CN103317158B - 用于硬切削加工的陶瓷的刀片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于旋转工件的硬切削加工的陶瓷的或混合陶瓷的刀片，具有前角γ，该前角的值≤0º，其中与切屑面相接的导屑面在离开刀片的切削刃的方向上相对于刀具基准面比切屑面更陡地设置。

Description

用于硬切削加工的陶瓷的刀片

技术领域

本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的用于旋转工件的硬切削加工的陶瓷刀片。

背景技术

在车床中的工件加工通过夹紧在刀具架上的切削刀具来进行。切削刀具在此情况下以刀片或转位式刀片的形式来实施。针对在切削或车削中形成的加工材料的切屑，存在要求，即一方面切屑能够被容易地排出并且不占据过大的长度，和另一方面它们既不危害机器也不使操作人员遭受危险。由于这种要求，因此尤其是要避免带状切屑或紊乱切屑。优选的切屑形状在此是圆柱形的或者具有螺旋线形状。碎片状切屑也是优选的。

在车削情况下的工件软加工中，为此目的，具有相对于刀片的刀具基准平面凹槽式的凹部的刀片是已知的。该凹部布置在靠近切削刃处并且将切屑从切削刃处引走。它一方面会导致切屑破碎和另一方面有利地影响切屑形状。但是，刀片的这种几何形状的缺点是，它仅仅适合于软加工和精加工，因为由于凹槽式的凹部的缺口效应，刀片在具有2至8mm的较大切屑厚度的硬加工或粗加工情况下容易发生断裂。

由于其高的耐热性和硬度，陶瓷的或混合陶瓷的刀片尤其应用于硬加工。为了能够利用虽然硬但是相当脆的陶瓷刀片进行硬加工，必须防止其切削刃（刀刃）断裂（折断）。在车削技术中，为此使用没有后角（自由角）和具有0º的前角（切削前角）和与切削刃直接邻接的切屑面倒棱（第一前面）的刀片。

尽管所谓的T形倒棱的这种几何形状为陶瓷刀片提供用于硬加工和粗加工所必需的切削刃保护，但是这种刀片几何形状的切屑成形仍然是不利的。因此，依赖于车床的运行参数，始终部分地形成紊乱切屑和/或带状切屑。

发明内容

与此相对地，本发明的目的在于，提供一种用于旋转工件的硬切削加工的陶瓷刀片，它的切屑成形得到改善。

该目的通过一种具有权利要求1的特征的陶瓷刀片实现。

本发明的有利的扩展方案在权利要求2至10中描述。

用于对尤其是围绕一个旋转中心旋转的工件进行硬切削加工的、具有陶瓷或混合陶瓷的刀片具有按照DIN6851采用的（规定的）切削方向，它垂直于刀片的刀具基准面。此外，刀片具有切削刃，通过该切削刃界定切屑面（前面），该切屑面以前角（切削角）≤0º相对于刀具基准面定位。按照本发明，刀片具有与切屑面相接的导屑面，导屑面在离开切削刃的方向上相对于刀具基准面比切屑面更陡地定位。

由于导屑面由此相对于切屑面被耸起（陡起），因此经这两个面形成一个导屑台（排屑槽），它导致改善的切屑形成和排屑（切屑流出）。试验表明，该刀片由于这种几何形状特别是在使用混合陶瓷刀片情况下显示优化的切屑形成和较小的产生带状切屑或紊乱切屑的趋向。尤其是制造商NTK的材料HC7适合用作混合陶瓷。尤其是对于车削产生长切屑的材料，例如CrNiNo16/18，其尤其应用于输出轴，小齿轮轴或太阳轮轴，这是有利的。通过如此构造成的切屑面和导屑面，加工安全性提高并且机器运行时间延长，因为为了清除切屑不再需要停机。同样地，相对于用于硬车削加工的常规刀片，该刀片的寿命也提高。由此得到运行成本的节省和质量改善，以及制造中废品的减少。刀具基准面优选与刀片的支承面（定位面）平行地布置，该支承面（定位面）被设置以支承（定位）在刀架上。对于前角γ为0º的情况，切屑面平行于刀具基准面定位或不朝着刀具基准面设置。由此，相对于具有正的前角或具有锐角的楔角（尖劈角）的设计结构，刀片的断裂强度和抗变形性提高。因此，在前角γ为0º的情况，可以实现直到90º的楔角β。楔角通过切屑面和刀片的与采用的（设想的）工作平面相邻的一个自由面（切削表面或称为后面）来限定。对于负的前角的情况，切屑面被这样地朝着刀具基准面定位，即产生切削刃的一种刮削作用，由此进一步提高切削刃的稳定性。在这种设计结构中，可以实现大于90º的钝角的楔角，该楔角是优选的，以提高稳定性。按照本发明的刀片特别适用于硬加工和/或粗加工，也就是说用于大约2至8mm的接触深度或切屑厚度。在此情况下，由前角、楔角和后角（自由角）α构成的和被限定为90º，该后角在采用的工作平面和由切削刃限制的自由面（后面）之间形成。楔角总是正的并且也可以是钝角的或者说具有大于90º的值。后角总是≥0º并且优选大致为0º。为了保证90º的恒定的角度和，前角γ被如此限定，即，一旦切屑面从切削刃出发在排屑的方向上延伸离开刀具基准面或者是从刀具基准面离开地上升，则前角具有负的值。

虽然用于硬加工的陶瓷刀片的类似的导屑台在铣削技术的领域中是已知的，如其例如在文献US7837417B2中所示出的那样，但是，在车削技术中盛行这样的技术偏见，即具有导屑台的这种几何形状不适合于车削。其原因除了其它的方面以外要到铣削和车削的根本不同的接触方式（咬合方式）中寻找。另一个增加本发明的困难的情况是，直到不久之前还只有在高的费用下才能够使用非标准的刀片几何形状，因为在这种情况下必须在工件的旋转中心上手动地再调节（调准）切削刃。但是，由于按照本发明的导屑台比可比较的标准的刀片具有在刀片的支承面上方的更小的切削刃高度，因此这种再调节恰恰是必需的。只有采用现代的三轴或四轴车床才可能自动地进行这种再调节。因此，该必需的手动的再调节直到那时之前是在车削中使用按照本发明的、具有下沉的（降低的）切削刃或导屑台的刀片的一个巨大的阻力。

在本发明的优选的改进方案中，导屑面朝着刀具基准面以导屑角δ设置，导屑角δ的值优选为≥-90°和小于0º，其中，按照本发明，导屑角相对于刀具基准面比前角更陡。与前角的限定类似地，一旦导屑表面从切屑面出发在排屑的方向上从刀具基准面离开地延伸或上升，则导屑角具有负的值。对于直至大致0.1mm/每转的走刀（进给），尤其是为了精加工，约-90°至-75º的导屑角δ的值是优选的，以便在小的送刀力下通过该导屑角δ为切屑产生高的排出阻力并且由此有利地影响切屑的断裂和它的形状。对于中等加工而言，在自0.1mm/每转起至0.25mm/每转的走刀情况下，导屑角δ为约-75°至-60º，对于在0.25mm/每转和0.5mm/每转之间的走刀下的粗加工而言，导屑角δ优选为约-60°至-45º。对于大于0.5mm/每转的走刀，尤其是在重型切削情况下，导屑角δ优选为约-45°至小于0º。

优选地，前角γ的值为≤0º和≥-25°，特别优选地，它为约≤0º和≥-2º。最后提及的范围在此优选应用于一般的加工中。具有小于-2º的值的前角优选用于重型切削，尤其是用于在工件的半径上≥4mm或在周长上≥8mm的切削深度a_p,因为利用前角的较小的值实现切削刃的越来越高的稳定性。

在刀片的一个特别优选的并且有利的改进方案中，切屑面具有与切削刃相邻接的切屑面倒棱（第一前面），因此切屑面的直接与切削刃相邻接的一个小的区域比切屑面的其余部分更厚实地（或更陡地）朝着调刀具基准面设置。通过这种措施也提高了切削刃的稳定性，因为切削刃由于刮削地作用的切屑面倒棱而得到防断裂保护。在此情况下，如前所述，前角通过其余的切屑面的倾角，即不是通过倒棱的倾角被相对于刀具基准面限定。

为了优化排屑，在本发明的一个优选的改进方案中，导屑面具有凹入的、对切屑面限界的过渡面。该过渡面在排屑的方向上优选具有≥0.5mm和≤1.0mm的过渡半径R₂。过渡半径R₂提高导屑台的稳定性，因为通过它降低了缺口效应。以这样的方式，相对于在从切屑面到导屑面的过渡处的给定断裂点的倾角被减小。对于粗加工，过渡半径R₂优选具有约0.5mm至0.8mm的值，对于重型切削，具有≥0.8mm的值。

在一个特别优选的并且有利的改进方案中，刀片设计成转位式刀片并且它优选具有A或B或C或D或E或H或K或L或M或O或R或S或T或V或W形状。

在刀片或转位式刀片的一个特别优选的改进方案中，切屑面和/或导屑面在刀片或转位式刀片上是环绕地构造的。

优选地，切削刃的一种半径R₁适用于按照本发明的刀片或转位式刀片，该半径具有≥0.1mm和≤1.0mm的值。在此，大约0.1mm的值优选适用于精加工，直至大约0.3mm的值优选适用于中级加工和粗加工，以及≥0.3mm的值优选适用于重型切削（重负载加工）。

对于切屑面和导屑面的深度，其在刀具基准面中并且垂直于切削刃地进行测量，以下优选的值适用：导屑面深度B优选具有≥1mm和≤5mm的值。切屑面深度L优选具有≥1mm和≤5mm的值。

在此情况下，优选要使导屑面深度B与过渡半径R₂相适配（相协调）或者取决于该过渡半径。

一种按照本发明的、用于制造按照前面的说明的陶瓷的或混合陶瓷的刀片或转位式刀片的方法具有以下步骤：烧结该刀片的基础几何形状；和激光切割和/或磨削该基础几何形状，以产生切屑面和/或导屑面。

附图说明

以下借助于四个示意图详细说明按照本发明的刀片的两个实施例。

图1以俯视图显示了刀片的第一实施例；

图2以纵剖视图显示了按照图1的刀片；

图3以俯视图显示了刀片的第二实施例；

图4以纵剖视图显示了按照图3的刀片。

具体实施方式

按照图1和2的第一实施例显示了以混合陶瓷片构造成的S形状（方形的）的刀片1。它由制造商NTK的材料HC7制成。该材料具有大的硬度，因此该刀片尤其适用于硬材料的车削式的硬加工。刀片1的直径2在该第一实施例中为15mm。刀片1的角部4用1.6mm的角部半径R₀倒圆。倒圆的角部4在与图1的观察者面对的平面中各具有一个环绕的切削刃6。为了直接地说明刀片1上的相关的几何结构，接下来说明图2。

图2示出了沿着剖面A-A（参见图1）的按照图1的第一实施例。刀片1具有刀具基准面8，它被如此限定，即它垂直于刀片1的采用的切削方向10（按照DIN6851）布置。此外，切削刃6的一个切削点（没有示出）布置在刀具基准面8中。刀片1具有支承面11，以便支承在刀具架（刀具夹）（没有示出）上。支承面11在此情况下平行于刀具基准面8。

在按照规定操作刀片1时，工件与切削方向10平行地并且逆向地从刀片1旁运动通过。刀片1在此情况下以一定的接触深度与工件咬合，通过该接触深度确定切屑厚度。刀片1被这样地构造，即自由面12平行于刀片1的采用的工作平面。由此得出，在采用的工作平面和自由面12之间的后角α具有0º的值。此外，刀片1这样地构造，即在自由面12和切屑面14之间的楔角β具有90º的值。与此伴随地，在切屑面14和刀具基准面8之间夹成的前角γ具有0º的值。自由面12经由切削刃6相对于切屑面14分界。切削刃6在此情况下具有0.3mm的半径R₁。由于直角的楔角β，切削刃6被很好地保护避免在硬加工期间断裂。

在排屑的方向上，该排屑按照图2从左向右沿着左切屑面14进行，具有0.5mm的过渡半径R₂的过渡面16与切屑面14相邻接。该过渡面16是导屑面18的一个部段，导屑面从切屑面14出发沿着它的导屑深度B延伸。导屑面18在此情况下以-37º的导屑角δ朝着刀具基准面8设置。在此，导屑角按照前面的说明从刀具基准面8出发进行限定。

按照本发明将导屑面18相对于切屑面14和刀具基准面8耸起（陡起），这导致在车削加工工件期间有意改善的切屑形成。越来越多地出现有利的圆柱形的或螺旋形的锥状螺旋切屑。碎片状切屑也将增多地观察到。相对于常规的刀片的几何形状，尤其是T形倒棱刀片形式的刀片，带状切屑和/或紊乱切屑的形成被减少。

图3和4显示了按照本发明的刀片101的第二实施例，该刀片设计成转位式刀片。关于材料和几何参数方面，如直径2，角部半径R₀，切屑面深度L，导屑面深度B，后角α，切削刃半径R₁，楔角β，前角γ，过渡半径R₂和导屑角δ，按照图3和4的第二实施例与按照图1和2的第一实施例相同地设计。在此处，图3和4的说明因此仅仅限于与第一实施例不同的特征。

与按照图1的第一实施例的图示类似地，图3以俯视图显示了刀片101。在此处，突出的是，不仅切屑面114而且导屑面118都在刀片101上环绕地设计。此外，在刀片101在图3中示出的顶面处构造有凹槽120，该凹槽适用于将刀片定位和/或固定在刀具架上。一个过渡面116也环绕地构造在刀片上。

与按照图1和2的第一实施例的另外的不同可以从图4中看见，在该图中示出了剖面B-B，如其在图3中限定的那样。刀片101在划分线122下面具有第二切削几何结构，该划分线122在图4中以虚线示出。

该切削几何结构具有刀具基准面108，从该刀具基准面出发，导屑面218被相对于刀具基准面108以导屑角δ’下定位。导屑角δ’在此情况下在它的数值上大于刀片101的上侧面的导屑角δ或按照图1和2的第一实施例的导屑角δ。同样地，在刀具基准面108上方的、通过切屑面214和导屑面218形成的导屑台的高度H’小于在划分线122上方的、通过切屑面114和导屑面118形成的导屑台的高度H。作为另外的区别可以很好地看见，切屑面深度L’和导屑面深度B’不同于切屑面深度L和导屑面深度B。相对于刀片101的顶面，切屑面深度L’较大地和导屑面深度B’较短地构造。刀片101在图4中的下侧面具有与其顶面的切削方向10相反指向的切削方向110。

对于刀片101的底面而言，用于后角α，楔角β和前角γ的值对应于用于顶面的那些值或按照图2的第一实施例的那些值。

按照本发明的刀片也适用于铣削。

为了使缺口效应最小化，从切屑面到过渡面和从过渡面到导屑面的表面过渡优选切向恒定地构造，但是与之不同地，也可以切向非恒定地构造（弯折点）。

公开了一种用于旋转工件的硬切削加工的陶瓷的或混合陶瓷的刀片，具有前角γ，该前角的值≤0º，其中与切屑面相接的导屑面在与刀片的切削刃离开的方向上相对于刀具基准面比切屑面更陡地设置。

附图标记表

1；101刀片

2直径

4角部（刀角）

6切削刃

8；108刀具基准面

10；110切削方向

11支承面

12自由面（切削表面，后面）

14；114，214切屑面

16；116，216过渡面

18；118，218导屑面

120凹槽

122划分线

L；L’切屑面深度

B；B’导屑面深度

α后角（自由角）

β楔角

γ前角

δ；δ’导屑角

Claims (8)

1.一种用于旋转工件的硬切削加工的陶瓷的刀片，具有切削方向(10；110)，该切削方向垂直于所述刀片（1；101）的刀具基准面（8；108），和具有切削刃（6），通过所述切削刃界定切屑面（14；114；214），所述切屑面朝着所述刀具基准面（8；108）以前角（γ）≤0º设置，其特征在于，与所述切屑面（14；114；214）相接的导屑面（18；118；218）在离开所述切削刃（6）的方向上相对于所述刀具基准面（8；108）比所述切屑面（14；114；214）更陡地设置，其中所述切屑面具有与所述切削刃相邻接的切屑面倒棱，其中所述导屑面（18；118；218）具有凹的、对所述切屑面（14；114；214）限界的过渡面（16；116；216）。

2.根据权利要求1所述的刀片，其中，所述导屑面（18；118；218）朝着所述刀具基准面（8；108）以<0º且≥-90º的导屑角（δ）设置。

3.根据权利要求1或2所述的刀片，其中，所述前角（γ）为≤0º且≥-25º。

4.根据权利要求1所述的刀片，其中，所述过渡面（16；116；216）的过渡半径（R₂）在排屑的方向上为≥0.5mm且≤1.0mm。

5.根据权利要求1或2所述的刀片，其中，所述刀片设计成转位式刀片（101）。

6.根据权利要求1或2所述的刀片，其中，所述切屑面（114；214）和/或所述导屑面（118；218）在所述刀片（101）上是环绕地构成的。

7.根据权利要求1或2所述的刀片，其中，所述切削刃（6）的半径（R₁）为≥0.1mm且≤1.0mm。

8.根据权利要求1或2所述的刀片，其中，在所述刀具基准面（8；108）中并且垂直于所述切削刃（6）测量的导屑面深度（B；B’）为≥1mm且≤5mm。