CN103391826B - 具有对称圆化切削刃的切削刀片 - Google Patents

具有对称圆化切削刃的切削刀片 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种切削刀片(21),其包括顶表面(23)、刃表面(27)和位于顶表面(23)和刃表面(27)之间的切削刃(29)。所述切削刃(29)关于中心线(CL)对称。所述切削刃(29)在该切削刃(29)的中心线(CL)上的第一点(31)处具有第一刃半径(R1)并且在该切削刃(29)的相对的并且远离其中心线(CL)的侧上的第二点(33)处具有不同的第二刃半径(R2)。第一刃半径(R1)比第二刃半径(R2)大。顶表面(23)包括在切削刃(29)和顶表面(23)的其余部分之间的刃带表面(37)。所述刃带表面(37)限定区别于顶表面的其余部分的表面。在位于切削刃(29)的中心处的所述第一点(31)处的切削刃(29)后面的刃带表面(37)的宽度不同于在所述第二点(33)后面的刃带表面(37)的宽度。

Description

具有对称圆化切削刃的切削刀片
技术领域
本发明大体涉及一种切削刀片,更具体地,涉及—种具有圆化切削刃的切削刀片。
背景技术
切削刀具中切削刃的最佳锋利度通常取决于待切割材料的性质。对于较软材料,锋利边缘的刀具可以是优选的,而对于较硬材料,锋利边缘可能过于容易断裂。对于硬质材料,已知的是珩磨或圆化切削刃。然而,过大的磨石会增大切削力和刀具温度。常规手段是,磨石应当为进刀量(feed)的大约三分之一到二分之一。参见Kennedy的“ABetterEdge”一文(ConicityTechnologies公司)(http://www/conicity.com/betteredge.htm)。
通常,磨石是沿着刀具的切削刃均匀施加的。然而,切削条件能够沿切削刃较大地改变。在前刃处,未切割的切屑厚度最重并且该前刃需要最大程度的保护。在刀具的后刃处,未切割的切屑厚度减少至接近零,而磨石保持相同的尺寸。在后刃处的切屑厚度小于磨石,因此切削刃无法有效移除材料,这能够增加摩擦力、切削力、温度和磨损率。常规技术建议,理想的是,刃半径在刀具拐角半径上应当较小,这是因为未切割的切屑厚度沿拐角半径减小。参见Kennedy的“ABetterEdge”一文(ConicityTechnologies公司)(http://www/conicity.com/betteredge.htm)。
在少数确实为切削刃提供在靠近拐角处较大的刃半径的刀具中,例如权利要求1前序部分所基于的SU1060321、US2001/0135406或EP0654317,刀片的几何形状趋于过于简单,其中圆化刃直接过渡到平坦表面。这种刀片未被设计用以促进切屑移除,并且能够对切削刃更薄弱部分具有损坏的风险。
在金属切割操作期间,诸如使用带有可替换切削刀片的切削刀具的那些操作,能够出现所谓的″沟槽磨损″,这种磨损将不利地影响工件的表面纹理并且最终削弱切削刃。如《现代金属切削实用手册》(ModernMetalCutting,APracticalHandbook)(1994年SandvikCoromant公司)第1V-15,IV-25页中所述,后刃上的沟槽磨损是典型的粘着性磨损,但是在某种程度上同样由氧化磨损引起。沟槽将形成在切削刃和材料分开的地方。因此,磨损局限在切割的结尾处,在这里空气可到达切割区域。前刃上的沟槽磨损是机械性的,往往具有较硬材料。除氧化之外,沟槽磨损的原因包括过大的切割速度和不足的耐磨性,并且补救措施包括降低切割速度,使用更耐磨等级的切削刀片,以及专用涂层。因而,希望的是提供一种控制沟槽磨损的替代技术。
发明内容
根据本发明的一方面,切割刀片包括切削刃,该切削刃关于中心线对称,该切削刃在该切削刃的中心线上的第一点处具有第一刃半径以及在该切削刃的相对的并且远离该切削刃的中心线的侧上的第二点处具有不同的第二刃半径。
附图说明
本发明的特征和优势将通过阅读以下详细说明并结合附图得到更好理解,其中相同的附图标记表示类似元件,其中:
图1A和1B分别是根据本发明的方面的切割刀片的俯视图和沿图1A的切割刀片的截面1B-1B截取的侧视横截面视图;
图2A是在图2B、3和4中所示的刀片随着加工时间的表面光洁度的曲线图;
图2B是示出在切削刃的有效工作部分的端部处具有15μm切削刃半径的刀片的显微照片;
图3是示出在切削刃的有效工作部分的端部具有30μm切削刃半径的刀片的显微照片;
图4是示出在切削刃的有效工作部分的端部具有45μm切削刃半径的刀片的显微照片;
图5是根据本发明的一方面的圆形切削刀片的透视图;
图6A和6B分别是根据本发明的一方面的切割刀片的俯视图和沿图6A的切割刀片的截面6B-6B截取的侧视横截面视图;
图7是根据本发明的一方面的刀片的侧视横截面视图;并且
图8是根据本发明的一方面的切削刀片的俯视图。
具体实施方式
图1A和1B示出根据本发明的一方面的切削刀片21。如图1B所示,切削刀片21包括顶表面23、底表面25和在底表面和顶表面之间的至少一个刃表面27。顶表面23、底表面25和刃表面27能够包括额外的表面,包括刃带表面、断屑槽表面、间隙表面、刮刃表面、支撑表面等。
刀片21在顶表面23和刃表面27的相交处包括至少一个切削刃29。在双面刀片中,切削刃29将存在于底表面和刃带表面的相交处,如图1B中虚线所示。切削刃29是切成圆角式的(radiused),并且为了论述方便,其应当被认为具有与顶表面23相切的内端39和与刃带表面27相切的底端47,然而,应当理解的是,切削刃的内端和底端不必与顶表面和刃带表面相切。
如图1A所示,切削刃29关于中心线CL对称,所述中心线CL将切削刃二等分。如图1B所示,切削刃29在切削刃的中心线CL上或其附近的点31处具有第一刃半径R1(在图1B中虚线示出),并且在切削刃的相对的并且远离切削刃的中心线的侧上的第二点33处具有不同的第二刃半径R2。虽然切削刃29能够伸出超过第二点33,但是为了论述的目的,将假设第二点限定了切削刃的工作部分的端部。刃半径可以任何合适方式形成,例如通过刷光操作(brushingoperation)。优选地,第一刃半径R1的最大值为第二刃半径R2的最大值的至少两倍大。
图1A示出在工件W的切割期间,例如在进刀量F下的车削操作期间呈现的刀片21。在这样的操作中,所述第二点33中的一个位于刀片的前刃处,并且点31位于后刃(trailingedge)处。通过使切削刃29关于中心线CL对称,刀片21能够被用于沿与图1A中所示意的方向相反的方向进行切割,使得所述第二点33中的不同的一个处于刀片的前刃,而相同的点31仍旧处于后刃。例如,能够以其中刀片21相对于工件前后移动的方式使用刀片21。然而,点31不需要位于切削刃29的工作部分的后刃处。例如,在其中切削刀片21大体沿中心线CL的方向移动的切槽或切断操作期间,点31没有位于切削刃29的工作部分的后刃处。
通过对特定的应用适当选择切削刃半径R1和R2,能够影响刀片上的沟槽磨损。通常,通过减小在切削刃的端部处,即第二点33处的刃半径,减小了沟槽长度。通常,通过增加切削刃的端部处的刃半径,减小了沟槽宽度。处理过的刃半径通过获得长的沟槽长度和窄的沟槽宽度而提高了表面光洁度。
将观察到的是,在沿切削刃29的不同位置处提供不同半径,能够导致切削刃的位置相对于切削刃的原始位置,即在提供切成圆角的切削刃之前的切削刃的原始位置改变。如果希望的是使切削刃在提供半径之后符合一个特定的形状,诸如直线,则切削刃的形状在提供半径之前能够被设计为适应不同半径,从而使得最终的形状具有期望的几何形状。
图2B-4是放大照片,其示出具有不同的切屑刃半径的切削刀片的沟槽磨损。每个刀片的几何形状均是CMP级(涂层的金属陶瓷)的DCMT11T304-F1,其中DCMT11T304是确定刀片形状、间隙角、尺寸公差等的标准ISO命名(ISO1832:2004)。F1是所使用的断屑器的名字。CMP是金属陶瓷等级。
选择用于测试的材料是528Q钢(经退火)。所选择的切割数据为连续切割状态(6分钟)下的Vc=250m/分钟,ap=0.5mm和f=0.15mm/转,其中Vc是切削速度,即工件的未切割表面经过刀具的切削刃的速度;ap是切削深度,即在径向方向上测量到的从金属工件移除的金属的厚度;以及F为进刀量,即刀具在工件的每一转下在轴向方向上移动的距离。选择用于测试的切割数据代表连续加工下的通用的精加工操作。刀片的刀刃在加工时间期间(在该情况下为6分钟)与材料连续接触。
图2A示出曲线图,该曲线图公开当利用根据本发明的三个不同刀片进行加工时的DIN51CRMo4钢的表面光洁度(Ra)。该表面光洁度(以μm为单位的Ra)已经在0、3.75、7.5和9.15分钟之后进行测量。图2A的曲线图中所示的结果涉及图2B、3和4中所示的刀片。该曲线图在x轴上示出加工时间并且在y轴上示出表面光洁度Ra。从该曲线得出的结论是,当切削刃的有效工作部分的端部处的半径R2为45μm时,与15μm相比,改善了表面光洁度。
图2B示出在切削刃的最大有效工作部分的端部处具有15μm切削刃半径的刀片。沟槽磨损在9.15分钟后在材料和刀片之间可见,出现在点33处。沟槽宽度为30μm,并且沟槽长度为61μm。
图3示出在切削刃的有效工作部分的端部处具有30μm切削刃半径的刀片。沟槽磨损在9.15分钟后在材料和刀片之间可见,出现在点33处。沟槽宽度为25μm,并且沟槽长度为67μm。
图4示出在切削刃的有效工作部分的端部处具有45μm切削刃半径的刀片。沟槽磨损在9.15分钟后在材料和刀片之间可见,出现在点33处。沟槽宽度为22μm,并且沟槽长度为75μm。
如图1A所示,切削刀片21能够包括多个切削拐角35和多个切削刃29,其中每个切削刃对应于切削拐角中的相应的一个切削拐角。刀片21能够具有额外的切削拐角,所述额外的切削拐角不带有切削刃。所述多个切削刃29中的每一个切削刃以及相应的切削拐角35能够是相同的,但不必是相同的。当从上方看刀片时,每个切削拐角35通常均具有至少一个拐角半径CR,然而,切削拐角可以在点31和33之间具有多个半径。例如,切削刃的部分或全部可以在点33和33之间弯曲。
如图5所示,切削刀片121可以是具有单个连续刃表面127的圆形刀片(当从刀片的顶表面123上方看时)。一个或多个切削刃129能够绕刃表面127和顶表面123相交处设置(以及对于双面刀片,绕刃表面和底表面125的相交处设置)。
在图1A所示的刀片21中,第一刃半径R1比第二刃半径R2大。在图6A-6B所示的刀片21′中,在沿切削刃29′的中心线CL的点31′处的第一刃半径R1′比第二刃半径R2′小(图6B中虚线所示)。
切削刃的刃半径能够在第一刃半径和第二刃半径之间变化。在图1A-1B和6A-6B所示的实施例中,切削刃29和29′的刃半径在第一刃半径和第二刃半径之间连续变化,在意义上,刃半径的变化是渐进的。然而,切削刃的刃半径在第一刃半径和第二刃半径之间非连续变化,在意义上,一个半径到另一个半径的变化是非常急剧或步进式的。
图1B显示出邻近切削刃29并且位于其后面的表面,该表面相对于刀片21的底表面25的平面PB成负角。应当理解的是,该平面PB仅仅是基准面,而底表面25不必是平坦表面。该表面能够是刃带表面37,其从切削刃29的内端39延伸,在刃带表面的后端43处过渡到另一表面(诸如断屑器表面)之前从刃表面27向内延伸一个有限距离,但是提供刃带表面不是必要的。在刃带表面与相邻表面限定非零角度,并且在刃带表面的后端43处从刃带表面到相邻表面的过渡是能够例如通过肉眼或者通过通常用来确定例如切削刀片的小物体的几何形状的测量仪器而检测到的意义上,刃带表面37通常区别于相邻表面,例如断屑器表面。所述测量仪器例如能够是光学显微镜或者SEM。刃表面27到刃带表面37的后端43的距离能够变化,或者能够是恒定的。当刃口表面27到刃带表面37的后端43的距离沿点31和33之间的切削刃29是恒定的时,从在位于切削刃的中心的第一点31处的切削刃的内端39到刃带表面的后端43的刃带表面37的宽度WL1不同于在第二点后面的刃带表面的宽度WL2。在那种情况下,当在点31处的R1比在点33处的R2大时,如图1A-1B中那样,则WL1小于WL2,而当在点31处的R1比在点33处的R2小时,如图6A-6B中那样,则WL1大于WL2。
刮刃表面(wipersurface)45能够设置在切削刃29下方,从切削刃的半径的底端47延伸到刮刃表面的底端49。从顶表面23的基准面PT到刮刃的底端49的刮刃表面45的距离能够变化或者能够是恒定的。当从顶表面的平面PT到刮刃表面45的底端49的距离是恒定时,在第一点31下方的从切削刃的半径的底端47到刮刃表面的底端49的刮刃表面45的宽度WW1不同于在第二点33下方的刮刃表面的宽度WW2。在该情况下,当在点31处的R1比在点33处的R2大时,如图1A-1B中那样,则WW1比WW2小,并且当在点31处的R1比在点33处的R2小时,如图6A-6B中那样,则WW1比WW2大。
图1B显示出与某一基准平面、诸如底表面25的平面PB形成恒定角度的刃带表面37和刮刃表面45。应当理解的是,刃带表面和刮刃表面关于基准平面的角度能够在切削刃29长度上变化。
在已经基本上如例如图1B所示就具有关于刀片的底表面的平面成负角的邻近切削刃并且在切削刃后面的表面的刀片描述了本发明的方面的同时,图7示出根据本发明的方面的刀片321能够具有关于刀片的底表面325的基准面PB成正角的邻近切削刃329并且在切削刃后面的表面,诸如顶表面323或者刃带表面,其相对于刀片的底表面325的基准面PB成正角。刀片还能够具有平行于刀片的底表面的基准面的邻近切削刃并且在切削刃后面的表面。
虽然已经就从点31到点33上下变化的刃半径大体描述了本发明,但是如图8所示,能够提供刀片21″,其中切削刃29″的刃半径能够从点31″到处于点31″和点33″之间的中间点32″向上变化(或者向下变化-未显示),然后从中间点32″到点33″向下变化(或者向上变化-未显示)。在点31″和33″处的刃半径可以是彼此相同或者不同的,而在中间点32″处的刃半径比在点31″和33″处的刃半径大(或者小-未显示)。
当前所要求保护的切削刀片最有利地是被用于具有在45到65的范围中的洛氏C硬度值的硬质材料工件的精车。
在本申请中,诸如″包括(including)″的术语的使用是开放式的,并且旨在具有与例如″包含(comprising)″的术语相同的含义,并且不排除其它结构、材料或者动作的存在。类似地,即使例如″可以″或者″可能″的术语的使用旨在是开放式的,并且体现结构、材料或者动作不是必需的,不使用这种术语并不旨在体现结构、材料或者动作是必需的。在结构、材料或者动作目前被认为是必需的程度上,它们被同样地看待。
虽然已经根据优选实施例示意和描述了本发明,但是应当认识到,在不脱离如权利要求书所阐述的本发明的情况下可以对本发明进行变化或改变。
EP专利申请No.11153153.9中的公开内容在此通过引用而并入本文,本申请要求该专利申请的优先权。

Claims (13)

1.一种切削刀片(21),包括:
顶表面(23);
刃表面(27);
切削刃(29),所述切削刃(29)在所述顶表面(23)和所述刃表面(27)之间,且所述切削刃(29)关于中心线(CL)对称,
其特征在于,所述切削刃(29)在所述切削刃(29)的中心线(CL)上的第一点(31)处具有第一刃半径(R1),并且在所述切削刃(29)的相对的并且远离所述切削刃(29)的中心线(CL)的侧上的第二点(33)处具有不同的第二刃半径(R2),所述第一刃半径(R1)比所述第二刃半径(R2)大,并且所述顶表面(23)包括刃带表面(37),所述刃带表面(37)处在所述切削刃(29)和所述顶表面(23)的其余部分之间,且所述刃带表面(37)限定区别于所述顶表面的其余部分的表面,并且在位于所述切削刃(29)的中心的所述第一点(31)处的所述切削刃(29)后面的所述刃带表面(37)的宽度不同于在所述第二点(33)后面的所述刃带表面(37)的宽度。
2.根据权利要求1所述的切削刀片(21),其特征在于,所述刀片包括多个切削拐角(35)和多个切削刃(29),每个切削刃(29)均对应于所述切削拐角(35)中的相应的一个切削拐角。
3.根据权利要求2所述的切削刀片(21),其特征在于,所述多个切削刃(29)中的每一个切削刃以及相应的切削拐角(35)是相同的。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的切削刀片(21),其特征在于,所述第一刃半径(R1)的最大值为所述第二刃半径(R2)的最大值的至少两倍大。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的切削刀片(21),其特征在于,所述切削刃(29)的刃半径在所述第一刃半径(R1)和所述第二刃半径(R2)之间变化。
6.根据权利要求5所述的切削刀片(21),其特征在于,所述切削刃(29)的刃半径在所述第一刃半径(R1)和所述第二刃半径(R2)之间连续变化。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的切削刀片(21),其特征在于,所述切削刀片(21)是双面刀片(21),所述双面刀片(21)具有在所述刀片(21)的第一侧上的至少一个切削刃(29)和在所述刀片(21)的第二侧上的至少一个切削刃(29)。
8.根据权利要求1至3中的任一项所述的切削刀片(21),其特征在于,所述刀片包括处在所述切削刃(29)下方的刮刃表面(45)。
9.根据权利要求8所述的切削刀片(21),其特征在于,在位于所述切削刃(29)的中心的所述第一点(31)处的所述切削刃(29)下方的所述刮刃表面(45)的宽度不同于在所述第二点(33)下方的所述刮刃表面(45)的宽度。
10.根据权利要求1至3中的任一项所述的切削刀片(21),其特征在于,所述切削刃(29)大致限定了所述刀片(21)的顶表面(23)和刃表面(27)之间的相交处,并且当从所述顶表面(23)上方看所述刀片(21)时,所述切削刃(29)包括至少一个拐角半径(CR)。
11.根据权利要求10所述的切削刀片(121),其特征在于,当从所述顶表面(123)上方看时,所述切削刀片(121)是圆形的。
12.根据权利要求1至3中的任一项所述的切削刀片(21),其特征在于,邻近所述切削刃(29)并且在所述切削刃(29)后面的表面相对于所述刀片(21)的底表面(25)的基准平面(PB)成负角。
13.根据权利要求1至3中的任一项所述的切削刀片(321),其特征在于,邻近所述切削刃(329)并且在所述切削刃(329)后面的表面(323)相对于所述刀片(321)的底表面(325)的基准平面(PB)成正角。
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