CN101031377A - 用于刀具尤其是用于铣刀的切削嵌件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种尤其用于轻金属特别是铝的高速铣削的切削嵌件(2)。为了保证一个可靠的并且确定的排屑以及一个确定的切屑形成，切削嵌件具有一个导屑面(26)，该导削面朝刀刃(8)定向地以与加工表面(36)成锐角(α)地延伸出去。

Description

用于刀具尤其是用于铣刀的切削嵌件
技术领域
本发明涉及一种用于刀具尤其是用于铣刀的切削嵌件，包括一个切削体，该切削体包括一个工件侧面和一个前侧的端面，它们构成一个角部区域，在该角部区域中设置一个用于切削加工工件的刀刃。另外切削体具有一个导屑面。
背景技术
这种切削嵌件例如在DE 197 16 818 C2或DE 20 2004 007 811 U1中描述。已知的切削嵌件在面铣削中相应采用。在该面铣刀中多个嵌件绕圆周分布地固定在圆柱形的刀具基体上。刀具基体由轻金属尤其是由铝或铝合金构成。由于相对较软的材料，在现有技术中设置一个导屑元件或一个切屑转向器，它在切削加工工件时将切下的切屑远离刀具基体，从而不会损坏该刀具基体。在DE 197 16 818 C2中真正的切削嵌件的排屑槽通过附加的导屑元件在面铣刀的圆周方向上继续引导。在DE 202004 007 811 U1中为了同样的目的描述一个伸出切削嵌件的轮廓的切屑转向器，该切屑转向器限定排屑槽。
但是两个导屑元件仅用作保护刀具基体。尤其在切削加工软材料例如由铝构成的轻金属工件时，产生如下问题，即切下的轻金属切屑很难清除并且表现相对较大的粘附能力。因此产生这样的危险，即这些切屑导致工件表面的损坏。
发明内容
本发明的目的在于，给出一种切削嵌件，该切削嵌件保证稳定且可靠的排屑并且从而避免刀具基体和待加工工件的损坏。
该目的按本发明通过按权利要求1所述的切削嵌件解决。该切削嵌件包括一个通常具有方形的基本几何形状的切削体。切削体具有一个工件侧面，该工件侧面在安装状态下并且在嵌入铣刀时朝工件定向。工件侧面确定一个加工表面，该加工表面在嵌入时与待加工工件的表面重合。工件表面原则上也可以是弯曲的。在此加工表面通过径向方向和工件侧面的切削方向确定(aufspannen)。另外切削体由前侧的端面限定，该端面通常垂直于加工表面地定向并且与工件侧面构成一个角部区域。在该角部区域中设置一个尤其构成为切削角部的刀刃用于切削加工工件。为了允许稳定且可靠的排屑，切削体另外包括一个导屑面，该导屑面朝刀刃定向并且在与加工表面构成锐角的情况下延伸出去。
在此导屑面这样构成，使得它尽可能连续的且没有突然的过渡部地过渡到加工表面。因此总体上构成一个导屑元件，该导屑元件在侧面或在横截面上看具有一种楔形，其中楔在一个微小的间距下在工件上方“滑动”并且用楔尖在前面朝刀刃定向。通过这种措施由刀刃切下的切屑通过逐渐上升的导屑面从刀具表面排走并且可靠地远离。因此避免了刀具表面的损坏。
导屑面除了用作可靠的排屑之外也附加地用作切屑形成。在此导屑面适宜地弯曲地构成。在此具有导屑面的导屑元件也称作为导屑形成器。
径向方向和切削方向通过尤其是刀刃的布置进行确定。因为具有刀刃的切削嵌件固定在可旋转的刀具基体上，即在铣刀的圆周方向或旋转方向上在刀刃前面必须是足够的自由空间。铣刀的圆周方向或旋转方向在此理解为切削方向。径向方向垂直于该切削方向地定向。下面径向的侧面或表面理解为切削嵌件的平行于或基本平行于径向方向延伸的表面。
这种切削嵌件与许多其他的切削嵌件共同设置成固定在圆柱形的刀具基体上，以便构成面铣刀。该切削嵌件也可在其他的铣刀中安装。切削嵌件设有直至每分钟2000m以上的较高的切削速度尤其用作加工轻金属工件。
考虑到期望的可靠的排屑，锐角优选位于约30至60°的范围内并且尤其约为45°。
切削体优选包括一个排屑槽，该排屑槽具有一个基本上在切削方向上定向的排屑槽壁，该排屑槽壁包括导屑面。特别地在切削方向上定向的排屑槽壁通过导屑面构成。导屑面的主延伸方向在嵌入时垂直于铣刀的圆周方向或旋转方向(切削方向)地定向。因此通过导屑元件构成的楔在径向方向上定向，即楔尖沿径向朝外指向。
按一种适宜的进一步方案，导屑面在与轴向方向构成倾角的情况下倾斜地设置。通过倾斜的结构切屑可靠地导入到排屑槽中，而没有产生该切屑在切削方向上从排屑槽出来的危险。
为了得到可靠的且确定的切屑形成和排屑，在一种适宜的结构中，导屑面弯曲地构成并且大致构成四分之一圆轨道。在此导屑面大致在90°的角度范围内延伸。
按一种适宜的进一步的方案，排屑槽包括一个径向的排屑槽壁，该排屑槽壁基本上在径向方向上延伸并且朝端面定向。至少在端面的区域内该排屑槽壁朝该端面在构成一个径向的倾角的情况下倾斜地设置，使得在径向的排屑槽壁与端侧的表面之间构成一个小于90°的角度。因此径向的排屑槽壁不是垂直于切削嵌件的端侧的边界面地延伸出去，而是同样与该边界面构成一个锐角，使得在此也构成导屑楔的形状，该导屑楔用于在排屑槽内稳定的导屑。
由于在直至每分钟超过2000m的高速铣削中设定的较高的切削速度，非常高的径向力作用于切削嵌件。为了保证也在高速铣削期间切削嵌件的确定的位置，设置一个背面嵌接元件用于径向的固定。该背面嵌接元件伸出在径向方向上延伸的切削体支承面，切削嵌件用该切削体支承面相对于刀具基体上的对应贴靠部张紧。因此背面嵌接元件在装配的状态下构成一个在径向方向上起作用的形封闭。这种结构原则上也可以不依赖于导屑面的具体的几何形状和结构地采用并且一般对于切削嵌件是有利的，该切削嵌件设置用于高速铣削。在导屑形状方面用于径向固定的这种结构具有特别的优点，即对于有针对性的排屑所需要的确定的整个切削嵌件的额定位置在运行中得到维持。在这方面分方案的提出与导屑面的具体的结构无关地保留。
考虑到尽可能简单的结构，切削体由一个基体和一个固定在基体上的具有刀刃的切削元件构成。该切削元件尤其按刀片的形式构成并且通过粘合并且尤其是通过焊接持久地与基体连接。
为了得到较好的切削结果，尤其在轻金属加工中，切削元件按一种适宜的进一步方案由金刚石或氮化硼切削材料构成。在此尤其采用多晶的金刚石或多晶的氮化硼。有选择地也可以采用硬质金属或陶瓷作为用于切削元件的切削材料。
在一种优选的结构中基体通过烧结过程制造且成型。作为烧结的基体的实施形式也允许经济地制造具有期望的材料特性的复杂的几何形状。尤其在导屑面的具体在此描述的几何形状中其他的制造方案是耗费的并且从而是昂贵的。切削嵌件或该切削嵌件的基体构成为烧结体可以普遍用于切削嵌件并且不限制于具有具体的、在此描述的导屑面的切削嵌件。在这方面分方案的提出与导屑面的具体的结构无关地保留。
适宜地在此烧结基体由金属粉末制造。该金属粉末优选具有作为基本材料的铁并且具有镍和铜的混合物。适宜地在此镍的份额在约3.5-4.5重量％的范围内、铜的份额在约1.2-1.8重量％的范围内。另外钼的份额设置在0.4-0.6重量％的范围内。其余的份额是铁。附加地烧结的基体具有尤其在0.7-0.9重量％范围内的添加物，该添加物添加作为烧结辅助介质。
为了允许稳定的、无干扰的且尽可能低摩擦的排屑，按一种优选的进一步方案，切削嵌件至少在部分区域设有合适的覆层。该覆层是滑动层或硬质材料覆层。它在此尤其是施加在切削嵌件的与切屑接触的区域内。这尤其是导屑面以及其它限定排屑槽的排屑槽壁。原则上整个切削嵌件也可以设有覆层。仅设有刀刃的切削元件在涂覆过程中被覆盖，以避免刀刃的涂覆。在此尤其提供MoS2层或DLC层(类金刚石碳)作为滑动层。例如提供TiAlN层或TiB2层作为硬质金属层。
附图说明
下面借助于附图详细解释本发明的实施例。分别以示意的且部分简化的视图显示：
图1以第一透视图的形式显示切削嵌件，
图2以第二透视图的形式显示切削嵌件，
图3以示意图的形式显示按图1和2的切削嵌件的上侧面的从上方看的俯视图，
图4显示切削嵌件的排屑槽侧面的从前方看的俯视图，
图5显示切削嵌件的工件侧面的从后方看的俯视图，
图6显示在图4中用一个圆表示的区域的局部视图，在该区域中设置一个切削元件，
图7显示面铣刀的透视图，该面铣刀具有多个绕圆周设置的切削嵌件。
具体实施方式
在附图中相同作用的部分设有相同的附图标记。
在图1至5中描述的切削嵌件通过一个单件式的切削体2构成，该切削体又由一个烧结的基体4和一个特别是通过硬焊固定在该基体上的切削元件6构成。切削元件6特别如由图1和2可见是一个按照棱柱体形构成的刀片。切削元件6特别是由一种多晶的金刚石材料构成。基体4通过金属粉末的烧结工艺制造。通过基体4的成型和制造方法尤其可经济地并且相对较少耗费地制造按本实施例的复杂的几何形状。
切削嵌件6具有一个尤其是构成为切削角部的刀刃8。在金属工件的切削加工中刀刃8与工件的表面嵌接。
切削体2总体上具有一个大致方形的基本几何形状，其中方形的基本几何形状的一部分没有材料并且构成一个排屑槽10。切削体2具有一个下面的在加工时配设于工件的工件侧面12并且与该工件侧面对置地具有一个大致与该工件侧面平行地延伸的上侧面14。在位于两侧面12、14之间的其他四个方形侧面是一个前面的至少基本上垂直于工件侧面12地构成的端面16、一个平行于该端面定向的贴靠面18、一个切削体支承面20以及对置于切削体支承面20的一个排屑槽侧面22。排屑槽10本身通过一个径向的排屑槽壁24以及通过一个其他的大致垂直于该排屑槽壁设置的、构成为导屑面26的排屑槽壁限定。
大致在径向的排屑槽壁24的中间设置一个通孔28，通过该通孔为了固定在刀具基体30上贯穿一个固定元件尤其是固定螺钉32(见图7)。
另外切削体2在其切削体支承面20上具有一个由该表面伸出的背面嵌接元件34。该背面嵌接元件基本上按细长的方形形式构成有一个导入斜面并且与轴向的贴靠面18对齐。在此背面嵌接元件34设置在远离刀刃8的背面的区域上。尤其如由图2可见，背面嵌接元件34以一个偏移量从上侧面14往回偏移。
工件侧面12基本上确定一个加工表面36，如在图7中显示的。加工表面36在图7中显示的面铣刀38中相应于通过刀刃8的各切削角部构成的平面。
通常切削体2固定在可旋转的基本上圆柱形的刀具基体30上。切削元件6用其自由端朝排屑槽10且在旋转方向上或圆周方向上定向。该圆周方向在下面称作为切削方向40。垂直于该切削方向确定一个径向方向42。它们共同确定加工表面36。一个轴向方向44垂直于该表面定向。
尤其如由图2的透视图可见，导屑面26构成一个与切削体2成整体地连接的导屑元件的表面。该导屑元件按楔的形式构成，该楔的楔尖朝切削元件6定向。楔表面由导屑面26构成。楔下侧面由朝工件定向的工件侧面12构成。因此楔形的导屑元件在工件加工时近似位于其表面上。导屑面26在构成锐楔角α的情况下朝加工表面36延伸出去。限定导屑面26的前面的棱边46在径向方向42上从切削元件6往回偏移。楔角α在本实施例中约为50°。楔角α的定义最佳地由按图4的视图给出。
尤其如由图2和3的视图可见，切削体2具有第二导屑楔，而且该第二导屑楔通过前侧的端面16和径向的排屑槽壁24在前侧的端面16的区域内的延伸曲面构成。在与径向方向42构成径向的倾角β1的情况下径向的排屑槽壁24在切削元件6的区域内延伸。径向的倾角β1优选在20°与45°之间。在本实施例中它约为30°。
同样如径向的排屑槽壁24一样，构成导屑面26的排屑槽壁相对于切削方向40以倾角β2倾斜地设置，例如尤其由图3可见。倾角β2例如在15°与30°之间的范围内。
由图4至6可见切削体2的其他的详细情况。在此图4显示排屑槽侧面22的俯视图。在此可见楔角α以及导屑面26的弯曲的走向。该导屑面26大致在伸出的圆形轨道上延伸并且划过约90°的角度范围。另外由图4可见，在径向方向42上紧接着刀刃8切削元件6具有一个数量级约为10°的正的切屑角γ。导屑元件的朝工件侧面12定向的下侧面(楔下侧面)从加工表面36或加工平面略微往回偏移并且在径向方向42上略微相对于该加工表面倾斜延伸地构成。相对于该加工表面的倾角δ在本实施例中约为3°。
图5显示在图4中描述的切削体2，在此它以90°相对于顺时针方向转动。在此图5显示从下方看面向待加工的工件的工件侧面12的俯视图。由该视图再次较好地可见倾角β1，在此它为22°。另外由图5清晰地可见背面嵌接元件34。
图6显示一个在图4中用圆表示的切削区域的放大的视图。由图4和图6可见，切削元件6与前侧的端面16平坦地端接并且在棱边区域中朝工件侧面12构成刀刃8。在棱边区域中刀刃8具有一个棱角48。
由图7显示面铣刀38，该面铣刀具有在其圆周上分布设置的切削体2。各切削体2嵌入到刀具基体30的袋式的凹槽中。切削体2有选择地也能够嵌入到为其设置的刀座中，所述刀座固定在刀具基体30上。在此各切削体2用其切削体支承面20以及用其贴靠面18相对于刀具基体30的相应的对应贴靠面张紧。在此该刀具基体具有一个用于容纳背面嵌接元件34的在此不可见的凹槽。背面嵌接元件34配合精确地且形封闭地位于在该凹槽中，使得构成一个在径向方向42上作用的形封闭。面铣刀38在铣削时的旋转方向50通过箭头表示。刀具基体30优选由轻金属构成。
在此描述的刀具体2的特点在于尤其在高速铣削轻金属工件时非常有效且可靠的排屑。通过朝加工表面36且成锐角延伸的导屑面26进行可靠的排屑和确定的切削形成，以便避免铣刀38和要加工的工件的损坏。有针对性的导屑附加地通过导屑面26和径向的排屑槽壁24的彼此倾斜的结构进行支持，使得切屑导入到排屑槽中并且紧接着在Z方向上从待加工的工件表面导走。

Claims (15)

1.一种用于刀具尤其用于铣刀(38)的切削嵌件，包括一个切削体(2)，该切削体具有：
一个工件侧面(12)，该工件侧面确定一个通过径向方向(42)和切削方向(40)确定的加工表面(36)；
一个前侧的端面(16)，该端面与工件侧面(12)邻接、通过切削方向(40)和轴向方向(44)确定；
一个用于切屑加工工件的刀刃(8)，该刀刃设置在沿切削方向(40)上看位于前面的角部区域内，该角部区域由工件侧面(12)和端面(16)构成；
一个导屑面(26)，该导屑面(26)在切削方向(40)上延伸超过刀刃(8)并且与该刀刃在径向方向(42)上隔开距离；
其特征在于：导屑面(26)朝刀刃(8)定向地以与加工表面(36)成锐角(α)地延伸出去。
2.按权利要求1所述的切削嵌件，其特征在于：锐角(α)位于约30至60°的范围内，尤其约为45°。
3.按权利要求1或2所述的切削元件，其特征在于：切削体(2)具有一个排屑槽(10)，该排屑槽具有一个在切削方向(40)上定向的排屑槽壁，该排屑槽壁包括导屑面(26)。
4.按上述权利要求任一项所述的切削嵌件，其特征在于：导屑面(26)以与切削方向(40)成倾角(β2)地倾斜地设置。
5.按上述权利要求任一项所述的切削嵌件，其特征在于：导屑面(26)是弯曲的并且大致构成一个四分之一圆轨道。
6.按权利要求3至5任一项所述的切削嵌件，其特征在于：排屑槽(10)具有一个大致在径向方向(42)上延伸的排屑槽壁(24)，该排屑槽壁在与径向方向(42)构成径向的倾角(β1)的情况下朝前侧的端面(16)倾斜地设置，使得在排屑槽壁(24)与端侧的表面之间构成一个小于90°的角度。
7.按上述权利要求任一项所述的切削嵌件，其特征在于：切削体(2)具有一个用于贴靠在刀具上的在径向方向(42)上延伸的切削体支承面(20)，一个背面嵌接元件(34)从该切削体支承面伸出。
8.按上述权利要求之一所述的切削嵌件，其特征在于：切削体(2)由一个基体(4)和一个固定在该基体上的切削元件(6)构成，该切削元件具有刀刃(8)。
9.按权利要求8所述的切削嵌件，其特征在于：切削元件(6)由金刚石切削材料或氮化硼切削材料构成。
10.按权利要求8或9所述的切削嵌件，其特征在于：基体(4)构成为烧结的基体(4)。
11.按权利要求10所述的切削嵌件，其特征在于：烧结的基体(4)由金属粉末制成。
12.按权利要求11所述的切削嵌件，其特征在于：烧结的基体(4)具有作为基本材料的、带有镍和铜混合物的铁。
13.按权利要求12所述的切削嵌件，其特征在于：烧结的基体(4)由在约3.5-4.5重量％的范围内的镍、在约1.2-1.8重量％的范围内的铜、在约0.4-0.6重量％的钼和其余的铁组成。
14.按上述权利要求任一项所述的切削嵌件，其特征在于：该切削嵌件至少在导屑面(26)的区域内设有一个滑动层或硬质材料覆层。
15.一种铣刀，尤其是端铣刀或面铣刀(38)，包括多个按上述权利要求任一项所述的切削元件。
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