CN101304852A - 具有应力分解部的切削刀具 - Google Patents

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Abstract

一种切削刀具(10)包括刀具主体(14)，该主体具有多个刀片接收凹腔(20)和至少一个安装在各凹腔(20)中的切削刀片(12)。每个凹腔(20)均包括凹腔底壁(22)、侧壁(26)和位于该凹腔底壁(22)和侧壁(26)之间的应力消除槽(24)。刀具主体(14)还包括顶面(34)，顶面(34)包括第一部分(28)和第二部分(29)，以及应力分解部(36)，该应力分解部从应力消除槽(24)伸出并与第一和第二部分(28，29)相交。应力分解部(36)可以采用陡峭尖端或脊、切成圆角的尖端、圆形体或凸起等形式。应力分解部(36)在机加工操作期间能够减小在应力消除槽的区域中的最大应力量。

Description

具有应力分解部的切削刀具
背景技术
在切削刀具(例如立铣刀切削刀具)中，已发现：较高的应力区域在以一定半径相交时存在于在应力消除部处的刀片槽的角部。
如铣刀这样的切削刀具具有圆柱形、锥形、异形或盘形形式，其具有多个切削刃。这类刀具可以以多种形式获得，如平面圆柱形侧面铣削刀具、平面和端部铣刀、成形刀具以及标准的特定形状轮廓刀具。
使用了安装在刀具前端的刀片的立铣刀在本领域是已知的。立铣刀根据安装在其中的切削刀片的结构可用于几种用途。切削刀片可具有用于侧面铣削的周边面切削刃、用于表面铣削的前切削刃以及用于各种仿形应用的所谓“球端”立铣刀的弧形切削刃、虽然四排屑槽铣刀是最常用的，但是，也可以广泛采用2、3或6个排屑槽。由于立铣刀能够实现各种铣削操作，立铣刀得到了广泛使用，并且，刀具的原始成本也是适中的。除圆柱形以外的形状也是常用的。刀杆可以是平行或锥形的，并且，不必等于刀齿直径。
通常在立铣刀工作时，会在刀具的一个刃上施加机加工力。通过刚性夹持刀杆的刀具架抵抗合成力矩。如果忽略力矩方向会随刀具旋转而持续变化的情况，则可以将刀具看作是作为悬臂被加压。
如图6所示，如立铣刀这样的切削刀具100包括刀具主体114，该刀具主体包括顶面134、具有螺纹腔138的刀片接收凹腔122、侧壁126以及位于刀片接收凹腔122和侧壁126之间的应力消除槽124。测量结果显示了大约1.063xe5psi的最大等效应力位于与顶面134相邻的应力消除槽124的区域处。
虽然上述应力问题涉及到避免刀具损坏，但是，其对于为了提高精度和表面光洁度并减小振动和噪音而使刀具偏转降至最小来说则并不是不重要。由于靠近刀具架以及在最靠近刀杆的刀齿排屑槽端部附近的较大弯曲力矩会因机加工力而导致刀具弯曲，因此，恒定直径的芯部会导致比必需更大刀具偏转。如果损害刀具的更高受压的有齿端的情况下，以更好的方式(即，使更多金属位于更大应力下的部分处)分布包括刀具芯体的刀具钢，则能够减小在切削刃处的合成刀具偏转。
因此，需要一种能够克服已知切削刀具的局限性并减小或消除切削刀具的整个应力的改进型切削刀具。
发明内容
为了克服与常规刀具相关的这些和其它问题，本发明研发了一种切削刀具，其包括刀具主体，该主体包括多个刀片接收凹腔和安装在各凹腔中的至少一个切削刀片，以及包括第一部分和第二部分的顶面，每个凹腔均包括凹腔底壁、侧壁和位于凹腔底壁和侧壁之间的应力消除槽，其中，顶面还包括应力分解部，该应力分解部在第一和第二部分的交界处，其中，应力分解部在机加工操作期间能够减小在应力消除槽的区域中的最大应力量。
在本发明的另一个方面，一种刀具主体包括多个刀片接收凹腔以及包括第一部分和第二部分的顶面，每个凹腔均包括凹腔底壁、侧壁和位于凹腔底壁和侧壁之间的应力消除槽，其中，顶面还包括应力分解部，该应力分解部在第一和第二部分之间的交界处，其中应力分解部在机加工操作期间能够减小在应力消除槽的区域中的最大应力量。
附图说明
通过以下参照附图的详细说明，将能清楚地理解本发明的其它特点以及由此得出的优点。
图1为本发明一个实施例的具有应力分解部的铣削刀具的透视图。
图2为本发明另一实施例的不同类型的具有应力分解部的铣削刀具的透视图。
图3为根据本发明的一个实施例，具有应力分解部并且为了清楚而除去刀片的刀具主体的放大局部透视图。
图4显示了本发明一个实施例的具有应力分解部的刀具主体的应力分布。
图5显示了本发明一个实施例的具有应力分解部的不同刀具主体的应力分布。
图6为没有应力分解部的常规刀具主体的应力分布。
具体实施方式
参见相同标号表示相同部件的附图，在图1中显示了一种切削刀具10，其带有一组相关的如图所示安装在刀具10内的切削刀片12。切削刀具10包括刀具主体14，该主体绕其转动轴线16大致径向对称。刀具主体14优选为圆柱形并抵靠在刀杆15上。刀具主体14和刀杆15拥有共同的转动轴线16。刀具主体14优选但不是必须包括多个排屑槽18，每个排屑槽在其中均支承有多个刀片接收凹腔20。刀片接收凹腔20相对于轴线16可转动地对称设置。切削刀片12中的至少一个但可以是更多个切削刀片具有能够被容纳并固定在每个凹腔20内的结构和尺寸。
在图1中的所说明实施例中，三个切削刀片12被容纳并固定在对应的凹腔20内。但是，应理解：本发明不应由切削刀片12和凹腔20的数量限制，并且可通过任何所需数量的刀片12和凹腔20来实现。例如，如图2所示，本发明的主体14可以由两个刀片12和两个凹腔20实现。在另一实施例中，切削刀具10的主体14可包括四个或更多个的刀片12和凹腔20。
每个刀片接收凹腔20均具有凹腔底壁22，该底壁相对于轴线16以锐角向前并向下倾斜。凹腔底壁22构成刀片接收凹腔20的切向抵靠表面。凹腔20还包括侧壁26，该侧壁构成在安装于凹腔20中时用于刀片12侧壁的径向抵靠表面，如图1和2所示。在凹腔底壁22与侧壁26之间设有应力消除槽24。在所说明的实施例中，应力消除槽24具有大约0.047英寸(大约1.19mm)的半径。但是，在其它方面，应力消除槽24的半径也可以根据切削刀片12的设计变化。
螺纹孔38延伸通过凹腔底壁22的中央并大致与其垂直。在切削刀具10的组装位置处，通过穿过切削刀片12的通孔42并通过螺纹与刀片接收凹腔20中的螺纹孔38结合的紧固螺钉40，使每个切削刀片12均保持在刀片接收凹腔20内，如图1和2所示。
切削主体14的顶面34包括第一部分28和大致平面状第二部分29。切削主体14也可包括与顶面34的第一部分28相交的斜削表面30以及与凹腔底壁22和斜削表面30相交的周边面32。
参见图3，本发明的一个方面在于：在切削主体14的与第一部分28和第二部分29相交的顶面34上设置应力分解部(stress splitter)36。应力分解部36可采用陡峭的尖端或脊、切成圆角的尖端、圆形体或凸起等形式。应力分解部36相对于顶面34的第一和第二部分28、29的高度范围根据切削刀具10的特定结构，为大约0.001英寸(0.0254mm)～大致等于应力消除槽24的半径的最大高度。如之前提到的那样，在所说明实施例中的应力消除槽24的半径为大约0.047英寸(大约1.19mm)，但是，其可以根据刀片12的设计变化。也可将应力消除槽24的最大高度限制在刀片12的切削刃的高度。
在图3所示的说明实施例中，应力分解部36沿弧线或弧形从应力消除槽24延伸至刀片接收凹腔20的后表面40。但是，应力分解部36不必跨过从应力消除槽24到凹腔20的后表面40的整个距离，并且可以仅仅延伸从应力消除槽24到凹腔20的后表面40的距离的一部分。例如，如果将应力消除槽24之间的整个距离设定为大约1.0英寸(25.4mm)，则应力分解部36可沿朝向凹腔20的后表面40的方向从应力消除槽24仅仅延伸大约0.10英寸(2.54mm)。另外，应力分解部36不用必须从应力消除槽24沿大致弧形线延伸，并且，可通过从应力消除槽24沿大致任意所需的线性形状(如大致直线等)延伸的应力分解部36实现本发明。
参见图4，在切削刀具10(如立铣刀)上进行等效(Von-Mises)应力的测量，所述切削刀具具有包括应力分解部36的主体14，所述应力分解部呈与刀具主体14的顶面34的第一和第二部分28、29相交的陡峭脊的形式。应力分解部36优选位于最大应力处于图6的传统切削刀具100之处的正上方。如图4所示，应力分解部36将最大等效(Von-Mises)应力从传统切削刀具100的大约106.3ksi减小至大约85.8ksi，或减小大约19％。另外，与图6的传统切削刀具100相比，应力分解部36使最大应力的面积分布在更大的区域。
参见图5，在切削刀具10(如立铣刀)上进行等效(Von-Mises)应力的测量，所述切削刀具具有包括应力分解部36的主体14，所述应力分解部呈与刀具主体14的顶面34的第一和第二部分28、29相交的切成圆角的尖端或凸起的形式。应注意：图5中的应力分解部36的位置并没有位于最大应力正上方的最佳位置。尽管如此，应力分解部36仍能产生使最大等效应力减小大约18％的意想不到的效果。如果应力分解部36位于最大应力正上方的最佳位置处，则最大等效应力的减小甚至会大于18％。
如上述测量所示，应力分解部36通过在最大拉伸应力(张应力)的位置处形成最小拉伸应力(压缩应力)能够产生减小最大等效应力的意想不到的效果。结果，应力分解部36能够平衡在该位置处的拉伸应力并减小切削刀具10的整个应力。如图所示，最大拉伸应力的位置沿临近顶面34的应力消除槽24设置。如图6所示，通过将应力分解部36设置在最大应力处，与常规刀具主体100的最大等效应力相比，能够将最大等效应力(Von-Mises)减小至少大约18％。
因此，在本申请中可参考使用本申请所参考的文献、专利和专利申请。
虽然结合某些特定实施例对本发明进行了说明，但是，应理解：其只是说明性而非限制性的，权利要求的范围应能覆盖本领域允许接受的程度。

Claims (15)

1.一种切削刀具，其包括刀具主体，该主体包括多个刀片接收凹腔、至少一个安装在各凹腔中的切削刀片和包括第一部分和第二部分的顶面，每个凹腔均包括凹腔底壁、侧壁和位于该凹腔底壁和侧壁之间的应力消除槽，其中所述顶面还包括应力分解部，所述应力分解部从所述应力消除槽伸出并与所述第一部分和第二部分相交，其中所述应力分解部在机加工操作期间能够减小在所述应力消除槽的区域中的最大应力量。
2.根据权利要求1所述的切削刀具，其中所述应力分解部的高度范围为大约0.001英寸～大约等于所述应力消除槽半径的最大高度。
3.根据权利要求1所述的切削刀具，其中所述应力分解部的高度范围为大约0.001英寸～大约等于所述切削刀片的切削刃的最大高度。
4.根据权利要求1所述的切削刀具，其中所述应力分解部从所述应力消除槽延伸到所述刀具主体的相邻凹腔的后表面。
5.根据权利要求1所述的切削刀具，其中所述应力分解部延伸从所述应力消除槽到所述刀具主体的相邻凹腔的后表面的距离的一部分。
6.根据权利要求1所述的切削刀具，其中所述应力分解部从所述应力消除槽沿大约弧线延伸。
7.根据权利要求1所述的切削刀具，其中所述应力分解部包括升高的脊。
8.根据权利要求1所述的切削刀具，其中所述应力分解部包括凸起。
9.一种刀具主体，其包括多个刀片接收凹腔和具有第一部分和第二部分的顶面，每个凹腔均包括凹腔底壁、侧壁和位于该凹腔底壁和侧壁之间的应力消除槽，所述顶面还包括应力分解部，该应力分解部从所述应力消除槽伸出并与所述第一部分和第二部分相交，其中所述应力分解部在机加工操作期间减小在所述应力消除槽的区域中的最大应力量。
10.根据权利要求9所述的刀具主体，其中相对于所述顶面的所述第一部分和第二部分，所述应力分解部的高度范围为大约0.001英寸～大约与所述应力消除槽相等尺寸的半径，最大高度的另一限制为不能高于所述刀片的切削刃。
11.根据权利要求9所述的刀具主体，其中所述应力分解部从所述应力消除槽延伸到所述刀具主体的相邻凹腔的后表面。
12.根据权利要求9所述的刀具主体，其中所述应力分解部延伸从所述应力消除槽到所述刀具主体的相邻凹腔的后表面的距离的一部分。
13.根据权利要求9所述的刀具主体，其中所述应力分解部从所述应力消除槽沿大致弧线延伸。
14.根据权利要求9所述的刀具主体，其中所述应力分解部包括升高的脊。
15.根据权利要求9所述的刀具主体，其中所述应力分解部包括凸起。
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