[发明专利]一种可正前角加工的螺旋有序排布纤维刀具及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种刀具及其制备方法，尤其是一种可正前角加工的螺旋有序排布纤维刀具及其制备方法。

背景技术

磨削加工是机械加工的重要组成部分，具有加工精度高、表面质量好的特点，适用于硬脆难加工材料零件的精密制造。然而在传统的磨削加工中，磨粒无规则排布，而且磨粒形状随机，所以在磨削加工过程中，单颗磨粒对工件表面进行切削加工往往是呈大负前角加工，这样会导致磨削力比很大，且大部分磨削能转化为磨削热积聚在磨削区，造成磨削温度高、砂轮磨损快，进而影响工件的加工质量和磨削效率，以及砂轮的使用寿命。

为了改善砂轮磨粒的排布方式，公开号为CN102729157A的专利“磨粒三维有序分布的立方氮化硼砂轮及其制备方法”在砂轮外圆周表面设计固定间距的孔穴，公开号为CN105196196A的专利“一种磨料有序排列的电镀金刚石砂轮”，通过人为控制砂轮基体表面小孔的排列方式，实现了金刚石磨料的有序排布，有效地解决了传统金刚石砂轮磨料层中金刚石磨料无序排布的问题。上述方法虽然通过设计孔穴实现了磨粒的有序排布，但是单颗磨粒仍然和传统砂轮的磨粒一样是以大负前角进行加工。这使得砂轮与工件的局部加工状态跟传统砂轮相比区别不大，改善磨削质量的效果有限，且电镀砂轮的磨料层为单层，从而使用寿命非常有限。公开号为CN103707206A的专利“一种复合材料纤维微刃的螺旋砂轮”，提出了采用纤维微刃替代砂轮磨粒承担切削工作，且纤维微刃沿着砂轮外圆周成螺旋带状分布，磨削时纤维微刃以零前角进行切削加工，这对改善砂轮的排屑状态、降低磨削力和磨削温度开辟了新思路。然而该砂轮的纤维在切削工件时是以零前角加工，不同于车削、铣削、刨削等刀具是以正前角加工；而且由该专利的附图可知，其螺旋排布方式为单头螺旋线，专利中没有考虑磨削加工时两相邻纤维之间的间隙在工件表面所形成的残余材料，很难在后续纤维的作用下将其去除的问题，从而导致工件加工表面粗糙度大。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种可正前角加工的螺旋有序排布纤维刀具及其制备方法。通过该方法可以制备出一种纤维在胎体外圆周面上与径向成一定角度、周向间距为数毫米、可正前角加工的螺旋有序排布纤维刀具，该刀具能够降低切削力比，增大排屑能力，促使切削液进入切削区进行有效润滑和冷却，防止工件烧伤，提高切削质量，减轻刀具磨损，延长刀具使用寿命。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种可正前角加工的螺旋有序排布纤维刀具包括纤维、胎体和钢制基体；所述纤维与钢制基体内的基圆相切，切削加工时纤维与工件呈正前角接触，可以实现纤维刀具正前角加工；所述纤维在胎体外圆周面呈多头螺旋线、且前后错位有序排布，并保证加工过程中纤维刀具表面的纤维一和纤维二之间的间隙在工件表面留下的残余材料，绝大部分会被后续紧接着错位排布的纤维三和纤维四立即去除；

一种可正前角加工的螺旋有序排布纤维刀具的具体制备步骤如下：

步骤一、采用电火花线切割技术将刀具材料切割成截面形状为正方形的纤维，然后采用专用夹具将系列纤维夹紧并用金刚石砂轮进行刃磨，使得纤维具有锋利刀刃和较大后角；

步骤二、采用压制和烧结技术在预制钢制基体上制备出胎体；

步骤三、采用钻头在胎体外圆周面上加工出周向间距为数毫米且呈多头螺旋线排布的系列小孔，并保证每个小孔的中心线与钢制基体内的基圆相切；

步骤四、在胎体的小孔内注入环氧树脂，将系列纤维插入胎体的系列小孔中，再用合抱装置抱紧，使每根纤维的出刃高度保持一致，再将其放入恒温干燥箱进行加热使环氧树脂固化，形成可正前角加工的螺旋有序排布纤维刀具。

所述的胎体外径为Φ180~Φ320 mm，内径为Φ160~Φ300 mm，厚度为8~25 mm；所述的钢制基体外径为Φ160~Φ300 mm，内径为Φ32 mm，厚度为8~25 mm；所述的基圆直径为Φ80~Φ180 mm。

所述的纤维长度为5~10 mm，截面尺寸为0.6 mm×0.6 mm~0.8 mm×0.8 mm，刃磨后的纤维前角为0°、后角为20°~60°。

所述的专用夹具包括夹具单元、螺母一、螺栓一，夹具单元尺寸为150 mm×15 mm×3 mm~200 mm×25 mm×5 mm，夹具单元上加工有固定纤维的固定槽，固定槽的尺寸为5 mm×0.6 mm×0.4 mm~10 mm×0.8 mm×0.6 mm，固定槽与竖直方向的夹角为20°~60°，相邻两个固定槽的间距为5~8 mm，每片夹具单元上固定槽的个数为10~30。