CN102271844A - 开槽超级合金的方法以及用于其的切削刀片 - Google Patents

Abstract

一种开槽超级合金工件（24）的方法使用至少部分地覆盖有立方氮化硼（CBN）层并且具有在其中形成的一个或多个内部管道（18）的切削刀片（12），所述一个或多个内部管道（18）在一个或多个相应开口（26）处开口到所述刀片的前刀面（16）以外。以不小于200巴压力经由这些内部管道（18）传递的一个或多个冷却剂流体流被向上和向外朝向所述切削刀片（12）的切削刃（14）与所述工件（24）之间的相互作用区引导，从而限制在所述开槽操作期间创建的工件碎片（28）的长度。所述切削刀片的内部管道（18）的所述开口（26）可以位于距离所述刀片的切削刃（14）的0.5-3.0毫米间。

Description

开槽超级合金的方法以及用于其的切削刀片

技术领域

本发明涉及机械加工例如镍铬铁合金的超级合金的方法，以及用于执行该方法的切削刀片（cutting insert）。

背景技术

超级合金已在金属工业中使用了很多年。超级合金或高性能合金是呈现例如高温下的优良机械强度和抗蠕阻力、高表面稳定性、以及高抗腐蚀性和抗氧化性的金属合金。超级合金通常具有奥氏体的、面心的、立方晶体结构。超级合金的合金元素通常包括镍、钴、或镍-铁。超级合金的发展依赖于化学和工艺创新，并且主要由航空航天工业以及诸如工业燃气涡轮机和船用涡轮工业的能源工业驱动。

超级合金的实例有Hasteloy、Waspaloy、Rene合金（例如，Rene 41、Rene 80、Rene95）、Haynes合金、Incoloy、单晶体合金和镍铬铁合金，镍铬铁合金包括通常在高温应用中使用的奥氏体的基于镍的超级合金族。

如一些其他超级合金一样，镍铬铁合金包括在极端条件下表现良好的抗氧化和抗腐蚀材料。例如，加热后，镍铬铁合金形成厚的稳定钝化氧化层，保护它的表面免受多种不良影响。因此，镍铬铁合金保留了很宽的温度范围，并且对于用于高温应用是有吸引力的，而诸如铝或钢的其他材料则在这样的应用中表现欠佳。

然而，镍铬铁合金以及其他超级合金例如由于在加工过程中的快速加工硬化（work-hardening）很难塑形和机械加工。举例来说，在镍铬铁合金的工件上完成第一加工动作（machine pass）后，快速加工硬化在后续加工动作中造成与切削工具相互作用的该工件的各个区域的不良塑性和弹性变形。

用于克服上述缺陷的现有解决方案包括在常规切削区大约70-80巴压力下供应由外部适配器提供的冷却剂流体。所施加的冷却剂流体有助于排除加工过程中生成的热量。然而，包括例如使用已知的硬质合金切削刀片提供冷却剂流体的现有解决方案将工件的切削速度（V_c）限制到约每分钟40-60米，这与其他切削操作的的切削速度相比是相对有限的切削速度。例如，低切削速度导致高加工成本以及因而高制造成本。

本发明的目的是提供一种加工方法，以及执行该加工方法的切削刀片，所述加工方法和切削刀片显著地减少或克服了上述缺陷。

发明内容

本发明的实施例包括一种开槽（groove）超级合金工件的方法，和/或一种用于执行该方法的切削刀片。

例如在一些实施例中，切削刀片的至少一部分，例如，切削刀片的至少切削刃，覆盖有诸如多晶硅CBN（PCBN）层的立方氮化硼（CBN）层，并且切削刀片包括在其中形成的一个或多个内部管道。所述方法包括例如在切削刃与工件的相互作用区上直接引导冷却剂流体，其中，该冷却剂流体通过所述一个或多个内部管道被传递到相互作用区。冷却剂流体通过在切削刀片的前刀面中形成的相应的一个或多个开口流出内部管道，所述开口接近所述相互作用区。冷却剂流体直接在所述相互作用区上通过不小于200巴的压力被引导通过所述开口。

例如在一些实施例中，以下步骤的组合或部分组合与现有技术相比提供开槽超级合金的显著改进的性能：以CBN层覆盖切削刀片；直接在相互作用区上将冷却剂流体引导通过内部管道以及内部管道的接近处到达相互作用区。借助这种组合或部分组合，该方法可以包括：以每分钟200-500米的切削速度（V_cs）开槽镍铬铁合金工件；实现好到卓越的表面质量和碎片结构，例如，形成1-5毫米长度范围的碎片。通过使用该方法实现的这些改进的切削速度显著超过了现有技术中可获得的镍铬铁合金的最大切削速度的百分之几十到几百。该方法从而显著地降低了加工镍铬铁合金和其他超级合金的成本。

附图说明

为了更好地理解本发明并且示出如何在实践中实现本发明，现在将参考附图，在附图中：

图1是根据本发明具有在其中可释放保留的切削刀片的切削工具的透视图；

图2是图1的切削工具的一切削部分的透视图；

图3是图1的切削工具的侧视图；

图4是图1的切削工具的顶视图；

图5是图1的切削工具的顶部透视图；

图6是图5的切削刀片的正面部分切削视图，其示出在其中形成的多个内部管道；

图7是图5的切削刀片的侧视图；

图8是图5的切削刀片的顶视图；以及

图9根据本发明的一些实施例示出图1的切削工具的一部分，从开槽的工件切削碎片。

要理解，出于简化和清楚起见，图中示出的单元不一定是精确或按比例绘制的。例如，为清楚起见，一些单元的尺寸相对其他单元被夸大了，或者可以在一个功能块或单元中包括若干物理部件。此外，适当情况下，可以在附图之间重复引用标记来指示对应的或类似的单元。

具体实施方式

在以下描述中，将描述本发明的各个方面。出于解释目的，陈述了具体配置和细节，以便提供对本发明的透彻理解。然而，对本领域技术人员还将显而易见的是，可以在没有此处呈现的具体细节的情况下实践本发明。此外，可以省略或简化众所周知的特征，以便不模糊本发明。

尽管此处的一些描述指的是用于加工镍铬铁合金的方法和/或切削刀片，本发明不限于该方面。例如，本发明的一些实施例可以指开槽其他超级合金、普通金属合金、高温合金、其他镍基合金、或诸如此类。

参考图1-9，其示出具有在其中可释放地保留的开槽切削刀片12的切削巩固10的各种视图。

例如，在一些实施例中，切削刀片12可以用于开槽例如镍铬铁超级合金的超级合金。切削刀片12的至少一部分涂覆有加强立方氮化硼（CBN）层13，例如多晶硅CBN （PCBN）层。该至少一部分可以包括切削刀片12的切削刃14、切削刀片12的前刀面16、以及切削刀片12的例如与切削刃14相关联的一个或多个其他部分。作为形象化的非限制性例子，例如图6、7和8中的舱口部分（hatched portion）涂覆有CBN层13。CBN层13使切削刀片12具有耐用性并提供保护，用于执行密集切削操作，诸如以例如上述的高切削速度开槽超级合金。

在所有实施例中，切削刀片12包括在其中形成的一个或多个内部管道18，数量例如取决于切削刃14的宽度。作为非限制性例子，具有接近三毫米或更小的宽度的切削刃可以具有一个内部管道，具有接近四毫米的宽度的切削刃可以具有两个内部管道，具有接近六毫米的宽度的切削刃可以具有在其中形成的三个内部管道。所述一个或多个内部管道18从与其连接的输入管道20接收冷却剂流体，通过其传递对应的一个或多个冷却剂流体流到切削刃14和开槽的工件24之间的相互作用区22，例如，如图9所示。

内部管道18向上、从切削刀片12的常规底部部分基本向外、以及向切削刀片12的前刀面16中延伸，前刀面16中形成一个或多个相应开口26。例如，在前刀面16覆盖有CBN层13的实施例中，所述一个或多个内部管道18通过CBN层13开口到前刀面16以外，在其中形成相应的一个或多个开口26，例如如图8所示。

前刀面16中的开口位于基本接近切削刃14，用于冷却剂流体通过其被引导来有效低从相互作用区22排出热量。例如，开口26的相应中心距离切削刃14的距离可以范围在0.5和3毫米之间。将开口26的中心放置地离切削刃14比0.5毫米更近会削弱切削刃，而将开口26放置地比3毫米更远会导致或者相互作用区22的不良冷却或者形成比所需更长的工件碎片28或两者。尽管不限于该方面，在一些实施例中，可以使用电腐蚀制造技术形成内部管道18。

在一些实施例中，在其中形成开口26的前刀面16的一部分基本是平坦的，没有诸如脊的碎片结构以及各种现有技术切削刀片中发现的其他结构。而且，在一些实施例中，接近前刀面16中的开口26的内部管道18的端部分具有不变的直径，基本是直的，并且在切削刀片12的侧视图中与前刀面16形成介于30°与90°之间的角度。

一些实施例包括使用上述切削刀片12开槽超级合金以及以例如200-500巴范围的高或非常高的压力传递冷却剂流体通过内部管道18的方法。例如，如图9所示，所述一个或多个内部管道18和相应开口26如此朝向，以便内部管道18传递的相应冷却剂流体流在基本向上的方向上被引导，以便直接地并且基本垂直地冲击在开槽操作期间形成的工件碎片28的下侧。这允许被引导的冷却剂流体“举起”碎片28，并且因而有效地将碎片28从工件24断裂和分离。

该方法可以包括以非常高的切削速度V _c 开槽诸如镍铬铁合金的超级合金，实现改进的表面质量和碎片结构。例如，在一些实施例中，该方法包括以每分钟200-500米范围内的切削速度V _c 开槽例如镍铬铁合金工件的超级合金工件。该方法可以另外包括例如以上述切削速度开槽超级合金工件，而形成具有1-5毫米的典型长度的工件碎片，工件碎片的至少90%落入该长度范围内。工件碎片28的长度受以高压影响工件碎片28的下侧的冷却剂流体流限制，因为工件碎片28是在开槽操作期间形成的。在没有冷却剂流体流的情况下，工件碎片28的长度会更长。在一些实施例中，诸如当前刀面16没有碎片形成结构时，工件碎片28仅由于影响工件碎片28的下侧的冷却剂流体流而断裂和分离。

尽管在这些附图中示出的切削刀片12仅具有一个切削部分，要理解，该切削刀片可以替代地具有多个切削部分并且是可转位的（indexable）。因而，切削刀片可以具有在顶部表面的相对端上提供的两个这种切削部分，以及因而具有关于通过该切削刀片的顶部表面的第一轴的180°旋转对称性。替代地，切削刀片可以具有两个对角的相对切削部分，并且因而具有关于通过切削刀片的侧部表面的第二轴的180°旋转对称性，第二轴与第一轴垂直。

尽管已参考一个或多个具体实施例描述了本发明，说明书旨在整体是说明而非限制本发明于所示出的实施例。要理解，本领域技术人员可以想到各种尽管此处没有具体示出但仍在本发明范围内的各种修改。

Claims (15)

1.一种开槽超级合金工件（24）的方法，所述方法包括：

使用至少部分地覆盖有立方氮化硼（CBN）层（13）的切削刀片（12）开槽所述工件（24）；以及

将一个或多个冷却剂流体流朝向在开槽期间形成的工件碎片（28）的下侧引导，所述一个或多个冷却剂流体流经由在所述切削刀片（12）中形成的一个或多个相应内部管道（18）被引导，以及被向上和向外朝向所述切削刀片（12）的切削刃（14）与所述工件（24）之间的相互作用区（22）引导，所述内部管道（18）在相应的一个或多个开口（16）中开口到所述切削刀片（12）的前刀面（16）以外；其中：

所述一个或多个冷却剂流体流在不小于200巴的压力下被引导，以便限制在所述相互作用区（22）中形成的工件碎片（28）的长度。

2.根据权利要求1所述的方法，其包括开槽镍铬铁合金工件（24）。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，以每分钟200到500米范围内的切削速度执行所述开槽。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个冷却剂流体流直接地并且基本垂直地冲击在所述开槽操作期间形成的所述工件碎片（28）的下侧。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，在所述开槽操作期间形成的工件碎片（28）具有范围在1-5毫米的典型长度。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，至少所述前刀面（16）覆盖有所述CBN层（13），并且所述一个或多个管道（18）通过所述CBN层（13）开口到所述前刀面（16）以外，在其中形成所述相应的一个或多个开口（26）。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述CBN层（13）包括多晶硅CBN层。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述冷却剂流体流在200到500巴范围内的压力下被引导。

9.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述切削刀片的前刀面（16）没有碎片形成结构；以及

当所述工件碎片（28）是在开槽操作期间形成时，所述工件碎片（28）由于影响所述工件碎片（28）下侧的所述一个或多个冷却剂流体流从所述工件（24）断裂和分离。

10.一种用于开槽超级合金的开槽切削刀片（12），包括：

覆盖所述切削刀片（12）的至少一部分的立方氮化硼（CBN）层（13）；以及

在所述切削刀片（12）中形成的一个或多个内部管道（18），其向上和向外从所述切削刀片（12）的大致底部部分延伸，并且开口到所述切削刀片（12）的前刀面（16）中，在所述前刀面（16）中形成一个或多个相应开口（26）；其中：

所述开口（26）的相应中心与所述切削刀片（12）的切削刃（14）的距离在0.5到3毫米之间的范围。

11.根据权利要求10所述的开槽切削刀片（12），其中，所述CBN层（13）包括多晶硅CBN层。

12.根据权利要求10所述的开槽切削刀片（12），其中，所述至少一个部分包括所述前刀面（16），所述一个或多个管道（18）通过所述CBN层（13）开口到所述前刀面（16）以外，在其中分别形成所述一个或多个开口（26）。

13.根据权利要求10所述的开槽切削刀片（12），其中，所述前刀面没有碎片形成结构。

14.根据权利要求13所述的开槽切削刀片（12），其中，所述内部管道（18）的端部分在所述切削刀片12的侧视图中与所述前刀面（16）形成介于30°与90°之间的角度。

15.根据权利要求10所述的开槽切削刀片（12），其中，所述切削工具是可转位的，并且具有至少两个切削部分，每一个切削部分具有所述CBN层（13）和所述一个或多个内部管道（18）。

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