CN101878084A - 包括硬质合金的旋转去毛边器 - Google Patents

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CN101878084A CN200880117980.6A CN200880117980A CN101878084A CN 101878084 A CN101878084 A CN 101878084A CN 200880117980 A CN200880117980 A CN 200880117980A CN 101878084 A CN101878084 A CN 101878084A
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戴维·J·佩恩
X·D·范格
戴维·J·威尔斯
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Abstract

一种包括用于从工件去除材料的硬质合金的旋转去毛边器(100)，包括柄和工作部分。工作部分的表面包括多个右手螺旋取向的沟槽(120)，该沟槽在工作部分上限定多个切削齿(110。由右手沟槽限定的多个切削齿的每一个包括前面(116)、后面(118)、梢部(114)和正前面角度，并且没有与齿梢部相邻并在工作部分周边上的径向刃厚(land)。

Description

包括硬质合金的旋转去毛边器
技术领域
本公开涉及一种用于去毛边和/或精加工物品的刀具。更具体，本公开涉及用于从由例如金属、金属合金或者某些非金属材料构成的物品去除材料的硬质合金旋转去毛边器。
背景技术
由硬质合金形成的旋转去毛边器是已知的，并通常用于研磨和抛光金属和金属合金的物品。旋转去毛边器能够以各种形状、大小和研磨剂纹理应用，其取决于刀具意在的应用。金属和金属合金可以被焊接、模制、铸造、修整、切削、钻削、剪切或者机加工，并且这些技术通常在金属物品上产生称作“毛边”的粗糙边缘或者小的突起。精加工所述边缘以及去除突起的工艺通常称作“去毛边”并可以通过使用由机床驱动而旋转的旋转去毛边器而执行。除了去毛边之外，旋转去毛边器同样可以用于例如凹印、产生图案和刀具以及模具和小部件的边缘精加工的技术。
旋转去毛边器与其它旋转切削刀具的类似之处在于，所有这些刀具都是从工件去除材料。但是，旋转(也就是，旋转驱动)切削刀具典型地修改机加工的工件的功能性几何结构。相反，旋转去毛边器用于精加工操作，一般不会改变去毛边或者精加工的特征的功能性几何结构。
制造旋转去毛边器的传统工艺是熟知的，包括在模具中捣实包括硬颗粒和粉末粘结材料的冶金粉末混合物以形成生坯，其中所述硬颗粒一般为或者包括过渡金属碳化物颗粒。生坯然后在低于粉末熔化温度的温度下烧结以将粉末颗粒结合并冶金地粘结在一起。烧坯是具有大致均匀的整体结构的硬质合金刀具坯件，包括嵌入在连续相的粘合剂中的硬颗粒。在烧结之后，刀具坯件可以被适当地研磨和/或机加工以在刀具的工作部分或者“去毛边头”上包括一系列螺旋取向的凹槽或“沟槽”。在沟槽之间限定的突起区域提供切削齿，该切削齿被适当地机加工以包括尖锐的切削刃。其它特征也可以被磨削或者机加工到刀具坯件上以提供用于特定的意在应用的期望的刀具几何结构。
在此所用的“硬质合金”是指一类耐磨损的难熔材料，其包括间断相，该间断相包括通过连续相的韧性金属或金属合金粘结剂材料粘结在一起或者接合的硬质合金颗粒。常见的硬质合金材料包括嵌入在钴粘结剂中的碳化钨颗粒。但是，如现有技术中已知的，存在许多可能的颗粒和粘结剂的组合，并且特定的组合和相浓度将更好得适用于特定的应用。传统地用于硬质合金的碳化物颗粒包括例如金刚砂和周期表的族IVB、VB和VIB的某些过渡金属的碳化物，例如碳化钨(WC)、碳化钛(TIC)、碳化钽(TaC)、碳化铌(NbC)及其组合。已知的传统地用于硬质合金的粘结剂材料的例子包括钴、钴合金、镍和镍合金。硬质合金对于机加工领域的普通技术人员来说是熟知的，因此，在此就不必更详细地讨论这些材料了。
旋转去毛边器的几何结构(形状)能够通过许多功能特征进行描述，包括沟槽深度、沟槽间隔、沟槽同心度、螺旋角、齿廓以及齿几何结构。直到大约20世纪80年代中期，大多数硬质合金旋转去毛边器是通过利用非CNC技术磨削的以提供期望的沟槽和齿廓。由于CNC技术适用到其它应用中，磨床变得能够在由硬质合金形成的旋转去毛边器坯件中磨削出复杂的沟槽和齿廓。CNC磨削去毛边器在整个刀具几何形状上和在齿廓上提供一致的公差，从而允许精加工和去毛边的表面和边缘具有明显改善的质量。
存在越来越多的来自航空行业和其它技术密集型行业的对机加工和精加工被认为是难以机加工的金属材料的有效技术的需求。难以机加工的材料的例子包括钛及其合金、适于用于非常高温环境的某些合金以及某些特殊材料。这些材料不断用于例如现代飞行器中的制造产品，其要求具有增强的强度和高耐热性的更轻的部件。因此，对于研发能够有效率地且成本有效地机加工难以机加工的材料的改进的刀具存在迫切且仍未满足的需求。特别地，存在研发这样的旋转去毛边器的需求，即该去毛边器能够更加有效率且成本有效地去毛边和精加工钛及其合金以及其它难以机加工的材料。本公开的目的是提供一种改进的硬质合金旋转去毛边器，其可以用于更有效率和成本有效地去毛边和机加工难以机加工的材料、其它金属、金属合金以及非金属材料。
发明内容
根据本公开的一个非限定的方面，包括改进的硬质合金的旋转去毛边器的实施例包括用于连接旋转去毛边器到机床的柄和工作部分。工作部分的表面包括多个右手螺旋取向的沟槽，所述沟槽限定适于从工件去除材料的多个切削齿。由右手凹陷限定的多个切削齿的每一个包括前面、后面和梢部，并具有正前面角(如在下文定义的)。由右手沟槽限定的多个切削齿的每一个没有在工作部分的周边上的与齿梢部相邻的径向刃厚(land)。本发明人意想不到地发现，具有该新颖设计的旋转去毛边器提供明显改善的切削性能和刀具耐磨损性，并允许以明显更加有效率和成本有效的方式机加工钛、钛合金以及其它难以机加工的合金。
根据包括根据本公开构造的硬质合金的旋转去毛边器的某非限定性实施例，旋转去毛边器是由单一的硬质合金材料制成。根据某些其它的非限定性实施例，根据本公开构造的旋转去毛边器至少包括第一材料的第一区域和第二材料的第二区域，其中第一和第二材料关于组分和/或至少一个属性不同。根据一个这样的非限定性实施例，第一区域包括工作部分，第二区域包括柄，该柄结合到或者连接到工作部分。在一个特定的非限定性实施例中，第一材料包括硬质合金，第二材料包括金属合金例如钢或者钨合金，所述柄通过焊接结合到工作部分。
根据包括根据本公开构造的硬质合金的旋转去毛边器的另一非限定性实施例，旋转去毛边器包括：包括工作部分的外部区域的第一区域；和包括工作部分的内部区域和柄的第二区域。在一个特定的非限定性实施例中，第一材料包括第一硬质合金，第二材料包括第二硬质合金。第一和第二硬质合金可以在任何期望的方面例如在组分方面和/或关于至少一个属性不同。硬质合金之间的可能的差异的例子包括硬颗粒和/或粘结剂的同一性的不同，硬颗粒和/或粘结剂的浓度的不同。
根据包括根据本公开构造的硬质合金的旋转去毛边器的另一非限定性实施例，旋转去毛边器包括柄和工作部分。工作部分的表面包括多个右手螺旋取向沟槽，并进一步包括多个左手螺旋取向沟槽。左右沟槽与右手沟槽在工作部分的表面相交，从而产生交叉影线图案，该图案限定多个由右手和左手沟槽的边界形成的离散的切削齿。每个切削齿包括前面、后面和梢部，并具有正前面角。每个切削齿同样没有在工作部分的周边上的与齿梢部相邻的径向刃厚。
根据包括根据本公开构造的硬质合金的旋转去毛边器的又另一非限定性实施例，旋转去毛边器包括用于附着旋转去毛边器到机床的柄和工作部分。工作部分至少包括第一硬质合金的外部区域。外部区域的表面包括多个在其上的右手螺旋取向沟槽，从而限定多个切削齿。每一切削齿包括前面、后面、梢部，并具有正前面角，并且在工作部分的周边没有径向刃厚。在某些非限定性实施例中，柄和至少工作部分的内部区域包括不同于第一硬质合金的第二硬质合金。在某些其它非限定性实施例中，旋转去毛边器的工作部分包括第一硬质合金，柄包括钢、钨合金或者其它金属合金的至少一种，并结合或者连接到工作部分。
包括根据本公开构造的硬质合金的旋转去毛边器的某些非限定性实施例在至少旋转去毛边器的工作部分的区域上可以包括单层或者多层表面涂层以提高刀具耐磨损性和/或性能特征。可能的表面涂层的例子包括化学蒸汽淀积(CVD)涂层、物理蒸汽淀积(PVD)涂层和金刚石涂层。
根据本公开的又另一方面，提供一种用于制造包括硬质合金的改进的旋转去毛边器的方法。该方法包括在至少一部分坯件上提供一系列的右手螺旋取向沟槽以提供旋转去毛边器的工作部分。布置在相邻的沟槽之间的工作部分的区域被机加工以在工作部分上提供一系列切削齿，其中每个切削齿包括正前面角并且在工作部分的周边上没有径向刃厚。
阅读者在考虑根据本公开的某些非限定性实施例的下面的详细描述时，将认识到前面的细节以及其它方面。阅读者还可以通过实施或者使用在此描述的主题理解某些额外的细节。
附图说明
在此描述的主题的特征和优点可以参照附图进行更好的理解，其中：
图1是传统的硬质合金旋转去毛边器的一个实施例的示意性截面视图，该去毛边器包括具有负前面角的齿，其中该截面是沿着旋转去毛边器的工作部分的长度并且与刀具的旋转轴成直角地大致从中间剖开的；
图2(a)和2(b)是示出传统的硬质合金旋转去毛边器的实施例的齿廓的示意性截面视图；
图3是传统的硬质合金旋转去毛边器的另一个实施例的示意性截面视图，其中该截面是沿着旋转去毛边器的工作部分的长度并且与刀具的旋转轴成直角地大致从中间剖开的；
图4是传统的硬质合金旋转去毛边器的又另一实施例的示意性截面视图，该去毛边器包括具有正前面角的齿和围绕工作部分周边的径向刃厚，其中该截面是沿着旋转去毛边器的工作部分的长度并且与刀具的旋转轴成直角地大致从中间剖开的；
图5(a)和5(b)分别是示出具有大致“树形状”的工作部分的可商购的硬质合金旋转去毛边器的工作部分的截面和侧视图的图片；
图6(a)和6(b)分别是示出具有大致“树形状”的工作部分的另一可商购的硬质合金旋转去毛边器的工作部分的截面和侧视图的图片；
图7(a)和7(b)分别是示出具有大致圆柱形工作部分的可商购的硬质合金旋转去毛边器的工作部分的截面和侧视图的图片；
图8(a)和8(b)分别是示出具有大致圆柱形工作部分的另一可商购的硬质合金旋转去毛边器的工作部分的截面和侧视图的图片；
图9是根据本公开构造的旋转去毛边器的实施例的示意性截面视图，该去毛边器包括具有正前面角并且在工作部分的周边没有径向刃厚的齿，其中该截面是沿着旋转去毛边器的工作部分的长度并且与刀具的旋转轴成直角地大致从中间剖开的；
图10(a)和10(b)分别是根据本公开构造并具有大致圆柱形工作部分的旋转去毛边器的另一实施例的示意性立视图和示意性透视图；
图11(a)是通过图10(a)和10(b)的旋转去毛边器的工作部分的示意性截面视图，图11(b)示出图11(a)所示的截面的圆圈部分B的放大的细节；
图12(a)和12(b)分别是根据本公开构造的并且具有大致圆柱形工作部分的旋转去毛边器的另一个实施例的示意性立视图和示意性透视图；
图13示出根据本公开构造的旋转去毛边器的工作部分的构型的数个可能的非限定性例子；
图14(a)-14(c)是根据本公开构造的并具有大致锥形的工作部分的旋转去毛边器的另一非限定性实施例的示意性视图；
图15(a)-15(d)是根据本公开构造的并具有大致圆柱形工作部分的旋转去毛边器的另一非限定性实施例的示意性视图，该工作部分包括通过相交的右手和左手沟槽形成的交叉影线齿图案；
图16(a)-16(d)是根据本公开构造并包括沿着大致圆柱形工作部分的沟槽间隔开的碎屑断裂器结构的旋转去毛边器的另一非限定性实施例的示意性视图；
图17(a)-17(d)是根据本公开构造的旋转去毛边器的两个非限定性实施例的示意性视图，其中该实施例包括不同材料的区域；
图18(a)和18(b)是根据本公开构造的旋转去毛边器的非限定性实施例的图片；
图19(a)和19(b)是根据本公开构造的旋转去毛边器的另一非限定性实施例的图片；以及
图20(a)和20(b)是表示比较根据本公开构造的硬质合金旋转去毛边器的实施例和可商购的硬质合金旋转去毛边器的性能的测试结果的图表。
具体实施方式
在非限定性实施例的本描述中以及在权利要求中，除了在操作例子中或者另有说明之外，表示数量或者成分和产品的特征、处理条件等的所有数字都应理解为在所有情况下被术语“大约”修饰。相应地，除了另有相反说明，在下面的描述中以及所附权利要求中提出的任何数字参数都是近似值，其在本公开描述的主题中可以根据技术人员寻求获得的期望属性而变化。不太可能并且也不是试图限制权利要求范围的等效物的原理的应用，每个数字参数应当至少根据报告的有效位数和通过应用一般的取整技术而进行理解。
本公开涉及包括硬质合金的旋转去毛边器的改进设计。如现有技术中已知的，旋转去毛边器通常包括可以涂覆或者非涂覆的硬的金属基底。机加工领域的普通技术人员熟悉各种硬质合金并且可以容易地确定它们用于根据本公开构造的旋转去毛边器的适合性。提供改进的耐磨损性和/或其它期望属性的涂层可以通过传统的涂覆技术施加到基底，所述传统的涂覆技术包括例如化学蒸汽淀积(CVD)、物理蒸汽淀积(PVD)或者金刚石涂覆技术。
根据本公开构造的旋转去毛边器的实施例的方面将通过与图1的这些刀具进行比较而得以理解，图1是沿着传统的硬质合金旋转去毛边器的实施例10的工作部分的长度并且与该实施例10的转动轴成直角的大致从中间剖开的示意性截面视图。如在此所用的，旋转去毛边器的“工作部分”是已经被研磨或者机加工来包括切削齿的刀具的区域。工作部分还可以称作例如刀具的“去毛边头”。虚线12表示已经在一端磨削以形成旋转去毛边器10的工作部分的刀具坯件的原周边。旋转去毛边器10的转动轴表示为点P，该刀具进一步包括限定齿16的沟槽14。每个齿16包括前面17、梢部18和后面13，该后面13形成过渡到相邻齿的接着的前面17的弧19。应当理解，图1所示的截面示出通过个别齿16的截面，该齿沿着旋转去毛边器10的工作部分的表面延伸一段距离并呈现为限定在相邻的右手螺旋取向沟槽14之间的“脊”。
进一步参照图1，每个齿16具有包括前面角的轮廓。如在此所限定的，齿的前面角可以通过考虑垂直于刀具的旋转轴剖开的通过齿的截面而进行评估，并且是在截面的平面中画出的在齿梢部开始并沿着齿的前面通过的第一直线与在截面的平面中画出的连接齿梢部和旋转轴P的第二直线之间的角度。特别地，参照图1，前面角是直线x和y之间的角度Φ。如图1的现有技术的实施例所示，如果前面角小于零度(也就是，在截面的平面中从直线x到直线y围绕齿梢部转动的方向是逆时针方向的)，那么齿廓被认为是具有“负”前面角，因此为“负”前面角几何结构。根据本公开，除了包括负前面角之外，如图1所示的传统的旋转去毛边器设计的明显特征是它在工作部分的周边12没有刃厚。相反，每个齿16包括要么尖锐(也就是，点状末端)要么圆滑以具有小的半径的梢部18。圆滑梢部的小的半径可以是由施加到梢部的边缘处理或者珩磨产生，或者可以简单地通过与在工作部分形成齿的工艺相关的制造公差产生。
图2(a)和2(b)是传统的硬质合金旋转去毛边器的其它实施例的齿轮的示意性视图。参照图2(a)，齿20具有负前面角Φ，其限定为直线x和直线y之间的负角度。直线x是在截面平面中从齿梢部22开始并沿着齿20的第一表面24画出的。直线y(虚线)是在截面平面中在齿梢部22和刀具的旋转轴(未示出)之间画出的。直线x被画出所沿着的该第一表面具有长度L，如图2(a)所示。尽管每个齿20的前面还具有第二表面26，该第二表面延伸到弧28，画出以确定前面角的直线x是沿着第一表面24画出的，因为每个齿20的这个区域确定切线边缘的尖锐度并表明在去毛边或者其它精加工操作过程中刀具进入工件的切削效果。这样，齿20的前面角在图2(a)中为负角度Φ。这是事实，即使如图2(a)所示，从第二表面26的起始点开始并沿着第二表面26画出的直线z和直线y之间的角度是正角度β(也就是，从直线z到直线y的方向是顺时针方向的)。
图2(b)示出具有负前面角的另一传统的旋转去毛边器齿廓。在图2(b)中的前面角Φ是在直线x和y之间的负角度。直线x是在截面平面中从齿梢部32开始并沿着齿30的第一表面34画出的。直线y(虚线)是在截面平面中在齿梢部32和刀具的转动轴(未示出)之间画出的。第一表面34具有长度L，如图2(b)所示。除了第一表面34之外，每个齿30的前面还包括第一弧36，其在第一表面34的后面，并延伸到第二弧38。齿30的前面角是负角度Φ，即使，如图2(b)所示，直线z(从第一弧36的起始点开始并沿着第一弧36的切线画出的直线)和直线y之间的角度是正角度13。给定第一弧36的切线方向，如图2(b)所示的正角度13大于如图2(a)所示的正角度13。
图3是沿着另一传统的硬质合金旋转去毛边器实施例40的工作部分并与该实施例的转动轴成直角的大致从中间剖开的示意性截面视图，示出由沟槽44限定的在旋转去毛边器40的圆周周围的齿46的轮廓。虚线42是坯件的原周边，旋转去毛边器40由该坯件磨削而成。关于去毛边器40的截面示出的每个齿46包括梢部41、在齿前面48和齿后面49之间的径向刃厚47，并且每个径向刃厚47接近圆柱形坯件的原周边42，其中刀具由该坯件磨削而成。利用从圆柱轴P开始到相邻齿梢部41的直线y和从齿梢部41开始并沿着前面48的表面画出的直线x，可以明白，每个齿的前面角Φ是负角度，因为对于特定的齿从直线x到直线y的旋转方向是逆时针方向的。已经观察到，在工作部分的周边周围具有径向刃厚的硬质合金旋转去毛边器的限制在于，在刃厚部和工件之间的严重的摩擦明显增大从难以机加工的材料的物品去毛边或者去除材料所需的力。
图4是通过传统的硬质合金旋转去毛边器的另一个实施例50的工作部分并与该实施例的转动轴成直角的大致从中间剖开的示意性截面视图，该去毛边器包括在坯件的原周边52周围的径向刃厚51，刀具是由所述坯件磨削而成。刃厚51是与齿梢部57相邻并且在每个齿56的前面53和后面55之间。利用从圆柱轴P开始到相邻齿梢部57画出的直线y和从齿梢部57开始并沿着前面53的表面画出的直线x，应当明白，每个齿56的前面角Φ是正角度，因为对于特定齿从直线x到直线y的转动方向是顺时针方向的。尽管旋转去毛边器50具有正前面角Φ，相信刀具仍然不能用于有效地对难以机加工的材料去毛边，因为在径向刃厚51和工件之间将产生实质性的摩擦。相反，在涉及钛、钛合金、某些高温合金、各种特殊合金以及其它难以机加工的材料的工件的场合，工件将决定在去毛边操作过程中产生的力。
注意到长期需求研发出一种可以用于有效率且成本有效地对难以机加工的材料去毛边的旋转去毛边器设计，本发明人研究了各种可商购的硬质合金旋转去毛边器的齿廓。这些可商购的旋转去毛边器的各例子示出在图5-9中。这些附图的每一个包括(a)通过刀具的工作部分的中间点的截面的端视图的图片和(b)该刀具的工作部分的侧面立视图，其中所述截面是在与刀具转动轴成大致直角剖开的。图5(a)和5(b)示出可商购的硬质合金旋转去毛边器，该去毛边器具有带大致“树形状”轮廓并且长度为6.35毫米并且具有最大直径3.18毫米的工作部分。图6(a)和6(b)示出另一可商购的硬质合金旋转去毛边器，该去毛边器同样具有带大致“树形状”的轮廓的工作部分，其中该工作部分长度为15.88毫米并具有最大直径6.35毫米。图7(a)和7(b)示出又另一可商购的硬质合金旋转去毛边器，该去毛边器具有大致圆柱形的工作部分，该工作部分长度为12.27毫米，直径为6.35毫米。图8(a)和8(b)示出再另一可商购的硬质合金旋转去毛边器，该去毛边器具有大致圆柱形的工作部分，该工作部分长度为14.29毫米，直径为3.18毫米，并且其中具有左手螺旋取向的一系列沟槽与具有右手螺旋取向的一系列沟槽相互交叉从而在它们之间产生限定离散的切削齿的交叉影线图案。本发明人观察到，前述的每个可商购的旋转去毛边器包括限定工作部分齿廓的一系列右手沟槽，该齿廓要么具有(1)正前面角并包括在工作部分周边周围的径向刃厚；要么具有(2)负前面角并且没有径向刃厚。
本发明人调查了不是由前述的可商购的旋转去毛边器所代表的替代的旋转去毛边器设计，并且他们评估替代设计是否明显改善刀具机加工难以机加工的材料的能力。基于该调查，本发明人意外地反显一种独特的旋转去毛边器设计能够用于非常有效率并且成本有效地对钛、钛合金、某些高温合金以及其它难以机加工的材料去毛边，所述设计包括具有正前面角并且没有与齿梢部相邻并布置在工作部分的周边上的径向刃厚的齿。发明人相信，具有这样的设计的旋转去毛边器不是并且尚未能够商购或者以其它方式已知。本发明人确定，与在此描述的独特设计不同，具有正前面角并包括与齿梢部相邻并且在工作部分的原周边上或者附近的刃厚的可商购的旋转去毛边器只能是在当对非铁材料以及并非传统地认为是难以机加工的其它材料进行去毛边或者精加工时才有效。
图9示意性地示出通过根据本公开构造的旋转去毛边器100的一个非限定性实施例的工作部分的大致从中间剖开的截面视图，该旋转去毛边器100包括齿110，该齿具有正前面角，没有与齿梢部相邻且在旋转去毛边器100的工作部分的周边上的刃厚。旋转去毛边器100可以由例如硬质合金构成。每个齿110的梢部114要么具有尖锐的轮廓(如图9所示)，要么通过相对小的半径而变得圆滑。虚线112是硬质合金坯件的原圆柱周边，旋转去毛边器100是由该坯件磨削而成。每个齿110包括前面116和后面118。每个齿后面118止于齿110的底部处的120并过渡到相邻的齿110。前面角Φ是在直线y和直线x之间的正角度，该直线y是在截面平面内在齿梢部114和圆柱轴P之间画出的，该直线x是在截面平面内从齿梢部114开始并沿着前面116的平面画出的。前面角Φ是正的，因为对于特定齿，从直线x到直线y的旋转方法是顺时针方向的。
根据本公开构造的旋转去毛边器的几何机构、尺寸、形状、组分以及意在的应用可以变化。例如，图10(a)和10(b)示意性地示出根据本公开构造的旋转去毛边器200的另一非限定性实施例，该旋转去毛边器据哟大致圆柱形的工作部分202和用于连接旋转去毛边器200到机床的并203。在某些实施例中，旋转去毛边器200可以由一块结实的硬质合金坯件制造而成。或者，旋转去毛边器200可以由两部分制造而成，其中工作部分202是由第一硬质合金制成，柄203是由第二硬质合金、金属或者金属合金制成并且结合或者连接到工作部分202。在某些实施例中，例如，柄可以由钨合金或钢制成，并且通过焊接结合到工作部分202。
旋转去毛边器200的工作部分202的表面包括一系列的右手螺旋取向的沟槽204，该沟槽可以是关于表面均匀或者非均匀分布的。如在此所用的，“右手”取向是指当一个人沿着沟槽从工作部分的底部移动到顶部时沟槽沿着工作部分从左到右通过。“左手”取向是指当一个人沿着沟槽从工作部分底部移动到顶部时沟槽沿着工作部分从右到左通过。在任一情形下，工作部分的“底部”和“顶部”都是关于刀具的立面方向确定的，例如图10(a)所示的立面取向，“底部”是相对于柄的近端，“顶部”是相对于柄的远端。沟槽204可以是一致或非一致的几何结构。旋转去毛边器200的工作部分202具有6毫米的直径和12毫米的长度，柄203具有4毫米的直径和15毫米的长度。去毛边器200具有大约38度的沟槽角度，该角度是限定在位于沟槽204方向的直线z和旋转去毛边器200的旋转轴205之间的角度α。
图11(a)是在图10(a)的线C-C剖开的通过图10(a)和(b)的旋转去毛边器200的工作部分202的截面，其中P是转动轴的点，并且齿206是被呈现为通过沟槽204的截面。如图11(a)所示的截面的圆圈部分B示出在图11(b)的放大细节中。每个齿206包括梢部207、前面208、后(柄)面209和弧部分210，该弧部分延伸到相邻齿206的后面209中。梢部207可以是尖锐点或者具有小半径的圆滑鼻部，齿206没有与齿梢部207相邻的径向刃厚。如上面所解释的，齿的前面角是在从齿梢部开始并沿着前面的表面画出的第一直线和在齿梢部和圆柱轴的点之间画出的第二直线之间的角度。在图11(b)中，齿206的前面角是直线x和直线y之间的角度，其中直线x是从齿梢部207开始并沿着齿206的前面208画出的，直线y是在标志圆柱轴的点P(见图11(a))和齿梢部207之间画出的。在图11(b)中的前面角Φ为大约10度并且是正角度。弧210的半径为大约0.15毫米，该弧210也可以称作齿底部半径。
图12(a)和12(b)示意性地示出根据本公开构造的包括硬质合金的旋转去毛边器300的其它实施例。去毛边器300包括大致圆柱形的工作部分302和柄303。工作部分302的表面包括一系列右手螺旋取向的沟槽304，该沟槽可以关于表面均匀或者非均匀地分布，并可以具有一致或者非一致的几何结构。去毛边器300的工作部分302具有6毫米的直径和8毫米的长度，并且柄303具有4毫米的直径和15毫米的长度。去毛边器300具有限定在位于沟槽304方向的直线z和旋转去毛边器300的圆柱轴305之间的大约8度的沟槽角度α。这样，工作部分的长度和旋转去毛边器300的沟槽角度每一个都小于去毛边器200中的那些。根据本公开，旋转去毛边器300的齿具有正角度并且没有与齿梢部相邻且在工作部分周边上的径向刃厚。
根据本公开构造的包括硬质合金的旋转去毛边器可以具有用于旋转去毛边器的各种工作部分构型的任何一个。图13示出用于根据本公开构造的旋转去毛边器的工作部分构型的数种可能的非限定性例子。示出的工作部分的构型是球形、倒锥形具有球头的锥形、埋头孔、圆柱形、锥形、球形鼻部的圆柱形、椭圆形、树型构型以及火焰形状构型。用于旋转去毛边器的可能的其它工作部分构型将对于机加工领域的普通技术人员来说是熟知的。但是，在根据本公开构造的实施例中，旋转去毛边器的工作部分的齿具有正前面角并且没有与齿梢部相邻并布置在工作部分周边上的刃厚。应当理解，根据本公开的旋转去毛边器的工作部分的构型并不限于图13所示的那些构型，而是可以具有任何已知的或者研发的工作部分的构型。
图14(a)-14(c)示出根据本公开构造的具有大致锥形工作部分的包括硬质合金的旋转去毛边器的又另一实施例的视图。图14(a)是旋转去毛边器400的示意性侧面立视图，该去毛边器总的包括工作部分402和柄403沟槽405关于工作部分402的表面螺旋地布置。图14(b)是旋转去毛边器400的工作部分402的透视图。图14(c)是通过工作部分402的在线C-C剖开的示意性截面视图，其露出个别齿轮廓，并在虚线中示出圆柱形周边404，该周边在工作部分402的最宽区域处包围齿梢部。根据一个特定的非限定性实施例，工作部分402的最小直径是3毫米，工作部分的长度是12毫米，柄403的直径是4毫米，并且柄403的长度是15毫米。去毛边器400具有大约8度的沟槽角度α，该角度是在位于沟槽405的方向的直线z和旋转去毛边器400的转动轴407之间的角度。如图14(c)所示，每个齿405具有正前面角并且没有与齿梢部相邻的在工作部分的圆锥周边周围的径向刃厚。
根据某些根据本公开构造的旋转去毛边器的非限定性实施例，工作部分可以包括大致螺旋取向的沟槽，该沟槽横过右手和左手方向。包括与与右手螺旋取向沟槽交叉的左手螺旋取向沟槽以提供交叉沟槽图盘的旋转去毛边器可以改善旋转去毛边器的碎屑破坏性能，并且还可以在机加工工件上产生更粗糙表面的精加工。其它的左右交叉沟槽可以是包括例如具有正前面或者负前面轮廓的齿廓的任何一个。此外，其它左手螺旋取向交叉沟槽可以具有不同于右手螺旋取向沟槽的沟槽参数和/或齿几何结构。图15(a)-15(d)示意性地示出一个这样的非限定性实施例。图15(a)是包括硬质合金的旋转去毛边器500的示意性侧面立视图，该去毛边器总的包括圆柱形工作部分502和柄503。图15(b)是旋转去毛边器500的工作部分502的透视图。图15(c)和图15(d)是通过工作部分502的分别在线C-C和D-D处剖开的示意性截面视图，其在这些截面上露出个别齿廓。虚线507是沿着右手沟槽的螺旋路径，虚线509是沿着左手沟槽的螺旋路径。围绕在工作部分502的表面布置的一系列右手螺旋沟槽和一系列左手螺旋沟槽交叉以产生交叉影线设计，该设计限定由交叉的沟槽界定的多个离散的结实的切削齿511。根据本公开，在截面C-C(图5(c))和D-D(图5((d))中示出的齿廓具有正前面角并且没有与齿梢部相邻并且布置在工作部分502的圆柱周边上的刃厚。
根据本公开的具有正前面角并且没有与齿梢部相邻且在工作部分的周边上的径向刃厚的旋转去毛边器的某些非限定性实施例可以包括结合到由沟槽限定的齿廓的一系列碎屑断裂器。碎屑断裂器可以具有相同或者不同的构型。碎屑断裂器可以设置来促进碎屑破坏处理从而改善工艺控制。例如，图16(a)-16(d)示意性地示出一个这样的旋转去毛边器600的非限定性实施例，该去毛边器包括根据本公开构造的工作部分602和柄603，并包括沿着沟槽605间隔开的碎屑断裂器604。图16(b)是旋转去毛边器600的工作部分602的透视图。图16(c)和图16(d)是通过工作部分602分别在线C-C和D-D(在箭头方向)剖开的示意性截面视图，其在这些截面中露出个别齿廓以及相交的碎屑断裂器几何结构。根据本公开，在截面CC(图16(c))和D-D(图16(d))中示出的齿廓具有正前面角并且没有与齿梢部相邻并且布置在工作部分602的圆柱形周边的径向刃厚。
根据本公开构造的旋转去毛边器的某些实施例可以设计有包括不同材料的两个或更多的区域，所述材料可以是硬质合金或其它的材料。例如，两个或更多的区域可以包括组分不同的硬质合金或者可以具有不同等级的相同的硬质合金组分。例如，两个等级可以具有相同的组分，但是在粒径和/或其它的微结构特征方面不同。包括在不同区域中的硬质合金可以被选取以提供在所述材料被引入的特定区域中的期望的属性。
根据本公开构造的包括具有不同材料的区域的旋转去毛边器的某些非限定性例子示意性地示出在图17(a)-17(d)中。图17(a)示意性地示出以这种方式构造的旋转去毛边器700的一个非限定性实施例的立视图，该旋转去毛边器包括工作部分702和柄703。图17(b)示出通过旋转去毛边器700的纵轴C-C的截面视图。工作部分705的外部区域710，其包括沟槽706，是由具有大的粗糙度的第一硬质合金组成。工作部分702的内部720是由具有相对于第一硬质合金增强的强度的第二硬质合金材料组成。柄703组成第三区域，该区域可以由不同于第一和第二区域的材料的材料制成。例如，柄703可以由钢或钨合金形成，并结合(例如通过焊接)或者连接到工作部分702。根据本公开，旋转去毛边器700的工作部分702的齿具有正前面角并且没有与齿梢部相邻的且在工作部分702的圆柱周边上的径向刃厚。
图17(c)示意性地示出根据本公开构造的旋转去毛边器750的另一非限定性实施例的立视图，该去毛边器设计有由不同材料构成的多个区域。图17(d)示出通过去毛边器750的纵轴D-D的截面视图。工作部分752是由第一硬质合金材料构成的外层760和第二硬质合金材料的区域的组合，工作部分752的内芯770和柄753是由该第二硬质合金材料构成。工作部分752是由第一硬质合金材料构成的外层760和第二硬质合金材料的区域的组合，工作部分752的内芯770和柄753是由该第二硬质合金材料构成。在某些实施例中，第一硬质合金材料可以是具有相对于第一等级来说增强强度的等级。去毛边器750的工作部分752的齿具有正前面角并且没有与齿梢部相邻的在工作部分752的圆柱周边上的径向刃厚。
图18和19是根据本公开构造的包括硬质合金的旋转去毛边器的两个非限定性实施例的图片。图18(a)是具有直径为3毫米且长度为2.69毫米的球形工作部分的实施例的立视图。图18(b)是通过图18(a)所示的旋转去毛边器的工作部分剖开的截面，其中该截面是与旋转去毛边器的旋转轴成直角地剖开的。图19(a)是具有最大直径3毫米和长度13毫米的“树形状”工作部分的实施例的立视图。图19(b)是通过图19(a)所示的旋转去毛边器的工作部分剖开的截面的图片，其中该截面是与旋转去毛边器的旋转轴成直角地剖开的。在如图18和19所示的每一旋转去毛边器中，工作部分的齿具有大约6度的正前面角并且不包括与齿梢部相邻的在工作部分的周边上的径向刃厚。
根据本公开构造的旋转去毛边器的实施例可以通过利用制造旋转去毛边器的常规技术进行制造。例如，制造根据本公开的旋转去毛边器的方法包括磨削和/或机加工硬质合金坯件以在至少一部分坯件上提供一系列右手螺旋取向的沟槽。包括沟槽的坯件的部分形成旋转去毛边器的工作部分。工作部分的可能的形状的非限定性的例子包括圆柱形、球形、锥形、倒锥形、具有球头的锥形、埋头孔、椭圆形、火焰形、树形状和球形鼻部圆柱形。在所述方法的某些实施例中，坯件的另一部分可以形成旋转去毛边器的柄。布置在相邻沟槽之间的区域被处理，例如通过机加工，以在工作部分上提供一系列切削齿。根据在本公开中提供的独特方面，每个且需齿被机加工以具有正前面角度，并且每个齿没有在工作部分的周边上的径向刃厚。
根据所述方法的一个非限定性实施例，坯件包括由第一材料组成的第一区域和由第二材料组成的第二区域，其中第一材料的组分不同于第二材料的组分。在一个非限定性实施例中，第一材料和第二材料都是硬质合金。在所述方法的一个非限定性实施例中，第一区域形成旋转去毛边器的工作部分的外部区域的至少一部分，第二区域形成工作部分的内部区域的至少一部分和旋转去毛边器的柄。在所述方法的一个非限定性实施例中，坯件形成至少旋转去毛边器的工作部分，所述方法进一步包括将柄结合到工作部分。同样地，所述方法的一个非限定性实施例包括在工作部分上提供一系列左手螺旋取向的沟槽，所述一系列的左手螺旋取向的沟槽与多个右手螺旋取向的沟槽相交以限定多个离散的切削齿。所述方法的其它非限定性实施例包括施加表面涂层到至少一部分旋转去毛边器，该表面涂层可以是例如化学蒸汽淀积(CVD)涂层、物理蒸汽淀积(PVD)涂层和金刚石涂层之一。
本领域技术人员在浏览了本公开后将根据本公开容易想到制造旋转去毛边器的其它可能的方法。
如上所述，根据本公开构造的旋转去毛边器的实施例提供在切削性能方面明显的改进。图20(a)和20(b)是比较(1)根据本公开构造的包括8个在去毛边器头上的沟槽的硬质合金旋转去毛边器的实施例(“新的去毛边器”)；(2)可从ATI Stellam，La Vergne，Tennessee商购的型号no.G80097的旋转去毛边器(“80097”)；(3)包括10个在去毛边头上的沟槽的竞争对手的旋转去毛边器(“竞争对手1)；和(4)包括8个在去毛边头上的沟槽的竞争对手的旋转去毛边器(“竞争对手2)的切削性能的测试结果的图表。只有“新的去毛边器”实施例包括有正前面角并且没有围绕去毛边头的周边的径向刃厚。除了所述的这些差异之外，测试的四个旋转去毛边器实质上一致。去毛边器用于在大致一致的操作条件下以100000rpm的刀具旋转速度机加工具有320HB的Ti-6AI-4V钛合金。Ti-6AI-4V合金(UNS R56400)是在包括涡轮叶片、盘和环、机身、高性能紧固件以及生物植入体的场合常用的难以机加工的钛合金。
图20(a)示出在20分钟的测试期间通过每个旋转去毛边器去除的材料的累计质量。图20(b)示出在20分钟的测试期间的离散的5分钟间隔中通过每个旋转去毛边器去除的材料的质量。图20(b)的水平轴列出特定的5分钟间隔的结束点。这样，在图20(b)的水平轴上的“5”表示在5分钟结束的5分钟间隔，“10”表示在5分钟处开始并结束于分钟的5分钟间隔，等等。从图20(a)明显看出，具有根据本公开的独特设计的旋转去毛边器在20分钟的测试期间比测试的传统的旋转去毛边器去除明显更多的钛合金。图20(b)表明从试验的旋转去毛边器获得优势在20分钟期间的后面部分是明显的。在结束于10、15和20分钟的每个5分钟期间中，试验的旋转去毛边器比传统的刀具去除明显更多的钛合金。给定测试参数，试验的旋转去毛边器的明显的优点是作为根据本公开的实施例的特征的独特齿几何结构的结果。
尽管前面的描述仅必要地介绍了有限数量的实施例，但是，本领域技术人员将认识到，本领域技术人员可以在此已经描述和示出的例子的主题和其他细节中进行各种变化，这样的变化将落在在此所表达的以及在附加权利要求中的本公开的原理和范围内。例如，尽管本公开仅必要性地介绍有限数量的根据本公开构造的旋转去毛边器的实施例，但是，应当理解，本公开和相关权利要求并不限于此。本领域技术人员将容易想到其它的旋转去毛边器设计并可以在此所述的必要的有限数量的实施例的精神内并沿着其思路设计和构建其它的旋转去毛边器。因此，应当理解，本发明并不限于在此公开或者引入的特定的实施例，而是意在覆盖落在如权利要求所限定的本发明的原理和范围内的变化。本领域技术人员还应当认识到，可以对上面的实施例进行变化而不脱离其广的发明构思。

Claims (25)

1.一种包括硬质合金的旋转去毛边器，所述旋转去毛边器进一步包括：
柄；和
工作部分，其中所述工作部分的表面包括限定多个切削齿的多个右手螺旋取向的沟槽，其中所述切削齿的每一个包括前面、后面、梢部和正前面角，并且没有布置在所述工作部分的周边上的径向刃厚。
2.如权利要求1所述的旋转去毛边器，其中，所述旋转去毛边器至少包括第一材料的第一区域和第二材料的第二区域，其中所述第一材料的组分不同于所述第二材料的组分。
3.如权利要求2所述的旋转去毛边器，其中，所述第一材料和所述第二材料是硬质合金。
4.如权利要求3所述的旋转去毛边器，其中，所述第一区域包括所述工作部分的外部区域，并且其中所述第二区域包括所述柄和所述工作部分的内部区域。
5.如权利要求4所述的旋转去毛边器，其中，所述第一材料和所述第二材料是硬质合金。
6.如权利要求2所述的旋转去毛边器，其中，所述第一区域包括所述工作部分，所述第二区域包括所述柄，并且其中所述柄结合到所述工作部分。
7.如权利要求6所述的旋转去毛边器，其中，所述第一材料是硬质合金，所述第二材料是钢和钨合金之一。
8.如权利要求1所述的旋转去毛边器，其中，所述工作部分具有选自圆柱形、球形、锥形、倒锥形、具有球头的锥形、埋头孔、椭圆形、火焰形、树形状和球形鼻部圆柱的形状。
9.如权利要求1所述的旋转去毛边器，其中，所述工作部分的所述表面进一步包括与所述多个右手螺旋取向的沟槽相交的多个左手螺旋取向的沟槽从而限定多个离散的切削齿。
10.如权利要求1所述的旋转去毛边器，其中，至少所述工作部分包括表面涂层。
11.如权利要求11所述的旋转去毛边器，其中，所述表面涂层是化学蒸汽淀积(CVD)涂层、物理蒸汽淀积(PVD)涂层和金刚石涂层之一。
12.一种包括硬质合金的旋转去毛边器，所述旋转去毛边器进一步包括：
柄；和
工作部分，其中所述工作部分至少包括第一硬质合金的外部区域，其中所述外部区域的表面包括限定多个切削齿的多个右手螺旋取向的沟槽，所述切削齿的每一个包括前面、后面、梢部和正前面角，并且没有布置在所述工作部分的周边上的径向刃厚。
13.如权利要求12所述的旋转去毛边器，其中，所述柄和至少所述工作部分的内部区域包括第二硬质合金。
14.如权利要求12所述的旋转去毛边器，其中，所述工作部分包括所述第一硬质合金，其中所述柄包括金属合金、钢和钨合金之一并结合到所述工作部分。
15.如权利要求12所述的旋转去毛边器，其中，所述工作部分包括表面涂层。
16.如权利要求15所述的旋转去毛边器，其中，所述表面涂层是化学蒸汽淀积(CVD)涂层、物理蒸汽淀积(PVD)涂层和金刚石涂层。
17.一种制造包括硬质合金的旋转去毛边器的方法，所述旋转去毛边器进一步包括工作部分，该工作部分包括一系列切削齿，所述方法包括：
在至少一部分坯件上提供一系列右手螺旋取向的沟槽以提供所述旋转去毛边器的工作部分；以及
处理布置在相邻沟槽之间的区域以在所述工作部分上提供一系列切削齿，每个切削齿包括正前面角并且没有在所述工作部分的周边上的径向刃厚。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述坯件包括第一材料的第一区域和第二材料的第二区域，其中所述第一材料的组分不同于所述第二材料的组分。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述第一材料和所述第二材料是硬质合金。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述第一区域至少形成所述工作部分的外部区域的一部分，并且其中所述第二区域至少形成所述工作部分的内部区域的一部分和所述旋转去毛边器的柄。
21.如权利要求17所述的方法，进一步包括：
将柄结合到所述工作部分。
22.如权利要求17所述的方法，其中，所述工作部分具有选自圆柱形、球形、锥形、倒锥形、具有球头的锥形、埋头孔、椭圆形、火焰形、树形状和球形鼻部圆柱形的形状。
23.如权利要求17所述的方法，进一步包括：
在所述一部分坯件上提供一系列左手螺旋取向的沟槽，该一系列左手螺旋取向的沟槽与多个右手螺旋取向的沟槽相交从而限定多个离散切削齿。
24.如权利要求17所述的方法，进一步包括：
施加表面涂层到至少一部分所述旋转去毛边器。
25.如权利要求24所述的方法，其中，所述表面涂层是化学蒸汽淀积(CVD)涂层、物理蒸汽淀积(PVD)涂层和金刚石涂层之一。
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