CN103282149B - 双材料单件刀具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种刀具，更具体地涉及一种单件碳化物铣刀(2)，其包括收缩装配在铣刀(2)的主体(4)内并延伸直到所谓的含切削刃(8)的铣刀前端的杆(6)。收缩装配的杆(6)通过摩擦效果使弯曲振动得以抑制。每个切削刃(8)由杆(6)的材料和主体(4)的材料直接地且连续地形成。由于切削刃在杆(6)材料中形成的那些部分以比主体(4)材料中形成的那些部分更低的速度旋转，杆材料可因此具有比主体材料更差的切削速度性能。

Description

双材料单件刀具
技术领域
本发明涉及一种刀具，尤其涉及一种整体刀具，特别涉及一种铣刀。
背景技术
刀具，尤其是槽铣刀或立铣刀常由整体构造构成，并由高速钢(HSS)或碳化物制成。利用碳化物，尤其是碳化钨，能够实现比利用高速钢可获得的大致更高的加工速度。特别地通过弯曲铣刀，高速加工以及高进给速度可引起振动。在许多应用中，振动作用是限制生产率的主导因素，并需要操作者很好地将切削速度降低至刀具或机器的承受力以下。刀具的长度在弯曲以及弯曲振动中起着重要作用。这些振动可以在表面光洁度方面具有显著效果。这在加工复杂三维零件时尤其如此。
专利DE4214355A1提出了铣削刀具中弯曲以及相关联的振动问题。它公开了一种硬质合金刀具，其包括在刀具中一直从刀具柄延伸到刀具的碳化物尖端的内杆插入件。插入件与刀具主体中形成的盲孔过盈配合。它沿其长度钻入，以在碳化物尖端附近提供大量切削液。该布置确保插入件和刀具主体之间的摩擦连接。插入件由比主体更硬的材料制成，以增加刀具刚度并抑制振动。该处理的执行牵涉到显著的制造成本。
发明内容
本发明旨在提出一种强力的整体刀具，尤其涉及一种不容易弯曲振动的刚性刀具。
本发明涉及一种旋转刀具，包括：具有纵轴的主体；位于主体的所谓的前端上的至少一个切削刃；以及以过盈配合安装在主体中的芯部，其延伸在所述主体的至少一部分上，以至少部分地吸收刀具在使用期间的任何弯曲振动；其中芯部延伸到主体的前端，并且切削刃至少部分地形成在芯部的材料中。
可优选地，芯部是实心杆。它也可以沿纵向钻入。可优选地，芯部由单件制成。但是，它也可以由若干部分组成。
可优选地，刀具是铣刀。
可优选地，芯部的直径与主体的相应孔的公差使得芯部的直径在严格意义上大于装配前的孔的直径。
根据本发明的有利实施例，切削刃部分地形成在主体的材料中。
根据本发明的另一有利实施例，切削刃的轮廓在芯部和主体之间的接头处是连续的。
根据本发明的又一有利实施例，芯部的材料不同于主体的材料。
根据本发明的再一有利实施例，芯部的材料具有用于给定材料的切削速度，所述切削速度可优选地比主体的材料低20％，更加可优选地低30％、40％、50％、60％或70％。
根据本发明的还一有利实施例，芯部材料是HSS，并且主体是碳化物切削材料，可优选地是碳化钨。
根据本发明的另一有利实施例，芯部在主体的前端处的表面与主体的相邻表面连续。
根据本发明的又一有利实施例，芯部的材料是柱形的，并与主体同心。
根据本发明的再一有利实施例，芯部的直径比主体的平均直径大于或等于15％，可优选地大于或等于20％、25％、30％、35％、40％、45％或50％。
根据本发明的还一有利实施例，芯部是锥形的，并且与主体同心。
根据本发明的另一有利实施例，主体包括从切削刃沿主体延伸的至少一个螺旋槽，芯部沿纵向延伸了至少刀具的槽长。
根据本发明的又一有利实施例，芯部沿纵向延伸了主体长度的至少30％，可优选地为50％、60％、70％、80％、90％或100％。
根据本发明的再一有利实施例，主体包括附接柄，并且芯部沿纵向延伸，以停止于所述柄的端部处。
根据本发明的还一有利实施例，刀具包括主体的前端处的至少两个对称切削刃。
根据本发明的另一有利实施例，刀具包括主体的侧表面上的至少一个切削刃。
上面提到的特征对应于本发明的各实施例，并可以单独考虑或组合考虑。
附图说明
图1是根据本发明的第一刀具的平面图。
图2是依据图1的第一刀具的放大立视图。
图3是依据本发明的第二刀具的平面图。
图4是依据图3的第二刀具的放大立视图。
具体实施方式
图1和2图示了具有柱形柄、球头并具有两齿的整体HSS/碳化物刀具。该刀具以其圆整的形状使复杂三维表面得以加工。
刀具2包括将HSS柱形杆6插入其中的碳化钨主体4。该杆延伸于刀具全长，并同心地布置到主体，后者大致为柱形。刀具的上部或头部具有位于其尖端处的两个切削刃或齿8。这两个刃均具有四分之一圆形轮廓，这两个刃8沿直径相对，从而连同它们的轮廓一起形成半球形轮廓。
HSS杆或芯部6形成了两个切削刃8的中央部，而主体4形成了两个切削刃8的侧部。因此，切削刃由两种不同材料形成。
刀具还具有用于排屑的两个螺旋槽9，每个均从切削刃延伸出来。
芯部收缩到主体中，特别作为一种过盈配合。在制造刀具期间，尤其当制造主体4和芯部6时，本领域技术人员会选择尺寸和制造公差，特别是与相应直径相关联的尺寸和制造公差，这将确保两个元件之间足够夹紧，以确保摩擦连接。这些尺寸和公差取决于所涉及的材料以及刀具大小。
碳化物主体通常通过烧结制成。其组分可变，这取决于该材料的特征。它包括具有钴补充剂的80％至95％的钨和诸如铌的各种合金元件。因此，主体孔形成于制造开始时。按照常规，芯部以HSS进行制造。它然后收缩到主体中。于是，切削刃以常规方式由粗加工的主体形状和芯部形成。
图1和2中所示的刀具具有两个主要优点，即：
(i)使杆设定到刀具空心主体中会形成一接触面，能量通过摩擦可以消散经过该接触面，这取决于刀具在工作时所经历的弯曲。能量消散会抑制与铣削中有关的断续切削所引起的振动。主要振动源是双重的：受迫振动和自维持(self-sustaining)振动。受迫振动主要由偏心主轴/刀具/齿排布、切削期间的中断(例如，在铣削中是不可避免的)引起，并且从源头向机器外扩散。自维持振动所涉及的事实是，屑片的厚度取决于切削刃相对于工件的位置以及相对于之前运转(pass)的位置。因此，振动看起来因刀具每次运转而有所放大，直到振动稳定在某一水平，该水平会损坏加工面的质量。
(ii)最高性能的切削材料以最高速度工作(切削速度与切削刃和刀具旋转轴之间的距离成比例)，而最低性能的切削材料以最低速度工作。
半径比主要基于用于待加工材料中两种材料的建议切削速度。
图3和4图示了刀具发明的第二实施例，特别是具有柱形柄和两齿的整体HSS/碳化物刀具。该刀具12包括由碳化钨制成的主体14、具有柱形柄15的第一部分和对应于刀具尖端的第二部分。它具有位于其端部或前面处的两个齿或切削刃18。采用实心柱体形式的芯部16同心地定位于刀具头部中，从端部或前面延伸到刀具的柄15附近。刀具设置有用于排屑的两个螺旋槽19。芯部16从端部或前面延伸，刚刚超出槽19。
虽然芯部16并不延伸于刀具的整个长度，但是它具有与图1和2中所示刀具相同的优点，即：
(i)通过芯部和主体中相应孔之间的摩擦使能量消散。取决于各参数，诸如柄直径、刀具长度、它的工作速度以及由此产生的切削负荷，足以将芯部长度限制到刀具尖端，而不会牺牲任何振动抑制。
(ii)切削材料的最佳使用，在旋转中心处(或所述中心附近)具有较差的执行材料，而在距离旋转中心一定距离处具有较好的执行材料。
类似于图1和2中所示的刀具，形成芯部的杆16收缩到主体14的相应孔之中。
图1-4中所示的两种刀具模型仅仅作为示例给出。本发明可适用于其它的铣刀模型及刀具类型，诸如立铣刀或钻孔机。
应注意，芯部不必是柱形的。其实，它可以具有一定的锥度。在这种情况下，主体中的相应孔具有相应的锥度。
应注意，芯部不必由HSS制成。它可以由碳化物材料制成，但其性能较低。类似地，主体不必由碳化物制成。它可以由HSS制成，其具有的性能优于芯部的HSS。原则就是，选择用于芯部的材料要性能较低且更便宜，同时要维持刀具的整体性能。

Claims (21)

1.旋转刀具(2,12)，包括：
具有纵轴的主体(4,14)；
位于所述主体的前端上的至少一个切削刃(8,18)；
接合到所述主体(4,14)的芯部(6,16)，并且所述芯部(6,16)延伸在所述主体的至少一部分上；
其中
所述芯部(6,16)延伸到所述主体(4,14)的前端，并且切削刃(8,18)至少部分地由芯部材料形成；并且
所述芯部(6,16)以过盈配合收缩配合到所述主体(4,14)中，以形成能够通过摩擦而使刀具在其使用期间的弯曲振动消散的接触面。
2.依据权利要求1所述的刀具，其中，所述切削刃(8,18)部分地由所述主体(4,14)的材料形成。
3.依据权利要求2所述的刀具，其中，所述切削刃(8,18)的轮廓在所述芯部(6,16)和所述主体(4,14)之间的接头处是连续的。
4.依据权利要求1至3之一所述的刀具，其中，所述芯部(6,16)的材料不同于所述主体(4,14)的材料。
5.依据权利要求4所述的刀具，其中，所述芯部(6,16)的材料具有用于待加工的给定材料的切削速度，所述切削速度小于所述主体(4,14)的材料的切削速度。
6.依据权利要求4所述的刀具，其中，所述芯部(6,16)的材料具有用于待加工的给定材料的切削速度，所述切削速度比所述主体(4,14)的材料的切削速度小50％。
7.依据权利要求1所述的刀具，其中，所述芯部(6,16)由HSS制成，并且所述主体(4,14)由碳化物切削材料制成。
8.依据权利要求1所述的刀具，其中，所述芯部(6,16)由HSS制成，并且所述主体(4,14)由碳化钨切削材料制成。
9.依据权利要求1的刀具，其中，所述芯部(6,16)在所述主体(4,14)的前端处的表面与所述主体的相邻表面连续。
10.依据权利要求1的刀具，其中，所述芯部(6,16)是柱形的，并与所述主体同心。
11.依据权利要求10所述的刀具，其中，所述芯部(6,16)的直径大于或等于所述主体(4,14)的孔的平均直径的15％。
12.依据权利要求10所述的刀具，其中，所述芯部(6,16)的直径大于或等于所述主体(4,14)的孔的平均直径的20％。
13.依据权利要求10所述的刀具，其中，所述芯部(6,16)的直径大于或等于所述主体(4,14)的孔的平均直径的30％。
14.依据权利要求1所述的刀具，其中，所述芯部是锥形的，并与所述主体同心。
15.依据权利要求1所述的刀具，其中，所述主体(4,14)包括从所述切削刃沿所述主体延伸的至少一个螺旋槽(9,19)，所述芯部(6,16)沿纵向延伸了至少刀具的槽长。
16.依据权利要求1所述的刀具，其中，所述芯部(6,16)沿纵向延伸的范围是所述主体(4,14)的长度的至少30％。
17.依据权利要求1所述的刀具，其中，所述芯部(6,16)沿纵向延伸的范围是所述主体(4,14)的长度的至少50％。
18.依据权利要求1所述的刀具，其中，所述芯部(6,16)沿纵向延伸的范围是所述主体(4,14)的长度的至少100％。
19.依据权利要求1所述的刀具，其中，所述主体(4,14)包括柄，并且所述芯部(6,16)沿纵向延伸，以停止于所述柄的端部处。
20.依据权利要求1所述的刀具，其中，所述刀具包括位于所述主体(4,14)的前端处的至少两个对称切削刃(8,18)。
21.依据权利要求1所述的刀具，其中，所述刀具包括位于所述主体(4,14)的侧表面上的至少一个切削刃。
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