支座230固定在模座500上，定位单元300通过其固定座340固定在模座500上，并位于安装单元200上安装部210的一侧；

(2)将刀具本体100的安装孔130配合安装在安装单元200的安装部210上，安装单元200的限位部220挡住刀具本体100，限制其在安装部210的移动，转动刀具本体100，使待加工的刃口面111朝上；

(3)计算θ/α＝50°/12°其值约为4.17，即从与待加工的刃口面111的相邻刃口面111起数，第4个刃口面111与第5个刃口面111之间的齿槽120，即为止动销310的定位齿槽120；

旋转止动销310，使其插入齿槽120内，此时待加工的刃口面111处于相对接近水平位置；

(4)固定好刀具本体100后，将模座500移动至，使刀具本体100的待加工刃口面111位于砂轮410正下方的磨削位置，打开开关，采用砂轮410磨削刃口面111；

(5)重复步骤(2)～(4)，更换需磨削的刃口面111，直到将刀具本体100上30个刃口面111均打磨完毕为止，此时完成本实施例圆齿刀的刃口面111的磨削。

实施例3

本实施例一种塑料粉碎机用圆齿刀及其磨削工装、加工工艺与实施例1基本相同，其不同之处在于：刀齿110设有50个，即相邻两个刀齿110上的刃口面111之间形成的夹角α为7.2°；刃口面111形成的刃角为θ，θ＝60°；圆弧面121的半径为0.7mm。

根据上述对塑料粉碎机用圆齿刀的磨削工装结构的描述，下面是此磨削工装的使用方法，其步骤为：

(1)将安装单元200通过其支座230固定在模座500上，定位单元300通过其固定座340固定在模座500上，并位于安装单元200上安装部210的一侧；

(2)将刀具本体100的安装孔130配合安装在安装单元200的安装部210上，安装单元200的限位部220挡住刀具本体100，限制其在安装部210的移动，转动刀具本体100，使待加工的刃口面111朝上；

(3)计算(180°-θ)/α＝120°/7.2°其值约为16.67，即从与待加工的刃口面111的相邻刃口面111起数，第16个刃口面111与第17个刃口面111之间的齿槽120，即为止动销310的定位齿槽120；

旋转止动销310，使其插入齿槽120内，此时待加工的刃口面111处于相对接近水平位置；

(4)固定好刀具本体100后，将模座500移动至，使刀具本体100的待加工刃口面111位于砂轮410正下方的磨削位置，打开开关，采用砂轮410磨削刃口面111；

(5)重复步骤(2)～(4)，更换需磨削的刃口面111，直到将刀具本体100上50个刃口面111均打磨完毕为止，此时完成本实施例圆齿刀的刃口面111的磨削。