專利名稱：輪盤圓弧曲線榫槽精加工可重構成形銑刀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種切削加工刀具，尤其涉及的是一種用于汽輪機機組低壓轉子輪盤圓弧曲線榫槽精加工的可重構成形銑刀，屬于機械制造技術領域。
背景技術：
第三代核電裝備是當前電力行業(yè)發(fā)展的主流趨勢，其1200麗的常規(guī)島汽輪機機組是汽輪機行業(yè)目前最大配置。該汽輪機低壓轉子輪盤榫槽是圓弧曲線型榫槽，其制造工藝尚不成熟，加工所用的成形刀具一直是生產中的瓶頸。目前1200MW汽輪機低壓轉子輪盤的圓弧曲線榫槽尺寸規(guī)格最寬處達到91毫米，切削加工中面臨著尺寸和形狀精度不易保證、加工效率偏低、刀具成本較高的問題；國內尚沒有針對1200MW級汽輪機低壓轉子輪盤榫槽的精加工刀具。汽輪機轉子榫槽精加工的銑刀直接保證榫槽的最終型面，所以精加工刀具對于榫槽的加工質量至關重要。1200MW汽輪機低壓轉子輪盤采用圓弧曲線型榫槽，只能采用成形銑削加工，因而成形銑刀成為汽輪機制造行業(yè)備受關注的刀具裝備，其直接反映大尺寸圓弧曲線型榫槽的加工水平。圓弧曲線榫槽成形加工時，刀具的切削工作刃上每點的切削速度、切削穩(wěn)定、磨損均不相同，因此圓弧曲線型榫槽銑刀的切削狀態(tài)比普通銑刀復雜得多，從而導致刀具壽命短、損耗量大；此外，嚴重的磨損不均勻現(xiàn)象引起局部磨損，從而導致刀具的頻繁修磨或更換。因此不斷改進圓弧曲線榫槽成形銑刀往往是推動榫槽加工技術進步的最直接動力。經過對現(xiàn)有技術文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，中國發(fā)明專利《揪樹型葉根輪槽加工的復合銑刀》(公開號CN101804478A)自述該復合銑刀包括柄部和切削部，其中柄部末端固定切削部，切削部上設有螺旋槽和切削刃，其實現(xiàn)了原工藝V型粗銑刀、加深銑刀和半精銑刀三刀合一，能夠完成粗加工和半精加工。中國實用新型專利《波形刃輪槽半精銑刀》(授權公告號CN201300239Y)自述該輪槽半精銑刀包括錐柄，錐柄由錐柄端部將銑刀刃部連接，刃部的刃溝為等螺旋角的螺旋溝，刃部的齒背上為正弦波形的斷屑槽，相鄰兩排齒波形錯開的距離為齒距除以齒數(shù)，刃部的齒形為圣誕樹形。中國實用新型專利《波形刃輪槽粗銑刀》授權公告號(CN2810832Y)自述該輪槽粗銑刀是一種波形刃輪槽粗銑刀，銑刀為桿式結構，刃溝為等螺旋角的螺旋溝，銑刀的齒背上為錯排列的正弦波形的斷屑槽，前后斷屑槽相錯開的距離為齒距/齒數(shù)，統(tǒng)刀刃部齒形為V形。上述三份文獻都涉及到輪槽銑削刀具，但均針對火電機組1000麗及以下功率的汽輪機，并且均用于榫槽的粗加工或半精加工，而非用于榫槽精加工的有效刀具，更不涉及可方便更換刀片式(可重構式)的精加工刀具。隨著第三代核電機組中常規(guī)島汽輪機單機容量的攀升到功率1200MW，采用的低壓轉子輪盤榫槽由直榫槽演變?yōu)榇笠?guī)格圓弧曲線榫槽(最寬處91毫米)，對粗加工、半精加工到精加工提出了更高的要求。然而精加工刀具若仍沿用傳統(tǒng)的榫槽銑削用的整體成形銑刀，則加工中不可避免地存在磨損不均勻導致刀具整體修復或更換所帶來的成本高的缺點。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種分體刀片式的輪盤圓弧曲線榫槽精加工可重構成形銑刀，其配有交錯布置的分離式差異化涂層的切削刀片，具有便于刀片更換或修復、重構性好、成本低的優(yōu)點，能夠滿足第三代核電常規(guī)島機組中1200MW汽輪機低壓轉子輪盤大規(guī)格榫槽的高效、低成本的加工要求。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的一種輪盤圓弧曲線榫槽精加工可重構成形銑刀，包括有刀柄部和切削部，該切削部具有四個螺旋槽刃口，其特征在于，每個所述螺旋槽刃口自所述切削部的刀尖處至所述刀柄部依次分成四個工作段第一工作段、第二工作段、第三工作段和第四工作段，所述第一工作段上可拆卸地固定有第一分離式刀片，所述第二工作段上可拆卸地固定有第二分離式刀片和第三分離式刀片，所述第三工作段上可拆卸地固定有第四分離式刀片和第五分離 式刀片，所述第四工作段上可拆卸地固定有第六分離式刀片，各分離式刀片的外邊緣與所述螺旋槽刃口的外輪廓型線重合且形狀匹配。本發(fā)明所述的輪盤圓弧曲線榫槽精加工可重構成形銑刀，其第一分離式刀片覆有納米結構TiAlN涂層，所述第二分離式刀片和第三分離式刀片覆有富鋁AlTiN硬質涂層，所述第四分離式刀片、第五分離式刀片和第六分離式刀片均覆有納米復合相結構AlTiN+Si3N4涂層；所述第二分離式刀片與第三分離式刀片的接縫位置以及第四分離式刀片與第五分離式刀片的接縫位置在相鄰的螺旋槽刃口上相錯開，而在相對的螺旋槽刃口上相一致；所述螺旋槽刃口的外輪廓型線為揪樹形；所述切削部的基體材料為細晶粒粉末冶金高鈷含釩高速鋼，硬度為HRC65 67 ;所述成形銑刀內部設置有貫穿所述刀柄部和切削部的內冷通道，并且在每一分離式刀片附近設有與該內冷通道連通的切削液出口。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點由于采用了可更換式的刀片結構，因此刀具可重構性和互換性好；通過在刀具螺旋槽刃口上配置具有性能差異化涂層的分離式刀片，實現(xiàn)了刀具切削性能的均勻一致性和可重構性；刀具配有內冷通道且在每個分離式刀片附近有切削液貫穿出口，從而減緩了刀具的磨損。本發(fā)明解決了整體式刀具成本居高不下的問題，從而降低了生產成本，適用于第三代核電常規(guī)島機組中1200MW汽輪機低壓轉子輪盤圓弧曲線榫槽的成形精加工。


圖I是本發(fā)明的主視圖。圖2是本發(fā)明的左視圖。圖中，I刀柄部，2切削部，3內冷通道，4第四工作段，5第三工作段，6第二工作段，7第一工作段，8第六分離式刀片，9第五分離式刀片，10第四分離式刀片，11第三分離式刀片，12第二分離式刀片，13第一分離式刀片，14第一螺旋槽刃口，15第二螺旋槽刃口，16第三螺旋槽刃口，17第四螺旋槽刃口。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例對本發(fā)明的技術方案作詳細說明，本實施例以本發(fā)明技術方案為前提給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。如圖I所示，本發(fā)明所述輪盤圓弧曲線榫槽精加工可重構成形銑刀包括有刀柄部I和切削部2，其中，切削部2固定于刀柄部I的末端，其呈揪樹狀，頂部指向刀尖；所述切削部2的基體材料為細晶粒粉末冶金高鈷含釩高速鋼，硬度為HRC65 67。所述成形銑刀內部設置有刀具安裝孔和內冷通道3，該內冷通道3貫穿所述刀柄部I和切削部2。所述的切削部2沿環(huán)周共設有四個縱向的螺旋槽刃口(見圖2):第一螺旋槽刃口14、第二螺旋槽刃口 15、第三螺旋槽刃口 16和第四螺旋槽刃口 17。自所述切削部2的刀尖處至所述刀柄部1，每個螺旋槽刃口依次分成四個工作段第一工作段7、第二工作段6、第三工作段5和第四工作段4 (見圖1)，其中前三工作段7、6和5橫向(即徑向)截面相似，且從刀尖處開始截面橫徑依次按照10%的規(guī)律遞增，第三工作段5橫徑最寬處為90. 655毫米，第四工作段4的橫向截面為圓形，直徑為91毫米。 每個螺旋槽刃口上安裝有六片不同形狀的分離式刀片，其中所述第一工作段7的槽邊安裝面上通過螺釘可拆卸地固定有第一分離式刀片13，所述第二工作段6的槽邊安裝面上通過螺釘可拆卸地固定有第二分離式刀片12和第三分離式刀片11，所述第三工作段5的槽邊安裝面上通過螺釘可拆卸地固定有第四分離式刀片10和第五分離式刀片9，所述第四工作段4的槽邊安裝面上通過螺釘可拆卸地固定有第六分離式刀片8。所述各分離式刀片13、12、11、10、9和8的外邊緣與其所在的螺旋槽刃口的外輪廓型線重合且形狀協(xié)調匹配，該螺旋槽刃口的外輪廓型線為揪樹形。所有的分離式刀片13、12、11、10、9和8能夠隨著磨損程度的加大而方便地分別進行更換，從而達到可重構的效果，以降低刀具使用成本。采用分離式刀片的結構使得本發(fā)明所述成形銑刀具有可重構性。在每一分離式刀片附近均設有與所述內冷通道3連通的切削液出口，以便輸出切削液，達到冷卻的效果，從而減緩刀具的磨損，延長刀具的壽命。相鄰的螺旋槽刃口上位于第二工作段6和第三工作段5上的分離式刀片的形狀及安裝位置互不相同，具體地說，在相鄰的螺旋槽刃口 14與15、15與16、16與17以及17與14上，第二分離式刀片12和第三分離式刀片11以及第四分離式刀片10和第五分離式刀片9的形狀和安裝位置互不相同，請參閱圖1，換言之，所述第二分離式刀片12與第三分離式刀片11的接縫位置以及第四分離式刀片10與第五分離式刀片9的接縫位置在相鄰的螺旋槽刃口 14與15上相互錯開，其余相鄰螺旋槽刃口的情況以此類推。相鄰螺旋槽刃口交錯布置分離式刀片有利于消除刀片相接處的切削痕，即接刀痕。而在相對的螺旋槽刃口上位于第二工作段6和第三工作段5上的分離式刀片的形狀及安裝位置相同，具體地說，在相對的螺旋槽刃口 14與16、15與17上，第二分離式刀片12和第三分離式刀片11以及第四分離式刀片10和第五分離式刀片9的形狀和安裝位置互相一致。每個螺旋槽刃口上安裝的六個分離式刀片上均覆有涂層，其共覆有三種性能差異化的涂層，該涂層自所述切削部2的刀尖處至所述刀柄部I依次性能逐漸增強，即涂層硬度和強度逐漸遞增。由于從刀尖到刀柄其切削負載和切削速度是逐漸遞增的，這樣特性差異化的涂層就可以保證從刀尖到刀柄的各分離式刀片達到承載的均勻性和磨損的均勻性，為實現(xiàn)高速高效切削提供保證。具體地說，所述第一分離式刀片13覆有納米結構TiAlN涂層(Al約50%)，涂層的納米硬度大于35GPa，抗氧化溫度高于80(TC，摩擦系數(shù)約O. 5 ;所述第二分離式刀片12和第三分離式刀片11覆有富鋁AlTiN硬質涂層(Al>50%)，涂層的納米硬度大于38GPa，抗氧化溫度高于900°C，摩擦系數(shù)約0.7 ;所述第四分離式刀片10、第五分離式刀片9和第六分離式刀片8均覆有納米復合相結構AlTiN+Si3N4涂層，涂層的納米硬度大于40GPa，抗氧化溫度高于1100°C，摩擦系數(shù)約O. 45。上述所有涂層結合力高于德國標準DIN50103/1HF2 的水平。本發(fā)明 具有刀片分離式可重構、涂層差異化的特點，使用過程中大幅減少了刀具成本，提高了加工精度，延長了刀具壽命，適用于汽輪機低壓轉子輪盤圓弧曲線榫槽的成形精加工。
權利要求
1.一種輪盤圓弧曲線榫槽精加工可重構成形銑刀，包括有刀柄部和切削部，該切削部具有四個螺旋槽刃口，其特征在于，每個所述螺旋槽刃口自所述切削部的刀尖處至所述刀柄部依次分成四個工作段第一工作段、第二工作段、第三工作段和第四工作段，所述第一工作段上可拆卸地固定有第一分離式刀片，所述第二工作段上可拆卸地固定有第二分離式刀片和第三分離式刀片，所述第三工作段上可拆卸地固定有第四分離式刀片和第五分離式刀片，所述第四工作段上可拆卸地固定有第六分離式刀片，各分離式刀片的外邊緣與所述螺旋槽刃口的外輪廓型線重合且形狀匹配。
2.根據(jù)權利要求I所述的輪盤圓弧曲線榫槽精加工可重構成形銑刀，其特征在于，所述第一分離式刀片覆有納米結構TiAlN涂層，所述第二分離式刀片和第三分離式刀片覆有富鋁AlTiN硬質涂層，所述第四分離式刀片、第五分離式刀片和第六分離式刀片均覆有納米復合相結構AlTiN+Si3N4涂層。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的輪盤圓弧曲線榫槽精加工可重構成形銑刀，其特征在于，所述成形銑刀內部設置有貫穿所述刀柄部和切削部的內冷通道，并且在每一分離式刀片附 近設有與該內冷通道連通的切削液出口。
4.根據(jù)權利要求I或2所述的輪盤圓弧曲線榫槽精加工可重構成形銑刀，其特征在于，所述第二分離式刀片與第三分離式刀片的接縫位置以及第四分離式刀片與第五分離式刀片的接縫位置在相鄰的螺旋槽刃口上相錯開，而在相對的螺旋槽刃口上相一致。
5.根據(jù)權利要求I或2所述的輪盤圓弧曲線榫槽精加工可重構成形銑刀，其特征在于，所述螺旋槽刃口的外輪廓型線為揪樹形。
6.根據(jù)權利要求I或2所述的輪盤圓弧曲線榫槽精加工可重構成形銑刀，其特征在于，所述切削部的基體材料為細晶粒粉末冶金高鈷含釩高速鋼，硬度為HRC65 67。
全文摘要
一種輪盤圓弧曲線榫槽精加工可重構成形銑刀，包括有刀柄部和切削部，該切削部具有四個螺旋槽刃口，每個螺旋槽刃口自切削部的刀尖處至刀柄部依次分成四個工作段且可拆卸地固定有六片分離式刀片，各分離式刀片的外邊緣與所述螺旋槽刃口的外輪廓型線重合且形狀匹配，并且從刀尖處至刀柄部依次使用性能漸強的差異化涂層，所述成形銑刀內部設置有貫穿刀柄部和切削部的內冷通道，并且在每一分離式刀片附近設有與該內冷通道連通的切削液出口。本發(fā)明結構具有可重構性，便于更換磨損失效刀片，實現(xiàn)了刀具切削性能的均勻一致性，減緩了刀具的磨損，降低了生產成本，適用于第三代核電常規(guī)島機組中1200MW汽輪機低壓轉子輪盤圓弧曲線榫槽的成形精加工。
文檔編號B23C5/28GK102717138SQ201210179659
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月1日 優(yōu)先權日2012年6月1日
發(fā)明者劉志強, 安慶龍, 王呈棟, 邱坤賢, 陳明 申請人:上海交通大學