CN102672216B - 具有分离的切削刃尖和切屑控制结构的切削镶片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有分离的切削刃尖和切屑控制结构的切削镶片。切削镶片结合了预成形的分离的切削刃尖,该切削刃尖包绕了镶片的一个弧形切削拐角。切削刃尖包括顶层以及底层,底层是由与顶层相比相对更硬的材料制成。在一个实施方案中,底层是由多晶金刚石(PCD)或多晶立方氮化硼(CBN)材料制成,顶层是由烧结碳化物制成。切削镶片可以进一步结合一个在该切削刃尖中形成的切屑控制结构,其包括多个小面,这些小面形成在一条中心线的每一侧上,用于在切削操作过程中提供切屑控制。切屑控制结构可以在一个两步骤的过程中形成,以便暴露底层的一部分。可以将该分离的切削刃尖在形成该切屑控制结构之前硬钎焊到切削镶片上。
Description
技术领域
本发明涉及具有分离的切削刃尖和切屑控制结构的切削镶片。
背景技术
在金属切削行业内的一个持续目标是提供具有锋利切削刃(甚至在对不含铁的以及研磨材料进行机加工时较久地保持锋利)的金属切削镶片。为此,已知在一种碳化物基体上结合多晶金刚石(PCD)材料和多晶立方氮化硼(CBN)材料,以便提供一种改进的切削刃。但是,这种切削刃尖的一个重要部分是嵌入槽缝内的,并且这个嵌入的部分仅作为结构材料起作用,以便将刃尖保持在该槽缝内,并且不接触工件。
与烧结碳化物的成本相比,用作基体的PCD或CBN材料的成本非常高。为了降低成本的一种尝试是提供一种切削镶片,该切削镶片结合了一个分离的切削刃尖,该切削刃尖包绕着一个切削镶片的突出部分,并且具有由PCD或CBN材料制成的一个顶层,该顶层由烧结碳化物基体的一个底层来支撑。但是,已经发现,虽然PCD或CBN材料的顶层具有足够的厚度用以允许在其中对切屑碎片进行研磨,但是PCD或CBN材料的顶层的厚度不足以进行机加工操作,从而减小了切削镶片的机加工寿命。
发明内容
具有由相对更硬的材料的顶层和相对更软的材料的底层制成的一个分离刃尖的一个切削镶片的减少的机加工寿命的问题,是通过调换这些材料并且提供一个具有分离的刃尖的切削镶片来解决的,该刃尖具有由一种相对更软的材料制成的一个顶层以及由一种相对更硬的材料制成的一个底层,然后从该顶层去除材料以便暴露该相对更硬的底层的一部分以此形成切削刃。
在一方面中,一种切削镶片包括:一个本体,该本体具有顶面、一个底面、连接该顶面和该底面的至少两个侧壁、在该至少两个侧壁的相交处的一个弧形切削拐角、以及在每个侧壁与该顶面的相交处形成的一个切削刃;一个凹陷,该凹陷形成在该弧形切削拐角中,该凹陷具有一个基底;以及一个切削刃尖,该切削刃尖安装在该凹陷中,该切削刃尖包括由一种第一材料制成的一个顶层和由一种第二材料制成的一个底层,该第二材料具有的硬度大于该第一材料的硬度,所述底层邻近所述凹陷的基底。
在另一方面中,一种制造一个具有切削刃尖的切削镶片的方法,该切削刃尖具有由多个小面限定的一种切屑控制结构,该切削刃尖包括由一种第一材料制成的一个顶层、以及由一种第二材料制成的一个底层,该第二材料具有的硬度大于该第一材料的硬度,该方法包括:
以一个第一角从该顶层上去除材料,以此暴露该底层;并且
以一个第二角从该顶层上去除材料,以此进一步暴露该底层。
附图说明
虽然展示了本发明的不同实施方案,但是不应认为所示具体实施方案限制了权利要求。在此预期可以在不脱离本发明的范围的情况下进行各种变化和修改。
图1是根据本发明一方面的一个切削镶片的一个分解的等距视图;
图2是根据本发明一方面的图1所示的切削镶片的一个放大的局部视图;
图3是图2的俯视图;并且
图4是沿图3的线4-4截取的截面图。
具体实施方式
现在参见图1至图4,示出了根据本发明一个实施方案在总体上以10示出的一个切削镶片。总的来说,切削镶片10具有一个多边形的本体12,该本体具有延伸穿过其中的一条中央轴线A。本体12具有一个顶面14、一个基本上平的底面16、以及垂直于这些面14和16并连接这些面的多个侧壁18。对于这些图中所示的具体实施方案,提供有穿过镶片10的一个中心销接收孔17,用于将该镶片保持在一个刀夹具(未示出)内。在另一个实施方案中,切削镶片10在其中不包括一个用于将该切削镶片固定到刀具上的一个孔。相反,切削镶片10通过一个夹紧机构被保持在刀具中,该夹紧机构将该切削镶片牢牢地保持在刀具内。多个弧形切削拐角20分别处于这些侧壁18的相交处,同时多个切削刃22分别形成在每个侧壁18和一个T台面34的相交处。在切削镶片10不具有一个T台面的情况下,这些切削刃22形成在每个侧壁18和一个凹陷的台面38的相交处。
本体12可以是由诸如烧结碳化物等的一种适合材料制成的,并且可以通过使用现有技术中已知的(诸如模制等)任何多种常规过程来制造,这样使得在总体上以24示出的一个凹陷被模制在镶片本体12中。在该替代方案中,可以在通过任何多个用于从一个烧结碳化物基体上去除材料的商用技术制造镶片本体12之后产生凹陷24。凹陷24形成在每个弧形切削拐角20中并且在两个邻近侧壁18之间延伸。如图1中所展示,凹陷24具有一个基底24a、一个后壁24b、以及多个端壁24c、24d。
本发明的一方面在于,切削镶片10包括(总体上以26示出)的一个预成形的分离的切削刃尖。切削刃尖26可以包括一个底层28以及一个顶层30,该底层是由一种适合的材料制成的,如多晶金刚石(PCD)或多晶立方氮化硼(PCBN),并且该顶层是由一种适合的材料制成的,如烧结碳化物(线39是底层28与顶层30之间的分隔线)。PCD是用于不含铁的应用的一种普通材料,而PCBN是用于硬化钢应用的一种普通材料。本领域的那些普通技术人员已知的是PCD和PCBN具有的硬度大于烧结碳化物。底层28限定了置于凹陷24的基底24a邻近的切削刃尖26的一个底表面28a,并且顶层30限定了切削刃尖26的一个顶表面30a(也是切削镶片10的顶表面14的一部分)。底表面28a在形状上基本对应于凹陷24的基底24a,这样使得切削刃尖26与凹陷24相配合。
切削刃尖26是可以通过使用现有技术中已知的任何多种常规过程(如,模制等)来制造的。在一个实施方案中,由烧结碳化物材料制成的顶层30是模制的,并且由PCD或CBN材料制成的底层28例如通过气相沉积等被沉积在顶层30上。刃尖26可以通过硬钎焊等固定在切削镶片10的凹陷24内。切削刃尖26在固定在凹陷24内时形成弧形切削拐角20的一部分。
在本发明的另一方面中,切削镶片10包括在总体上以32示出的一种切屑控制结构,该切屑控制结构形成在顶面14中并沿切削刃22连续延伸。在本发明的一方面中,该切屑控制结构是至少基本上在切削刃尖26中或在其上形成的。在所展示的实施方案中,切削镶片10是关于切削镶片10的弧形切削拐角20的一条中心线或二等分线X-X对称的。在一个实施方案中,切屑控制结构32包括多个小面32a、32b、32c和32d,这些小面形成在切削镶片10的弧形拐角20的一条中心线X-X的相对侧上。更具体地说,小面32a和32b形成在中心线X-X的一侧上,而小面32c和32d形成在中心线X-X的对侧上。可替代地,切屑控制结构32可以形成为一个连续的弧形表面,而不是所展示的实施方案的呈多个小面的表面。
虽然小面32a、32b、32c和32d的形式可以是现有技术中已知的促进切屑形成的多种形式中的任何一种,但是图4展示了一个实施方案,其中小面32a、32b、32c和32d是相对于镶片本体12的顶面14以一个小面角36形成的。具体地,小面角36可以具有在大约五(5)度与大约四十五(45)度之间的一个范围。在所展示的实施方案中,小面32a、32b、32c和32d形成在一个T台面34之中,该T台面在顶面14与侧壁18之间以一个角35延伸。在一个实施方案中,角35可以是在大约五(5)度与大约四十五(45)度之间的一个范围内。例如,角35可以是大约二十五(25)度。小面32a、32b、32c和32d终止在凹陷的台面38之中,该凹陷的台面通过在如下所述的一个两步过程期间暴露底层28而形成。
如图3所示,一条线L1沿小面32a、32d与切削镶片10的顶表面14之间的相交处延伸。同样地,一条线L2沿小面32b、32c与切削镶片10的顶表面14之间的相交处延伸。一个角A1限定在中心线X-X与线L1之间,并且一个角A2限定在中心线X-X与线L2之间。如在图3中可见,角A2大于角A1。但是,两个角A1和A2都小于九十度。例如,角A1可以是大约五(5)度,并且角A2可以是大约二十二(22)度。
在本发明的另一方面中,小面32a、32b、32c、32d可以在顶面14的下面开始,并朝一个凹陷的台面38向下倾斜,其中由PCD或CBN制成的底层28被暴露以此形成切削刃22。可以理解,可以根据本发明的多个方面提供额外多个小面,即多于在弧形拐角20中心线X-X的每一侧上所展示的两个小面。此外,尽管已经讨论了与一个单个的弧形切削拐角20相关的一个单个的切削刃尖26,应该理解,其他多个切削刃尖26可以相应地与其他多个弧形切削拐角20相关联,如图1所示。
此外,在图1至图4中示出一个C形切削镶片10。但是,可以理解,本发明不受该切削镶片的一个具体形状的限制。例如,本发明的原理可以通过一个D形切削镶片、一个V形切削镶片等来实施。另外,本发明的切削镶片10不应该受一种具有四个侧壁的切削镶片的限制。例如,本发明的切削镶片可以是具有三个侧壁的一个三角形、具有五个侧壁的一个五边形、具有六个侧壁的一个六边形、具有八个侧壁的一个八边形等等。
图1至图4展示了小面32a、32b、32c和32d是相对于切削镶片10的顶表面14以一个角36而形成的。在所展示的实施方案中,小面32a和32d是以相同的角36而形成的,而小面32b和32c以不同于小面32a和32d的一个角36而形成的。但是,可以理解,本发明不受小面32a、32b、32c和32d的角36限制,并且本发明可以通过以相同的角36形成的小面32a、32b、32c和32d来实施。例如,小面32a、32b、32c和32d可以具有一个波状的轮廓,这样使得在图4中所限定的角36沿凹陷24而变化。在这个实施方案中,角36可以具有在大约五度到大约四十五度之间的范围的一个值。本领域的普通技术人员已知的其他角也在本发明的范围内。
目前为止所描述的是具有两个侧面的切削镶片,这两个侧面汇聚以此限定这些修圆的或弧形的切削拐角20。但是,完全有可能的是,这两个侧面是平行的,并且起到这些两个侧面之间的一个桥接件的作用,由此提供接受切削刃尖26的一个凹陷。
现在将说明一种制造本发明的切削镶片10的方法。首先,在模具中执行一个模制过程,以便形成由烧结碳化物制成的多边形本体12,该多边形本体在切削镶片10的每个弧形切削拐角20处具有多个凹陷24。每个凹陷24具有一个深度,该深度可以是,例如,小于连接凹陷24的端壁24c、24d的一条直线的距离的一半。可替代地,可以模制多边形本体12,然后可以在一个分离的步骤中去除材料来形成凹陷24。
接下来,分离的切削刃尖26是通过模制烧结碳化物的顶层30,然后将PCD或CBN材料沉积在顶层30上而形成的,。然后,将切削刃尖26放置在凹陷24内。接下来,通过硬钎焊等将切削刃尖26固定在凹陷24内。
根据本发明的一方面,切屑控制结构32的小面32a、32b、32c和32d是通过一个两步骤过程形成在切削镶片10中。在该第一步骤中,通过相对于中心线X-X以角A1从由烧结碳化物材料制成的顶层30上去除材料来形成小面32a和32d,从而以角36形成小面32a和32d。可以通过任何适合的方式,如研磨、激光等等来去除材料。在形成小面32a和32d的过程中,去除顶层30的一部分,其方式为使得PCD或CBN材料的底层28的一部分被暴露,以此形成切削刃22的一个第一部分。在该第二步骤中,通过相对于中心线X-X以角A2从由烧结碳化物材料制成的顶层30上去除材料而形成小面32b和32c,从而以角36形成小面32b和32c,该角可以或可以不与小面32a和32d的角36不同。在形成小面32b和32c的过程中,去除顶层30的一部分,其方式为使得凹陷的台面38的一个第二部分被暴露,以此形成切削刃22的一个第二部分。
通过这个讨论,已经介绍了具有不同形状以及用于保持这种镶片的构形的多种镶片。应该理解,可以使用任何多种不同的构形将任何形状的镶片固定在一个刀夹具中,无论是延伸进入一个穿过该镶片本体的孔中并拧进刀夹具凹座中的一个压紧螺钉、还是将该镶片保持在一个刀夹具的凹座内的一个夹具。因此,在此讨论的用于保持这些镶片的方式,以及为了保持此类镶片而必须对镶片本体所做出的修改不应被解释为是对本发明范围的一种限制。
在此提及的专利以及公开文献特此通过引用结合在此。
已经说明的本发明的当前优选实施方案可以在本发明范围内以其他方式实现。
Claims (20)
1.一种切削镶片(10),包括:
一个本体(12),该本体具有顶面(14)、一个底面(16)、连接该顶面和该底面的至少两个侧壁(18)、在该至少两个侧壁的相交处的一个弧形切削拐角(20)、以及在每个侧壁与该顶面的相交处形成的一个切削刃(22);
一个凹陷(24),该凹陷形成在该弧形切削拐角中,该凹陷(24)具有一个基底(24a);以及
一个切削刃尖(26),该切削刃尖安装在该凹陷(24)中,该切削刃尖(26)包括由一种第一材料制成的一个顶层(30)和由一种第二材料制成的一个底层(28),该第二材料具有的硬度大于该第一材料的硬度,所述底层邻近所述凹陷(24)的基底(24a)。
2.如权利要求1所述的切削镶片,其中该底层是由多晶金刚石或多晶立方氮化硼制成的,并且其中该顶层是由烧结碳化物制成的。
3.如权利要求1所述的切削镶片,其中该切削刃尖包括一个切屑控制结构。
4.如权利要求3所述的切削镶片,其中该切屑控制结构包括多个小面(32a,32b,32c,32d)。
5.如权利要求4所述的切削镶片,其中所述多个小面(32a,32b,32c,32d)中的至少两个小面(32a,32b)是形成在穿过该弧形切削拐角(20)延伸的一条中心线(X-X)的一侧上,而所述多个小面(32a,32b,32c,32d)中的另外至少两个小面(32c,32d)是形成在穿过该弧形切削拐角(20)延伸的该中心线(X-X)的对侧上。
6.如权利要求4所述的切削镶片,其中所述多个小面(32a,32b,32c,32d)是形成为相对于该本体的顶表面成一个角(36)。
7.如权利要求6所述的切削镶片,其中该角是在5度与45度之间。
8.如权利要求4所述的切削镶片,其中所述多个小面(32a,32b,32c,32d)是形成在一个T台面(34)之中,该T台面在该顶面(14)与该至少两个侧壁(18)之间延伸。
9.如权利要求4所述的切削镶片,其中所述多个小面(32a,32b,32c,32d)是通过一个两步骤的过程形成在该切削镶片中。
10.如权利要求9所述的切削镶片,其中至少一个小面是通过以一个第一角(A1)从该切削镶片上去除材料来形成的,以此暴露该底层的一部分。
11.如权利要求10所述的切削镶片,其中至少另一个小面是通过以一个第二角(A2)从该切削镶片上去除材料来形成的,以此进一步暴露该底层的一部分。
12.如权利要求4所述的切削镶片,其中所述多个小面(32a,32b,32c,32d)终止在一个凹陷的台面(38)中。
13.如权利要求1所述的切削镶片,其中该凹陷具有一个基底、一个后壁、以及多个端壁。
14.如权利要求13所述的切削镶片,其中该切削刃尖的底层限定了一个底表面,并且该切削刃尖的顶层限定了一个顶表面,并且其中该切削刃尖的底表面在形状上基本对应于该凹陷的基底,这样使得该切削刃尖与该凹陷相配合。
15.如权利要求1所述的切削镶片,其中该本体是由烧结碳化物材料制成的。
16.一种制造具有切削刃尖的切削镶片的方法,该切削刃尖具有由多个小面限定的一种切屑控制结构,该切削刃尖包括由一种第一材料制成的一个顶层、以及由一种第二材料制成的一个底层,该第二材料具有的硬度大于该第一材料的硬度,该方法包括:
以一个第一角(A1)从该顶层上去除材料,以此暴露该底层;并且
以一个第二角(A2)从该顶层上去除材料,以此进一步暴露该底层。
17.如权利要求16所述的方法,进一步包括以下步骤:通过模制一个本体并在一个模具中包括一个凹陷来形成该切削镶片的本体。
18.如权利要求17所述的方法,进一步包括以下步骤:将该切削刃尖硬钎焊在该切削镶片的凹陷之中。
19.如权利要求16所述的方法,进一步包括以下步骤:通过模制一个本体然后从该本体上去除材料以形成一个凹陷来形成该切削镶片的本体。
20.如权利要求19所述的方法,进一步包括以下步骤:将该切削刃尖硬钎焊在该切削镶片的凹陷之中。
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