CN101730601B - 具有角部凹进部的切削刀片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于加工工具的切削刀片，该切削刀片具有能够有效地控制在工件上产生的切屑的结构。根据本发明的切削刀片包括上表面、下表面、多个连接上表面和下表面的侧表面以及在其中心部分形成的中心孔，所述侧表面位于假想的多边形上。在该切削刀片中，一个平坦的支持面在所述上表面的最高部分上形成；多个侧切削刃部分在所述上表面和所述侧表面的边界部分形成，每个侧切削刃部分具有在其上端形成的侧切削刃；一个角部切削刃部分在两个相邻的侧切削刃部分的边界部分形成，该角部切削刃部分具有在其前端形成的切削刃；一刃棱面部分、一向下斜面、一角部底面、一第一向上斜面、一第一突出部、一第二向上斜面、一第二突出部、一向上开槽表面和所述支持面沿从角部切削刃指向所述中心孔的对角线顺序地在所述角部切削刃部分上顺序形成；并且，沿所述对角线，所述角部底面具有最小的高度。

Description

具有角部凹进部的切削刀片
技术领域
本发明涉及一种切削刀片(cutting insert)，更具体地，涉及一种具有能够在执行工件切削工艺时有效地控制在该工件上产生的切屑的结构的切削刀片。
背景技术
通常，加工工具用于诸如钻孔、铣削和车削之类的切削加工领域。在钻孔和铣削领域内，具有旋转特征的工具对于加工固定的和可移动工件是有用的。
相反地，用于车削加工的加工工具是固定的，且用于加工旋转中的工件。通常，加工工具包括刀架以及通过夹紧装置(clamping means)固定至刀架的安装面且与工件相接触的切削刀片。
当执行使用上述加工工具的车削加工时，由切削刀片在工件上产生的切屑应当被从旋转工件自然地分离和去除。如果在切削刀片和工件之间存在切屑，该切屑将影响旋转工件的表面。上述现象将被更详细地描述如下。
所产生的切屑的有效去除在很大程度上取决于用于有效地控制切屑的切削刀片的设计。优选地，通过以最少的能量消耗和有效的热消散使所产生的切屑变形、分裂(split)或断裂(break)成相对短的切屑，将所产生的切屑从切削区域转移。
为此，提供了一种具有适当成形的凹陷或凹槽的切削刀片，或者一种带有接近切削刃的突出部的切削刀片，所述切削刀片被设计为以最少的能量消耗和有效的热消散使切屑变形、分裂或断裂。
然而，由于切屑形成槽的具体形状以及切屑形成槽的不同部分之间的平滑过渡，切屑定向的有效控制取决于工具中切削刀片的定位。
在上述情况下，由于切削刀片以负前角(rake angle)定位在工具中，由切削刃形成的切屑将沿朝向而非远离工件的方向偏转。因此，工件和工具可能被切屑损坏。
特别地，为了加工产生难以控制(即，不易弯曲)的切屑的低碳钢(mild steel)，需要锯齿状的切削刀片。另外，需要可在低进给速度(feed rate)和大切削深度的加工情况下容易地去除切屑且使切削负荷最小化的切削刀片。
发明内容
因此，构思本发明以解决由加工工具的切削刀片的结构引起的前述问题，本发明的目的是提供一种用于加工工具的切削刀片，该切削刀片具有能够有效地控制在工件上产生的切屑的结构。
根据本发明的切削刀片包括上表面、下表面、多个连接上表面和下表面的侧表面以及在其中心部分形成的中心孔，所述侧表面位于假想的多边形上。在该切削刀片中，一个平坦的支持面(seatingsurface)在所述上表面的最高部分上形成；多个侧切削刃部分在所述上表面和所述侧表面的边界部分形成，每个侧切削刃部分具有在其上端形成的侧切削刃；一个角部切削刃部分在两个相邻的侧切削刃部分的边界部分形成，该角部切削刃部分具有一个在其前端形成的切削刃；一刃棱面(land)部分、一向下斜面、一角部底面、一第一向上斜面、一第一突出部、一第二向上斜面、一第二突出部、一向上开槽表面(upward grooved surface)和所述支持面沿从角部切削刃指向所述中心孔的对角线顺序地在所述角部切削刃部分上顺序形成；并且，沿所述对角线，所述角部底面具有最小的高度。
在此，第一突出部具有的高度小于角部切削刃的高度，而第二突出部具有的高度大于角部切削刃的高度。
在根据本发明的切削刀片中，侧切削刃从角部切削刃处开始重复地下降和上升，使得侧切削刃具有其中凸起部分和凹陷部分交替布置的锯齿状外形。
所述侧切削刃的凸起部分和凹陷部分从侧切削刃向内延伸，并且接着其的是在侧切削刃部分上顺序地布置的一刃棱面部分、一向下斜面、一侧底面和一向上开槽表面。
邻近角部切削刃的凹陷部分具有布置在向上开槽表面的前面的一向上斜面和一延伸突出部，该延伸突出部从第二突出部平行于侧切削刃延伸，并且其具有的高度小于第二突出部的高度。
一角部隆脊(ridge)在角部切削刃和邻近该角部切削刃的凹陷部分的边界处形成，该角部隆脊具有的高度等于或小于侧切削刃的高度，且大于角部底面的高度。
有益效果
根据本发明的具有上述结构和功能的切削刀片可在低进给速度和大切削深度的加工情况下有效地控制切屑并且使切削负荷最小化。
另外，由于侧切削刃部分具有锯齿状的外形，在与侧切削刃部分接触的工件的切削表面上产生的细薄切屑可皱起，从而该皱起的切屑可容易地断裂。
附图说明
当结合附图考虑时，本发明的上述和其他特征及优点通过参考以下详细描述将易于变得显而易见，附图中：
图1和图2是根据本发明的切削刀片的立体图和平面图；
图3是一个角部切削刃部分的局部立体图；
图4是沿图3中的线A-A所取的截面图；
图5是沿图3中的线B-B所取的截面图；
图6是沿图3中的线C-C所取的截面图；
图7是显示通过根据本发明的切削刀片的角部切削刃部分切削工件的状态的视图；以及
图8是显示通过根据本发明的切削刀片的侧切削刃部分切削工件的状态的视图。
具体实施方式
在下文中，参考附图详细地描述本发明。
图1和图2是根据本发明的切削刀片的立体图和平面图，并且显示了具有能够有效地控制在工件上产生的切屑的结构的切削刀片。
切削刀片100包括上表面1、下表面和侧表面2，四(4)个侧切削刃部分110、120、130和140中的每个在上表面1(或下表面)和侧表面2之间的相交处形成。另外，四(4)个角部刃部分210、220、230和240中的每个在两个相邻的侧刃部分之间的相交处形成。中心孔在刀片的中心部分形成。
作为一个例子，切削刀片100是具有某一成角度(angled)菱形形状的等边平行四边形构件。也即，如图2所示，切削刀片100的一个侧表面2与相邻的侧表面成一定的角度(锐角)。
切削刀片100的上表面1和下表面被形成为具有大致平面的支持面1A。优选地，该支持面1A突出高于角部切削刃部分210、220、230和240，且位于最高平面(level)。当切削刀片100被安装在切削工具上时，该支持面1A用作刀片支承面。
如上所述构造的切削刀片100的侧切削刃部分110、120、130和140以及角部切削刃部分210、220、230和240的详细结构在下文描述。在下文的描述中，为了方便起见，示出了一个侧切削刃部分130和一个角部切削刃部分230作为一个例子。
角部切削刃部分
根据本发明的切削刀片100的角部切削刃部分210、220、230和240具有相同的构造。图3是图2中“X”部分的局部立体图，且示出了一个角部切削刃部分230的结构。
并且，图4是沿图2以及图3中的线A-A所取的截面图，并且示出了一个角部切削刃部分230的截面。
形成在两个相邻的侧切削刃部分130和140的相交部分的角部切削刃部分230具有在其前端形成的角部切削刃231。具有一定宽度的刃棱面部分232和角部底面234在角部切削刃231内侧的上表面上顺序地形成。角部底面234的高度比角部切削刃231的高度小，并且刃棱面部分232和角部底面234通过在其间形成的向下斜面233连接。
具有一定宽度的第一突出部236在角部底面234内侧朝向刀片中心孔形成。第一突出部236的高度大于角部底面234的高度，但小于角部切削刃231的高度。另一方面，第一突出部236和角部底面234通过第一向上斜面235连接。
具有一定宽度的第二突出部238在第一突出部236的向内侧形成。第二突出部236的高度大于角部切削刃231的高度。第二向上斜面237连接第一突出部236和第二突出部238。连接至支持面1A的向上开槽表面239在第二突出部238的向内侧形成。
在此，刃棱面部分232、向下斜面233、角部底面234、第一向上斜面235、第一突出部236、第二向上斜面237、第二突出部238和向上开槽表面239顺序地布置在横跨角部切削刃231和切削刀片100的中心部分的对角线上。
侧切削刃部分
在上表面1和侧表面2之间的相交处形成的侧切削刃部分130具有沿其整个长度形成的锯齿状外形。
也即，凸起部分和凹陷部分沿上述整个长度交替地在侧切削刃部分130的上表面上形成。侧切削刃的锯齿状通过在侧切削刃部分130的上侧上形成的凸起部分和凹陷部分获得。
上述侧切削刃部分130的详细构造被描述如下。
图5是沿图2中的线B-B所取的截面图，且示出了在侧切削刃部分130上形成的凹陷部分。并且，图6是沿图2中的线C-C所取的截面图，且示出了在上述侧切削刃部分上形成的凸起部分。
侧切削刃从角部切削刃231处开始重复地下降和上升，因此侧切削刃部分130具有其中凹陷部分130-1和凸起部分130-2被重复地布置的锯齿状外形。
如图5和图6所示，侧切削刃131-1、131-2在凹陷部分130-1和凸起部分130-2的端部形成。在凹陷部分130-1中，刃棱面部分132-1、向下斜面133-1、侧底面134-1和向上开槽表面135-1被顺序地布置在侧切削刃131-1和支持面1A之间。同样，在凸起部分130-2中，刃棱面部分132-2、向下斜面133-2、侧底面134-2和向上开槽表面135-2被顺序地布置在侧切削刃131-2和支持面1A之间。
在此，凸起部分130-2的侧底面134-2的宽度大于凹陷部分130-1的侧底面134-1的宽度。而且，如图5和图6所示，凹陷部分130-1的侧切削刃131-1的高度小于角部切削刃的高度(图5中以虚水平线表示)，并且凸起部分130-2的侧切削刃131-2的高度等于角部切削刃的高度(图6中以虚水平线表示)。
在凹陷部分130-1——一个邻近角部切削刃231的凹陷部分——中，还包括布置在向上开槽表面135-1的前面的向上斜面136-1和延伸突出部137-1。在此，延伸突出部137-1从角部切削刃部分230的第二突出部238平行于侧切削刃131-1延伸。然而，延伸突出部137-1的高度小于第二突出部238的高度。
另一方面，角部隆脊240在角部切削刃231和邻近角部切削刃231的凹陷部分130-1的边界处形成。在此，每个角部隆脊240从侧切削刃131-1处向内延伸，且其具有的高度等于或小于凹陷部分130-1的侧切削刃131-1的高度并大于角部底面234的高度。
在此，优选地，角部隆脊240朝向角部切削刃部分230的第一突出部236延伸，但并不到达第一突出部236，使得在角部隆脊240和第一突出部236之间形成间隙。
下面，参考附图阐述如上文所述的根据本发明的切削刀片的功能。
在角部切削刃部分(例如，图3中的230)上，封闭状的凹进部(recess)由角部切削刃231-1、邻近该角部切削刃的向下斜面233、角部底面234、沿对角线延伸至切削刀片的中心的第一突出部236和从角部切削刃231-1的端部朝向第一突出部236延伸的角部隆脊240形成。由于上述结构，可在小切削深度的情况下有效地控制切屑并且使切削负荷最小化，使得切削刀片的寿命可增加。优选地，此时，第一突出部236具有的高度比角部底面234的高度大0.01mm到0.05mm。
沿切削刀片的对角线方向延伸且具有的高度大于第一突出部236的高度的第二突出部238邻近于第一突出部236布置。因此，可有效地控制在大切削深度的情况下在第一突出部236上不能控制的切屑。如上所述，第二突出部238具有的高度比角部切削刃231的高度大，优选地大0.02mm到0.10mm。
带状的角部隆脊240从角部切削刃231终止的点或该点附近的点沿切削刀片的向内方向延伸。这些角部隆脊240与第一突出部236相结合形成一个封闭的凹进区域。由于这个凹进区域，在小切削深度的情况下可有效地控制切屑。而且，即使具有稍长的长度的切屑被移到非主动(non-active)切削刃，也可辅助地在远离主动切削刃的方向上控制切屑。
角部隆脊240具有的高度等于或大于或小于角部切削刃231的高度，优选地比角部切削刃231的高度大或小0.05毫米或更少。如果角部隆脊240的高度过小，在小切削深度的情况下会变得难以使切屑断裂成具有合适长度的切屑碎片。相反地，如果角部隆脊240的高度过大，切屑会过度断裂而导致产生振动。
在此，角部隆脊240终止于在第一突出部236前面的角部底面234的一点处，以在该角部隆脊240和第一突出部236之间形成一狭小间隙。由于这个间隙，切削刀片和切屑的热量可有效地散逸，并且作为振动产生的一个因素的切削负荷可被限制到最低程度。
在一个与角部切削刃231间隔开的位置，具有一定长度的延伸突出部137-1与第二突出部238邻近，且平行于侧切削刃131-1或与该侧切削刃成一角度地延伸。延伸突出部137-1具有的高度比第二突出部238的高度小，且等于侧切削刃238的高度或比侧切削刃238的高度大大约0.05mm。
即使在低进给速度下进行加工，在大切削深度的情况下，也难以仅通过形成在角部切削刃部分210、220、230和240上形成的切屑控制结构来有效地控制切屑，因此在侧切削刃部分110、120、130和140上形成的切屑控制结构变得更加重要。
在低进给速度的情况下，需要将向上开槽表面135-1、135-2布置在最接近于侧切削刃131-1、131-2之处。然而，在这种状态下，由于向上开槽表面135-1(或135-2)和侧切削刃131-1(或131-2)之间的大高度差，在切屑上产生过大的剪应力，而切削负荷因该剪应力而增加，以致产生振动。
相应地，通过在靠近角部切削刃131-1、131-2的位置形成具有与角部切削刃131-1、131-2的高度相同或相近的高度的附加延伸突出部以便获得与向上开槽表面135-1、135-2的功能类似的功能但具有相对较小的高度，在低进给速度和大切削深度的加工情况下，可有效地控制切屑和使切削负荷最小化。
图6是示出了通过具有上述结构的切削刀片100的角部切削刃部分(例如210)加工工件W的状态的视图。
图7是示出了在如图7所示的通过切削刀片100的角部切削刃部分210执行的切削工艺完成后，通过切削刀片100的一个侧切削刃部分(例如120)切削工件W的外表面以进行最终切削步骤的状态的视图。
在切屑不易断裂的低碳钢的外面车削(external face turning)和外圆车削(external turning)的情况下，根据本发明的具有上述锯齿状侧切削刃部分的切削刀片100是有效的。
尽管参照其优选实施方案描述了该优选实施方案，但应理解的是，本领域技术人员可以设计出多种落入本公开内容原理的精神和范围内的其它改型和实施方案。更具体而言，在本公开内容、附图和所附权利要求的范围内，主题组合装置(subject combination arrangement)的组成部分和/或布置上的各种变体和改型是可能的。除了组成部分和/或布置上的变体和改型外，替代性的使用对本领域技术人员来说也是明显的。

Claims (7)

1.一种切削刀片，该切削刀片包括上表面、下表面、多个连接所述上表面和下表面的侧表面以及在其中心部分形成的中心孔，所述侧表面位于假想的多边形上，其中：
一个平坦的支持面在所述上表面的最高部分上形成；
多个侧切削刃部分在所述上表面和所述侧表面的边界部分形成，每个侧切削刃部分具有在其上端形成的侧切削刃；
一个角部切削刃部分在两个相邻的侧切削刃部分的边界部分形成，该角部切削刃部分具有在其前端形成的切削刃；
一刃棱面部分、一向下斜面、一角部底面、一第一向上斜面、一第一突出部、一第二向上斜面、一第二突出部、一向上开槽表面和所述支持面沿从角部切削刃指向所述中心孔的对角线顺序地在所述角部切削刃部分上顺序形成；并且
沿所述对角线，所述角部底面具有最小的高度，
其中所述侧切削刃从所述角部切削刃处开始重复地下降和上升，使得所述侧切削刃具有其中凸起部分和凹陷部分交替布置的锯齿状外形。
2.根据权利要求1所述的切削刀片，其中所述第一突出部具有的高度小于所述角部切削刃的高度，所述第二突出部具有的高度大于所述角部切削刃的高度。
3.根据权利要求1所述的切削刀片，其中所述侧切削刃的凸起部分和凹陷部分从所述侧切削刃向内延伸，并且接着其的是在所述侧切削刃部分上顺序地布置的一刃棱面部分、一向下斜面、一侧底面和一向上开槽表面。
4.根据权利要求3所述的切削刀片，其中所述凸起部分的所述侧底面具有的宽度大于所述凹陷部分的所述侧底面的宽度。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的切削刀片，其中邻近所述角部切削刃的凹陷部分具有布置在所述向上开槽表面的前面的一向上斜面和一延伸突出部，该延伸突出部从所述第二突出部平行于所述侧切削刃延伸，并且其具有的高度小于所述第二突出部的高度。
6.根据权利要求3或权利要求4所述的切削刀片，其中一角部隆脊在所述角部切削刃和邻近该角部切削刃的凹陷部分的边界处形成，该角部隆脊具有的高度等于或小于所述侧切削刃的高度，且大于所述角部底面的高度。
7.根据权利要求6所述的切削刀片，其中所述角部隆脊朝向所述第一突出部延伸，但不到达所述第一突出部，以在所述角部隆脊和所述第一突出部之间形成间隙。
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