CN102481640B - 具有由有纹理的pcd形成的切削刃的旋转切削刀具 - Google Patents

Abstract

一种由坯件(42)形成的旋转切削刀具(40)具有至少一个齿(58)，这个齿包括一个齿根(50)以及一个由有纹理的PCD形成的切削刃(46)，其中，如在一个垂直于该切削刀具的轴线的截面上所见，该齿的面包括邻近该切削刃的一个第一弯曲表面(44，64)、以及邻近该齿根(50)和该第一弯曲表面的一个第二弯曲表面(48，68)。对于每个切削刃，这个坯件配备有一个对应的凹槽(52)，这个凹槽具有一个前导表面(54)，这个前导表面在形状上对应于这个对应的齿的第一弯曲表面。

Description

具有由有纹理的PCD形成的切削刃的旋转切削刀具

技术领域

本发明涉及旋转切削刀具，并且更具体地涉及具有多个有纹理的聚晶金刚石切削刃的旋转切削刀具及其制造过程。

背景技术

在切削刀具领域中已知的是采用由压实并且烧结到碳化钨（TC）坯件上的聚晶金刚石（PCD）或者立方氮化硼（CBN）制成的。简洁起见，在此PCD和CBN或者其他金刚石类材料在下文中将被定义为术语PCD。

授予帕克（Packer）的美国专利5,070,748说明了通过形成具有烧结碳化钨的旋转刀具坯件而形成这样一种旋转刀具的过程；在该坯件的一个外表面中形成至少一对纵向延伸的凹槽；用金刚石类材料填充这些凹槽；在充足的热量和压力下将这种金刚石类材料结合到该旋转刀具坯件中的这些凹槽中以便形成聚晶金刚石类材料；沿着这种聚晶金刚石类材料的一个前刃在该旋转刀具坯件中形成多个纵向延伸的槽；并且沿着这种聚晶金刚石类材料的一个前刃形成一个切削刃。

为了在沿着这种PCD材料的前刃形成一个切削刃的这个最后步骤中最少地去除PCD，在授予罗德里格斯（Rodriguez）的美国专利5,115,697中建议的是一种改进的PCD旋转刀具，该专利说明了一种有纹理的PCD刀具，其中在这个坯件中形成的这些槽基本上以一个角度被径向地定向，这个角度与随后在这个旋转刀具坯件中与这些凹槽相邻形成的多个凹陷的槽的角度一致。随后将对这个刀具坯件进行机加工以便沿着由这种烧结的金刚石材料形成的一个有角度的前刃形成这些槽以及一个切削刃。

图1至图3示出了处于一个螺旋齿圆柱形端铣刀10形式的标准的现有技术的旋转刀具的不同视图，这种刀具通常配备有具有正的径向前角的一个齿面22。

图1示出了带有螺旋齿12以及直柄14的一个标准的圆柱形四槽端铣刀10的正视图。线A-A表示出了一个垂直于端铣刀10的中央轴线的切削平面。图2至图11描绘了在不同生产阶段不同的有纹理的PCD旋转刀具的放大截面图，这些视图都是沿图1中线A-A所表示的同一个切削平面截取的。

参见图2，示出了一个制有齿面22的PCD端铣刀20，这个齿面以一个单个凹曲线的形式从齿根24不中断地延伸到切削刃26。PCD端铣刀20是根据多种已知方法（如以上在美国专利5,115,697中说明的方法）生产的。TC坯件28（图3），与图2的PCD端铣刀20相对应，是形成有多个凹槽30，这些凹槽以一个与凹陷的齿面20（图2）的角度一致的角度被径向地定向。将PCD纹理压实并烧结到凹槽30中，并且随后对这个刀具坯件进行机加工以便沿着由烧结的PCD纹理形成的有角度的前导面形成这些槽32以及切削刃26。图2中示出了带有暴露的PCD层34的已完工的刀具。

这种齿形的一个缺点是发生切屑与齿面的大量摩擦，从而导致高功耗以及不希望的切削刀具的加热。另一个问题是切屑附着到齿面上并且不易于从铣刀齿之间的间距中清除。

作为一个解决方案，关于由实心TC或者高速钢（HSS）制成的旋转刀具，在授予本申请人的美国专利7,393,160中建议的是通过提供一种旋转的多齿铣刀，其中每个齿具有一个包括至少两个部分的齿面，最靠近切削刃的第一部分具有一种凸起形状（如在一个垂直于该刀具轴线的截面上所见），来改善前刀面的几何形状。可替代地，这种铣刀可以进一步配备有位于该第一与该第二部分之间的一个凹陷的断屑部分。

然而，以上的解决方案不能在PCD切削刀具上直接实施，如之前所述，因为在槽的研磨步骤（在这个步骤中使PCD材料的正面暴露）之后当形成齿面的这种凸起的或者组合的凹凸形状时仍有必要去除大量的PCD。就性质而言，PCD难于研磨并且在可以进行切削刃的最终研磨之前要进行额外的电火花加工（EDM）。此外，由于PCD材料的去除，所产生的切削刃将显著地减弱。

因此具体对于难于切削的材料如玻璃、碳、硼或者凯夫拉纤维增强的复合塑料进行机加工而言，要求一种新途径来提高PCD切削刀具的能量以及切屑处理特性，如已在实心HSS和TC刀具中所实施的。

发明内容

因此本发明的目的之一是提供一种用于PCD旋转刀具的改进的齿面几何形状。另一个目的是提供便于最少地去除PCD的一种对应的生产坯件。

这些目的根据本发明的一个方面是通过提供一种由坯件制成的旋转切削刀具实现的，该旋转切削刀具具有至少一个齿，该齿包括一个齿根以及一个切削刃，该切削刃是由有纹理的PCD形成的，其中：

如在一个垂直于该切削刀具的轴线的截面上所见，该齿的面包括邻近该切削刃的一个第一弯曲表面、以及邻近该齿根和该第一弯曲表面的一个第二弯曲表面，并且

对于每个切削刃，该坯件配备有一个对应的凹槽，所述凹槽具有一个前导表面，这个前导表面在形状上对应于这个对应的齿的第一弯曲表面。

根据本发明的另一个方面，提供了用于形成这样一种切削刀具的一个坯件。

附图说明

为了理解本发明并且弄清在实践中可以如何将其实现，现在仅通过非限定实例并参照附图对多个实施方案予以说明，在附图中：

图1是标准的现有技术的端铣刀的正视图；

图2是沿图1中的线A-A截取的现有技术的PCD端铣刀的放大截面图；

图3是图2的端铣刀的示意性截面图，展示了一个生产步骤；

图4是根据本发明的一个第一实施方案制造的端铣刀的截面图；

图5是图4的端铣刀的示意性截面图，展示了一个生产步骤；

图6是根据本发明的一个第二实施方案制造的端铣刀的截面图；

图7是图6的端铣刀的示意性截面图，展示了一个生产步骤；

图8是根据本发明的一个第三实施方案制造的端铣刀的截面图；

图9是图8的端铣刀的示意性截面图，展示了一个生产步骤；

图10是根据本发明的一个第四实施方案制造的端铣刀的截面图；并且

图11是图10的端铣刀示意性截面图，展示了一个生产步骤。

具体实施方式

图4至图11描绘了根据本发明的一种有纹理的PCD旋转刀具的放大截面图，图中示出了不同的生产阶段，这些视图都是沿着图1中线A-A所表示的同一个切削平面截取的。

参见图4和图5，示出了根据本发明的一个第一实施方案制造的一个四槽PCD旋转刀具40以及对应的坯件42。如在一个垂直于该刀具轴线的截面上所见，该齿的面被分成两个部分：邻近切削刃46的一个第一凹陷部分44（构成了一个第一弯曲表面）、以及邻近齿根50并且邻接第一部分44的一个第二凹陷部分48（构成了一个第二弯曲表面）。TC坯件42配备有多个凹槽52，这些凹槽被形成有一个前导面54，该前导面与刀具40的第一凹陷部分44的形状相对应。在一些实施方案中，第一凹陷部分44小于第二凹陷部分48。

在将PCD纹理压实并且烧结到凹槽52中之后，通过一种标准的研磨操作形成这些槽56。这些PCD纹理的第一凹陷部分44受最终形状的紧密公差的影响，并且要求最小的EDM操作以便在执行切削刃46的最终研磨之前去除TC原材料的残留痕迹。PCD层58的全部厚度及强度均被保留。

在这种切削刀具的操作过程中，工件切屑由第一凹陷部分44排出并且从第二凹陷部分48中清除，因此显著减少了切屑到刀具上的附着以及过高的热量。

参见图6和图7，示出了根据本发明的一个第二实施方案制造的一个四槽PCD旋转刀具60以及对应的TC坯件62。如在垂直于该刀具轴线的截面上所见，该齿的面被分成两个部分：邻近切削刃66的一个第一凸起部分64（构成了一个第一弯曲表面）、以及邻近齿根70并且邻接第一部分44的一个第二凹陷部分68（构成了一个第二弯曲表面）。坯件62配备有多个凹槽72，这些凹槽被形成有前导面74，该前导面与刀具60的第一凸起部分64的最终凸起形状相对应。在一些实施方案中，第一凸起部分64小于第二凹陷部分68。

在将PCD纹理压实并且烧结到凹槽72中之后，通过一种标准的研磨操作形成这些槽76。这些PCD纹理的第一凸起部分64受最终形状的紧密公差的影响，并且要求最小的EDM操作以便在执行切削刃66的最终研磨之前去除TC原材料的残留痕迹。PCD层78的全部厚度及强度均被保留。

在这种切削刀具的操作过程中，工件切屑由第一凸起部分64排出并且从第二凹陷部分68中清除，因此显著减少了切屑到刀具上的附着以及过高的热量。

对于根据本发明的第一或者第二实施方案制造的旋转刀具进行选择是由几个因素决定的，这些因素包括工件材料、切削速度、冷却剂的可用性以及本领域技术人员熟悉的其他工作条件。

在本发明的一个第三实施方案中，如图8和图9中所示，这个齿面与本发明的第一实施方案的齿面在形状上完全相同并且关于齿形使用了相同的参考号。然而，在刀具圆周上不均匀的槽间距（由相邻的切削刃之间所夹的不同角度70，72示出）提供了更好的平衡和更小的震颤。这种不均匀的间距防止了由规则的槽碰撞而产生的简谐振动。坯件74配备有多个凹槽76，这些凹槽被形成有同等的不均匀间隙，这种不均匀间隙与最终刀具78的槽间距相对应。

在本发明的一个第四实施方案中，如图10和图11中所示，这个齿面与第二实施方案的齿面在形状上完全相同并且关于齿形使用了相同的参考号。在此同样，在刀具圆周上不均匀的槽间距（由相邻的切削刃之间所夹的不同角度80，82示出）提供了更好的平衡和更小的震颤。这种不均匀的间距防止了由规则的槽碰撞而产生的简谐振动。坯件84配备有多个凹槽86，这些凹槽被形成同等的不均匀间隙，这种不均匀间隙与最终刀具88的槽间距相对应。

对于本领域的普通技术人员不言而明的是本发明不限于以上展示的实施方案的细节并且本发明可以通过其他具体形式来实施而不背离其精神或者本质属性。这些实施方案因此在所有方面应被理解为说明性的并且非限制性的，本发明的范围是由所附的权利要求书表明的而不是由以上说明表明的，并且因此旨在将权利要求书的等效表述的含义和范围之内发生的所有变更包括在其中。

因此，虽然已经参照一种四槽的圆柱形端铣刀对本发明进行了说明，但是同样的原理可适用于带有在圆周圆上被均匀地或者不均匀地间隔开的一个、两个、三个、五个或者任何数量的槽，以及其他刀具形状（例如盘形、圆锥形或者球形）的其他旋转刀具，它们全部落入权利要求书的范围之内。

Claims (10)

1.一种由坯件（42）形成的旋转切削刀具（40），该旋转切削刀具具有至少一个齿（58），该齿包括一个齿根（50）以及一个切削刃（46），该切削刃是由有纹理的PCD形成的，其中：

如在一个垂直于该切削刀具的轴线的截面上所见，该齿的面包括邻近该切削刃的一个第一弯曲表面（44，64）、以及邻近该齿根（50）和该第一弯曲表面的一个第二弯曲表面（48，68），并且

对于每个切削刃，该坯件配备有一个对应的凹槽（52），所述凹槽具有一个前导表面（54），这个前导表面在形状上对应于这个对应的齿的第一弯曲表面。

2.根据权利要求1所述的切削刀具，其中该第一弯曲表面（44）是凹陷的并且该第二弯曲表面（48）是凹陷的。

3.根据权利要求1所述的切削刀具，其中所述第一弯曲表面（64）在形状上是凸起的并且所述第二弯曲表面（68）在形状上是凹陷的。

4.根据权利要求1至3之一所述的切削刀具，其中该第一弯曲表面具有的宽度小于该第二弯曲表面。

5.根据权利要求1至3之一所述的切削刀具，包括在该切削刀具的一个圆周圆上被均匀地间隔开的多个切削刃，所述坯件具有同等多个凹槽，这样使得在相邻凹槽之间的一个相互间隔对应于该切削刀具的一个槽间距。

6.根据权利要求1至3之一所述的切削刀具，包括在该切削刀具的一个圆周圆上被不均匀地间隔开的多个切削刃，所述坯件具有同等多个凹槽，这样使得在相邻凹槽之间的一个相互间隔对应于该切削刀具的一个槽间距。

7.根据权利要求1至3之一所述的切削刀具，具有一种外形，这种外形选自下组：圆柱形、圆锥形以及球形。

8.根据权利要求1至3之一所述的切削刀具，其中该坯件是由碳化钨形成的。

9.一种用于形成根据权利要求5所述的切削刀具的坯件，该坯件包括与该切削刃的槽间距相对应的多个等间距的凹槽。

10.一种用于形成根据权利要求6所述的切削刀具的坯件，该坯件包括与该切削刃的槽间距相对应的多个不等间距的凹槽。