CN101622097A - 制造铣刀的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造铣刀的方法，所述铣刀具有切削头和同轴整体式刀杆，所述方法包括以下磨制步骤：在第一磨制操作中，使用第一磨制轮(15)的具有大致截锥廓形并能够围绕大致横向于铣刀轴线(1)的轴线(18)旋转的周边区域(16)，在刀坯体的外周边中从导端(24)磨制出多个螺旋凹槽(5)，所述周边区域(16)同时形成以下三个特征：后一齿的导面(9)、相邻前一齿(8)的背面(10)、和具有分离的侧的排屑槽(13)；在第二磨制操作中，使用第二磨制轮(20)的周边边缘(19)，磨制出从齿尖端的导端向后延伸的退切面(11)，使得齿楔角最小大约为60°；和在第三磨制操作中，在每个凹槽的端部上磨制出圆角(23)。

Description

制造铣刀的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造铣刀的方法，所述铣刀用于铣削众所周知难以机加工的所称的特种材料，例如钛合金、不锈钢、尼莫尼克合金，等等，本发明还涉及铣刀本身。
背景技术
航空产业广泛使用钛合金等，并且与其它产业相同的是，也一直试图通过更经济实惠的外购或更高的生产力来降低成本。
诸如钛、不锈钢和尼莫尼克合金之类的材料在铣削能力方面处于非主流地位并对现有技术能力提出挑战以提高生产率。虽然已经开发出显著提高生产率(即使是特种材料)的磨制工艺，不过在一些部件中仍不可避免地存在无法通过磨制轮实现并由此不能通过磨制成形的特征，因而这些特征不得不通过机加工实现。
在其它的金属处理的轻载范围内，细齿斜刀是已知的，但其主要用于除毛刺应用中，这样的刀经常是一次性的。这些刀通常是公差宽松的刀具，用于毛刺的齿样式是单一棘齿的形式。虽然这形成固有薄弱的齿形式(具有大约50°楔角)，但在除毛刺操作中几乎没有影响，然而，这些通常很细的斜刀将不能经受实现所需能力和稳定性的精密的机加工操作，例如铣削，特别是特种材料的铣削，也不能使其重新磨利以重复使用。虽然公知的是，金属去除速率随刀上的齿数而增加，不过显然存在的限制在于，在给定切削刀具直径时可形成多少齿，以及使用传统的磨制技术磨利这些齿。
发明内容
本发明的基本目的在于，提供一种改进的铣刀制造方法，并且提供一种改进的铣刀。
根据本发明的第一方面，提供一种制造铣刀的方法，铣刀具有切削头和用于安装在机床的卡盘或刀架中的同轴整体式刀杆，所述方法包括以下步骤：(i)在第一磨制操作中，使用第一磨制轮的具有大致截锥廓形并能够围绕大致横向于铣刀轴线的轴线旋转的周边区域，在刀坯体的外周边中从刀坯体的远离所述刀杆的导端朝向刀杆磨制出多个螺旋凹槽，周边区域同时形成以下三个特征：后一齿的导面；相邻前一齿的背面；和排屑槽，其廓形对应于所述第一磨制轮的周边区域的廓形，排屑槽具有被限定在后一齿的导面与相邻前一齿的背面之间的分离的侧；(ii)在第二磨制操作中，使用第二磨制轮的具有方形廓形并能够围绕大致横向于铣刀轴线的轴线旋转的的周边边缘，磨制出从齿尖端的导端向后延伸的退切面，使得在齿的导面至该齿的退切面之间测得的齿楔角最小大约为60°；和(iii)在第三磨制操作中，使用第三磨制轮的周边边缘，通过沿每个凹槽从每个凹槽的导端朝向刀的刀杆磨制而在每个凹槽的端部上磨制出圆角。
根据本发明的第二方面，同样重要的是，提供一种铣刀，包括刀杆和切削头，切削头具有少于500个的多个螺旋凹槽，每个凹槽的导端设置圆角，每个齿的在齿的导面与该齿的退切面之间测得的齿楔角最小大约为60°。
根据本发明第一方面制成的铣刀的圆角的退切的多齿多凹槽形式形成比例如现有技术的除毛刺刀具显著更强的齿，而且已经发现，与传统的铣刀相比，其在铣削相同的特种材料时具有显著更高的切削能力，导致部件制造成本减少和机床投资要求降低，并同样可用于粗加工和精加工。
通过第二磨制操作所形成的退切面包括第一退切斜面和第二退切斜面，第二退切斜面从第一退切斜面的远离齿尖端的端部延伸，从而形成圆角的双棘齿样式以允许关键特征的优化。
不同于传统磨制技术，所述第一方面/方法允许形成圆角的双棘齿的实施例，而传统的单齿圆角磨制难以处理连续齿，由此限制齿数增加范围。
第一面和第二面是平面，第一退切斜面以第一角度被磨制，而第二退切斜面以大于第一角度的第二角度被磨制。
通过第二磨制操作所形成的退切面具有偏心的或凸形的廓形，从而形成比平面廓形更高的强度。
每个凹槽具有双棘齿的形式，双棘齿的形式包括第一退切斜面和邻接的第二退切斜面。
第一面和第二面是平面，第一退切斜面以第一角度被磨制，而第二退切斜面以大于第一角度的第二角度被磨制。
第一退切斜面具有大约5°至7°的后角。第二退切斜面具有大约10°至15°的后角。
每个凹槽具有偏心的或凸形的退切斜面，以提供比平面廓形更高的强度。每个齿的导面具有正的径向前角。
成品铣刀具有少于60个凹槽。例如，直径16mm的铣刀具有8-20个半径1mm的凹槽，不过，可能形成的最大凹槽数显然取决于所需的铣刀直径。
每个齿的楔角优选地大于大约60°但小于大约90°。
在双棘齿实施例中，每个齿的楔角为90°，并小于第一退切倾角且小于第二退切倾角。
每个齿的楔角大约为76°。
附图说明
现在将通过仅参照附图的示例描述本发明的两个方面，其中：图1显示出根据本发明第一和第二阀帽的铣刀的第一实施例的一部分；图2是图1中所示齿之一的放大图；图2A对应于图2，但显示出铣刀的第二实施例；图3显示出形成第一实施例的凹槽的第一磨制操作；图4是图3中所示圈定部分的放大图；图4A显示出第二实施例的偏心退切面的磨制；图5是图3的放大图，其中显示出如何实现第一和第二磨制操作；图6、7、8和9逐步显示出如何实现第三磨制操作以形成圆角；图10是根据第一实施例的成品铣刀的侧视图；和图11是图10的刀的立体图。
具体实施方式
根据第一实施例的成品铣刀1例示在图6和7中。刀1具有切削头2和用于紧固在机床的卡盘或刀架中以围绕轴线X旋转的同轴整体式刀杆3。
切削头2具有从头2的导端6延伸到头2的尾端7的多个(例如30个)螺旋凹槽5。每个凹槽5具有包含导面9和背面10的齿8，见图1。导面9面向刀1在使用时的旋转方向，并具有切削尖端4。每个齿8的切削尖端4位于具有直径D的节距圆的圆周上，见图3。导面9具有正的径向前角
Figure A20078005034500071
径向前角
Figure A20078005034500072
是倾斜导面9与径向线Y所成的角，见图2，径向线Y从刀具轴线X延伸到齿8的尖端4。在本发明优选实施例中，角
Figure A20078005034500073
最大至大约12°，这取决于被切削的材料，对于某些材料可能需要零前角。
如图2中所示，每个齿8还具有第一退切斜面11，第一退切斜面11在所示的示例中是平面。第一面11包括从齿8的导边缘9的尖端向后延伸的棱带。第一面11倾斜而相对于从齿尖端4处的节距圆延伸的切线Z成一角度。这一角度被称为主后角θ，并且量级在大约5°至大约7°。
第二退切斜面12在所示的示例中也是平面，并从第一面11延伸到背面10。第二面12倾斜而相对于从齿尖端4处的节距圆延伸的切线Z成副后角α。在本发明的优选实施例中，副后角α的量级在大约10°至大约15°。
不过，可替代地，第一退切斜面和/或第二退切斜面不是平面，而是偏心的或凸形的，从而为每一凹槽提高更多种材料以及更大强度。
每个齿8可具有第三后角σ，如图2中所示，第三后角σ在背面10与从齿尖端4处的节距圆延伸的切线Z之间形成。
主后角、副后角和第三后角用于限定双棘齿形式的几何形状。通过控制这些角度，可在制造过程中限定齿的几何形状。
通过控制径向前角
Figure A20078005034500074
和主后角、副后角及第三后角，强化的齿形成有最终楔角W，最终楔角W可被优化以适应众所周知难以切削的材料。
楔角W如图1中所示并通过以下公式限定：
Figure A20078005034500081
这样，在本发明的优选实施例中，每个齿8具有被限定在导面9与第一退切斜面11之间的大约为76°的楔角W。后一齿8的导面和相邻前一齿8的背面10分离并一起限定凹槽基底13和排屑槽14。排屑槽14被设置用于排屑目的，并被设计而使其在使用时使在切削过程中产生的屑被运离，而不阻塞所述刀。这通过控制齿的节距、排屑槽14的深度和第一面11的棱带的宽度得以实现。
齿8之间的距离被测量为沿节距圆的圆周的弧长CP。齿8之间的弧长CP通过以下公式限定：CP＝πD/N
D是节距圆的直径，N是齿数。
棱带的宽度保持在0.05CP～0.25CP的范围内，排屑槽14的深度保持在0.2CP～0.5CP的范围内，其中，CP＝πD/N。
根据本发明的第一方面，根据第二方面的刀1的制造方法例示在图2至4中，并基本上是使用不同周边廓形的三个磨制轮的三步骤磨制操作。
在第一磨制操作中，第一磨制轮15具有大致截锥廓形的周边区域16，周边区域16包含具有凹槽基底所需廓形的边缘17，第一磨制轮15能够围绕大致横向于铣刀1的轴线4而延伸的轴线18旋转。最佳如图4中所示，第一磨制轮15的周边区域16在刀坯体的外周边中从导端6朝向刀杆3磨制出各凹槽5，具体磨制：(i)(后一齿8的)导面9上的正的前角，同时磨制(ii)相邻前一齿8上的背面10，同时磨制(iii)基底13。
在第二磨制操作中，方形廓形的第二磨制轮20的周边边缘19也能够围绕大致横向于铣刀轴线4的轴线18旋转，并用于首先磨制第一退切斜面11并然后在改变磨制角之后磨制第二退切斜面12，从而在两步骤的磨制操作中形成具有多个螺旋凹槽5的铣刀1，其中每个螺旋凹槽5具有双棘齿形式。
在第三磨制操作中，第三磨制轮22的周边边缘21用于在每个凹槽5的端部上磨制出圆角23，这一磨制操作始于每个凹槽5的导端24并背离此端朝向刀7的刀杆3进给。
铣刀的双棘齿形式的实施例使得切削刀具具有所需的强度和耐用性。可替代的退切面12A例示在铣刀的第二实施例1A中，如图2A中所示，其中，第一实施例(见图2)中的第一和第二平面退切面11和12被替代为单一的偏心的或凸形的退切面12A，退切面12A以在大约2°至大约15°之间的平均偏心退切形貌被磨制。偏心退切面12A的磨制方式例示在图4A中，其中，使用磨制轮20A的周边边缘19A并从每个凹槽5A的背部向每个凹槽5A的导端进给。试验已经显示，对于根据本发明的刀而言，金属去除速率的增加不是无足轻重的，而是增加最多至20倍。这不仅导致机加工时间的显著减少，而且导致所需机床数量的显著减少，从而进一步节省了资金成本和工厂占地。当机加工特种材料时，所述刀能够使切削屑被运离并阻止热退化效应。根据本发明的铣刀设计所产生的切削屑是短粗碎片的形式，这不同于如传统切削刀具所产生的连续螺旋形。始终为短粗的碎片也是清洁的，这是因为切削不会达到导致显著氧化的高温。规则的屑碎片尺寸使其可适于包封在罐中并通过热等静压HIP形成坚实块体。碎片由于机加工处理而显著变形的事实还意味着，细晶均匀压实结构可通过使用优化的HIP时间和温度实现，这有利于形成高强度和坚韧的机械性能。这样提供的进一步优点在于，来自根据本发明的多凹槽刀的规则清洁碎片可以被循环利用，形成坚实块体用来制成当前的部件。

Claims (16)

1、一种制造铣刀(1，1A)的方法，所述铣刀具有切削头(2)和用于安装在机床的卡盘或刀架中的同轴整体式刀杆(3)，所述方法包括以下步骤：
(i)在第一磨制操作中，使用第一磨制轮(15)的具有大致截锥廓形并能够围绕大致横向于铣刀轴线(4)的轴线(18)旋转的周边区域(16)，在刀坯体的外周边中从该刀坯体的远离所述刀杆(3)的导端(6)朝向所述刀杆(3)磨制出多个螺旋凹槽(5，5A)，所述周边区域(16)同时形成以下三个特征：
后一齿(8)的导面(9)；
相邻前一齿(8)的背面(10)；和
排屑槽(14)，其廓形对应于所述第一磨制轮(15)的周边区域(16)的廓形，所述排屑槽(14)具有被限定在后一齿(8)的导面(9)与相邻前一齿(8)的背面(10)之间的分离的侧；
(ii)在第二磨制操作中，使用第二磨制轮(20，20A)的具有方形廓形并能够围绕大致横向于所述铣刀轴线(4)的轴线(18)旋转的的周边边缘(19，19A)，磨制出从齿尖端(4)的导端向后延伸的退切面(11，12或12A)，使得在齿(8)的导面(9)至该齿(8)的退切面(11，12或12A)之间测得的齿楔角(W)最小大约为60°；和
(iii)在第三磨制操作中，使用第三磨制轮(22)的周边边缘(21)，通过沿每个凹槽从每个凹槽(5，5A)的导端(24)朝向所述刀(1，1A)的刀杆(3)磨制而在每个凹槽(5，5A)的端部上磨制出圆角(23)。
2、根据权利要求1所述的方法，其中，通过所述第二磨制操作所形成的所述退切面包括第一退切斜面(11)和第二退切斜面(12)，所述第二退切斜面(12)从所述第一退切斜面(11)的远离所述齿尖端(4)的端部延伸。
3、根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一面(11)和第二面(12)是平面，所述第一退切斜面(11)以第一角度被磨制，所述第二退切斜面(12)以大于所述第一角度的第二角度被磨制。
4、根据权利要求1所述的方法，其中，通过所述第二磨制操作所形成的所述退切面(12A)具有偏心的或凸形的廓形。
5、一种铣刀(1，1A)，包括刀杆(3)和切削头(2)，所述切削头(2)具有少于500个的多个螺旋凹槽(5，5A)，每个凹槽的导端设置圆角，每个齿的在齿(8)的导面(9)与该齿(8)的退切面(11，12或12A)之间测得的齿楔角最小大约为60°。
6、根据权利要求5所述的铣刀(1，1A)，其中，每个凹槽具有双棘齿的形式，所述双棘齿的形式包括第一退切斜面(11)和邻接的第二退切斜面(12)。
7、根据权利要求6所述的铣刀(1，1A)，其中，所述第一面(11)和第二面(12)是平面，所述第一退切斜面(11)以第一角度被磨制，所述第二退切斜面(12)以大于所述第一角度的第二角度被磨制。
8、根据权利要求6或7所述的铣刀(1，1A)，其中，所述第一退切斜面(11)具有大约5°至7°的后角。
9、根据权利要求6-8中任一项所述的铣刀(1，1A)，其中，所述第二退切斜面(12)具有大约10°至15°的后角。
10、根据权利要求5所述的铣刀(1，1A)，其中，每个凹槽(5，5A)具有偏心的或凸形的退切面(12A)。
11、根据权利要求5-10中任一项所述的铣刀(1，1A)，其中，每个齿(8)包括具有正的径向前角的导面(9)。
12、根据权利要求5-11中任一项所述的铣刀(1，1A)，其具有少于60个凹槽(5，5A)。
13、根据权利要求5-12中任一项所述的铣刀(1，1A)，其中，每个齿(8)的楔角大于大约60°但小于大约90°。
14、根据权利要求13所述的铣刀(1，1A)，其中，当权利要求13引用权利要求6时，每个齿(8)的楔角为90°，并小于所述第一退切倾角且小于所述第二退切倾角。
15、根据权利要求5-14中任一项所述的铣刀(1，1A)，其中，每个齿(8)的楔角大约为76°。
16、根据权利要求5-15中任一项所述的铣刀(1，1A)，其中，所述刀(1，1A)具有16mm的直径，具有8-20个凹槽(5，5A)，并在每个凹槽(5，5A)的导端上具有1mm的半径。
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