CN103537738A - 机加工钛合金部件的钻孔刀具及机加工这种部件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机加工钛合金部件的钻孔刀具及机加工这种部件的方法。该钻孔刀具尤其用于机加工由钛合金制成的结构部件（46），并且包括一个支架（2），该支架在轴向方向（4）上沿一条旋转轴线（6）延伸并且在支架的末端插入多个切削镶件（12）。为形成平钻，切削镶件各自具有横向于该轴向方向延伸的一个有效镶件切削刃（20）。支架在一个面部末端中心中具有一个接收座（14），在接收座中插入一个钻尖（16）以作为可交换的镶件。钻尖具有从旋转轴线向外延伸并且与一个有效镶件切削刃邻接的至少两个尖端切削刃（30）。结果形成了至少两个有效切削齿，与用于这类应用的现有钻孔刀具相比，机加工速度至少被加倍。

Description

机加工钛合金部件的钻孔刀具及机加工这种部件的方法

技术领域

本发明涉及一种钻孔刀具，该钻孔刀具被特别形成用于机加工由钛合金制成的结构部件。本发明进一步涉及这样一种机加工方法。

背景技术

由于其特殊性质，钛或钛合金材料特别使用在例如航空器构造领域中并且在此用于所谓的结构部件，即，用于特别承担支撑功能并暴露于某种机械负荷下的部件。特别地，这些结构部件还起到用于安装转动部分例如轴的作用。

此类型的结构部件被制造成锻造的部件并且具有一种框架状结构，其中具有连接多个单独框架腹板的凹座底面的多个凹座被形成在这些单独的框架腹板之间。由于形成为锻造的零件，在锻造之后还需要进行后机加工以便使这些凹座形成希望的几何形状。确切的说，由于这种锻造操作，这些凹座最初具有一种未被准确限定的弯曲的表面几何形状。

为了机加工这些凹座，现在所提供的是一个两级过程，在此过程中首先通过平钻孔刀具来预先钻出一个盲孔，并且然后借助（粗加工）铣刀将铣削出具有所希望的形状的凹座，其方式为保留一个平坦的平面凹座底面。

目前，用于此目的的平钻孔刀具是一种模块式钻孔刀具，该刀具具有一个支架以及在末端装配到其上的多个切削镶件，如在图8中通过举例所展示的。在此，多个切削镶件被安排成相对彼此特别在旋转意义上偏离180°的两排镶件。为了形成平钻，所有切削镶件的镶件切削刃各自在在水平方向上、即垂直于该旋转轴线在一个共同平面中延伸，以便产生一个平的钻出底面。每排镶件中的这些切削镶件在径向方向上彼此间隔开而形成一个空隙，该空隙在每种情况下与来自另一排镶件的一个切削镶件在该径向方向上相重叠。因此所有镶件切削刃一起形成该平钻孔刀具的一个共同的有效切削齿。

当对由钛合金制成的这类结构部件进行机加工时，尤其是用于产生这些凹座时，通常需要相对长的机加工时间。

发明内容

发明目的

从此处着手，本发明所基于的目的是使之有可能通过短的机加工持续时间来尤其对钛合金制成的这样一种结构部件进行机加工。

目的的实现

此目的是根据本发明、通过一种具有权利要求1所述特征的钻孔刀具并且还通过具有权利要求12所述特征的方法来实现的。关于该钻孔工具所指出的这些特征和优点也可以类似地转移至该方法。

该钻孔刀具具有一个支架，该支架在轴向方向上沿一条旋转轴线延伸，并且在该支架的末端插入了多个切削镶件，这些切削镶件各自具有一个水平延伸的有效镶件切削刃。一个有效镶件切削刃在此背景下应理解为是指在切削操作过程中与该部件相接合的一个镶件切削刃。因此通过这些水平延伸的镶件切削刃形成了一个平钻。

此外该支架在其面部末端中心中具有一个接收座，该接收座中插入了一个钻尖。这个钻尖被具体形成为一个可逆地可交换的镶件，这个镶件是例如通过夹紧的方式和/或通过通常在两个保持腹板之间进行紧固的螺钉而被保持在一个凹槽中，这个凹槽在两端处在各自情况下延伸进入一个槽中。特别地是通过EP0784524B1中说明的方式（除非以下另有说明）形成该支架中的接收座还以及该钻尖。此类型的钻尖具有在径向方向从该钻孔中心或旋转轴线向外延伸的至少两个尖端切削刃。这些尖端切削刃在各自情况下与至少一个镶件切削刃邻接。这些尖端切削刃在此情况下（在该端面的一个平面视图中进行考虑）可以按弯曲的方式或者严格地在径向方向上以直线方式延伸。这两个尖端切削刃优选是通过一个凿刃而彼此连接，并且因此总体上获得了钻尖的近似S形的切削刃（在平面视图中进行考虑）。

通过向这个额外的钻尖提供与钻孔中心相交并且因此与旋转轴线相交的一个切削刃（钻孔中心和旋转轴线进一步在径向方向上在各自情况下被引导经过这些镶件切削刃），由此形成了两个有效切削齿，即在旋转轴线的每一侧上有一个有效切削齿。有效切削齿应理解为是指一起提供连续延伸的、并且在钻孔刀具的半径上没有中断的一个总切削刃的这些切削刃总和。原理上，还可以形成不只两个有效切削齿。为此目的，于是使用了具有不只两个尖端切削刃的钻尖。

由于该钻孔刀具的至少两个有效切削齿，给定了每个齿具有相同的进给速率时，部件机加工过程中的总进给速率因此可以增大至少2倍，从而实现了显著更快的机加工。为了进行在此描述的优选由钛合金制成的结构部件的机加工，进给速率通常是在每转以及每个切削齿0.08mm至0.14mm的范围内。该钻孔刀具整体通常具有近似60mm至80mm的总直径。

在一个方便的构形中，这些尖端切削刃各自具有一个外部切削区域，这个外部切削区域同样是水平的并且与这些有效镶件切削刃是处于相同的轴向高度。与这些外部切削区域一起，这些镶件切削刃因此形成了一个在横向于旋转轴线的水平平面中延伸的有效切削平面，这样使得形成了至少基本上平的钻出底面。在一个方便的构形中，该钻尖具有在轴向方向上仅在中心区域中伸出的一个尖端。这种构形具有的特别优点是：该钻孔刀具被形成为用于产生带有平的钻出底面的多个盲孔，并且与此同时，由于这些水平延伸的切削刃，有可能制作出相对于旋转轴线倾斜地定向的表面定点钻孔而不具有钻孔刀具移位的危险。

为了实现可能的最平的钻出底面，对应的外部切削区域在径向方向上延伸了该钻尖的半径的至少0.3倍并且优选地至少0.4倍。

根据一个有利的发展，这些外部切削区域在各自情况下与朝向旋转轴线的一个倾斜的切削刃邻接，其中这些倾斜的切削刃之间包括一个特别地在120°至150°范围内的钝点角。这个点角优选为140°。由于这个相对钝的角度，钻尖的轴向最前端的点被安排成在这些外部切削区域的前部并且因此在这些镶件切削刃的前部仅具有小的轴向高度，优选最多0.4mm。由于这个仅小的轴向凸起，因此在钻该盲孔时，在盲孔底面中加工出一个在钻孔中心区域仅带有小的深度的锥点。在通常接下来的并且将产生可能的最平底面的这个铣削过程中，因此仅仅需要在轴向方向上进行小的切削移除。

方便的是，在圆周方向上安排了彼此间隔开的两个切削镶件以便形成一个对应的切削齿。这些切削齿在旋转方向上或者在圆周方向上是彼此间隔开的，例如间隔开45°至75°的转动角度。这些切削镶件因此形成一个前导切削镶件和一个尾随切削镶件。为了形成一个连续有效切削刃，这些切削镶件在径向方向上是以重叠的方式安排的。进而在径向方向上通过该钻尖以重叠的方式形成了一个最靠内的前导切削镶件，这样使得一个切削齿的有效总切削刃由该倾斜的切削刃、邻接其的外部切削区域、该前导切削镶件的镶件切削刃以及下一个切削镶件的镶件切削刃构成。

在一个优选的发展中，每个尖端切削刃与两个前导切削镶件邻接，这两个前导切削镶件被安排成在径向上相对于彼此偏离而形成一个空隙，即在径向方向上形成一个排。这个空隙被这个随尾切削镶件覆盖。优选的是还对于每个切削齿提供两个尾随切削镶件。

为了有效带走在切削操作过程中产生的切屑，这些单独的镶件切削刃以及这些对应的尖端切削刃二者均被对应地指派了邻接所述切削刃的一个槽。

由于尖端切削刃与这些镶件切削刃相比相对低的切削速度，在切削操作过程中通常在尖端切削刃上形成完整的切屑，这些切屑被称为浮动切屑或者卷绕切屑。与之相比，在这些镶件切削刃上形成了较短的、断裂的碎片部分。为了避免浮动切屑材料与较短的碎片部分的混合，邻接这些尖端切削刃的第一槽从该尖端切削刃直至该支架中的一个输出（run-out）区域连续地形成，而并没有汇入这些镶件切削刃的对应的第二槽或第三槽中。同时，有利地提供的是，从这些镶件切削刃出现的这些第二槽和第三槽在轴向轮廓上汇入彼此之中。

为确保有效冷却并且还为了确保支持切屑的带走，每个切削刃，即各个尖端切削刃还有各个镶件切削刃，被指派了至少一个冷却剂通道，该至少一个冷却剂通道优选从该支架的端面上出现。

附图说明

在下文中参照附图将详细解释本发明的一个示例性实施例，在附图中：

图1：在透视图示中示出了一个模块式平钻孔刀具，

图2：示出了如图1所示的钻孔刀具的末端区域的放大视图，

图3：示出了如图1所示的钻孔刀具的端面的平面视图，

图4：通过用于识别这些单独切削刃的切削圆还以及用于识别这些不同的有效切削齿的额外辅助线示出了如图3所示的平面视图，

图5A示出了钻尖的透视图示，

图5B示出了如图5A所示的钻尖的端面的平面视图，

图5C示出了如图5A所示的钻尖的侧视图，

图6：示出了穿过如图1所示的钻孔刀具的截面视图，

图7：示出了如图1所示钻孔刀具以及结构部件，以用于展示机加工过程，并且

图8：示出了根据现有技术的常规钻孔刀具。

在这些图中，具有相同作用的部分配备有相同的参考标记。

具体实施方式

如图1所示的钻孔刀具被形成为模块式平钻孔刀具，该刀具包括一个例如由常规刀具钢制成的支架2。支架2在轴向方向4上沿一条旋转轴线6延伸，在操作过程中该支架围绕该旋转轴线在旋转方向8上旋转。支架2在其远端具有一个连接器10，支架2通过该连接器而被夹紧在机加工机器中。

多个切削镶件12（这些镶件被特别形成为二次可转位镶件）通过可逆地可交换的方式被紧固到支架2的前端上。如从图2示出的放大图示中可以看出，支架2的端面具有一个中央接收座14，在这个接收座中插入了一个可逆地可交换的钻尖16以作为一个镶件部分。如果在下文中未指出任何不同特征的话，这个钻尖还以及该钻尖被紧固在接收座14中的方法是根据EP0784524B1描述的构形来进行构形的。钻尖16是通过螺钉被紧固在底部上的，该螺钉可以经由一个中央冷却剂通道18（参见图6）从后面来操作。

支架2的前端面具有扁平形状并且位于垂直于旋转轴线6定向的一个水平面内。这些单独的切削镶件12各自具有一个有效镶件切削刃20，这些有效镶件切削刃同样位于一个共同水平面中。

在该示例性实施例中，总计八个切削镶件12被紧固在支架2上，在各自情况下四个切削镶件形成一个组以用于形成一个有效切削齿。这两个组在图4中由虚线22A、22B指示。每个组22A、22B具有两个前导切削镶件24A以及两个尾随切削镶件24B。这些前导切削镶件24A还以及这些尾随切削镶件24B各自被安排成相对于彼此在一排中横靠彼此，于是留下一个在径向方向延伸的空隙26。这一排前导切削镶件被安排成在转动意义上相对于这一排尾随切削镶件大致偏离了在45°与75°之间的一个转动角度。这两个组22A、22B的这两个互相对应的切削镶件（前导和尾随）排在各自情况下被安排成在转动意义上相对于彼此偏离了180°。

空隙26在每种情况下由内部尾随切削镶件24B覆盖。该尾随外部切削镶件24B在径向方向伸出并且限定了钻孔刀具的外部半径。总之，该钻孔刀具具有范围例如在60mm至80mm内的直径。钻尖16的直径是例如在15mm与25mm之间的范围内。

这些单独的切削镶件12的径向位置特别在图3和图4中也是清楚的，图4清晰示出了在这两个组22A、22B中被指派给彼此的这些镶件对的这些单独切削圆28A至28D。如尤其从图4可获悉，在这两个组22A、22B中分别彼此对应的这些镶件，即，例如这些内部前导切削镶件24A，各自位于相同的径向位置处、在转动意义上相对彼此仅偏离180°。

钻尖16的构形尤其从图5A至图5C是明显的。钻尖16具有一个总切削刃，这个总切削刃以近似S形的方式弯曲并且由两个尖端切削刃30构成，这两个尖端切削刃通过最前端的点32处的一个凿刃而彼此相连接。这些尖端切削刃30进而被各自细分成一个倾斜的切削刃34还以及一个水平延伸的外部切削区域36。外部切削区域36与这些有效镶件切削刃20位于同一水平面中。在这两个倾斜的切削刃34之间包括一个钝点角α，该角在该示例性实施例中约为140°。由连接这两个倾斜的切削刃34的凿刃所形成的这个最前端的点32与这些外部切削区域36在轴向方向4上间隔开一个高度H。这个高度优选地近似仅为3mm。

外部切削区域36在每种情况下在一个径向长度l上延伸，这个径向长度在该示例性实施例中大致对应于钻尖16的半径R的0.4倍。

如尤其可从图5A中获悉，邻接对应的尖端切削刃30的一个第一槽38A已经在钻尖16中形成并且进一步在支架2中延续。对应的尖端切削刃30在每种情况下在径向上向外终止于一个切削斜面40处。这样将尖端切削刃30连接到一个次级切削刃上，这个次级切削刃沿着槽38A延伸并且与钻头背部上的一个支撑斜面（图5A）邻接。

由于在机加工钛合金时在这些尖端切削刃30上形成浮动的切屑，提供了专门的预防措施以用于有效清除切屑。因此，第一槽38从尖端切削刃连续地延伸直至支架2上的一个后部输出区域。此外，这些单独的切削镶件12被各自指派有另外的槽38B、38C，这些另外的槽各自是在支架2中形成的。第一槽38A被引导成在其一定的长度上与这些另外的槽38B、38C分离。断裂的短切屑通常存在于这些另外的槽38B、38C中。为有效清除切屑，第一槽38A在支架2的区域中受到表面处理并且具有更优于这些另外的槽38B、38C的表面品质。具体的说，第一槽38A是经研磨的，而这些另外的槽38B、38C在支架2的产生过程中未受到任何研磨操作。

此外尤其从图2中可以获悉，多个冷却剂通道42从支架2的末端出现。在这个方面，每个切削镶件12被指派了一个冷却剂通道42。钻尖16的每个尖端切削刃30在支架2中也被指派了一个冷却剂通道42。如具体参见图6可以看出，这些冷却剂通道42的这些出口点是由中央冷却剂通道18供料的，这些冷却剂通道42从该中央冷却剂通道起以凿洞的方式出现。

在图6中还可以看到其中插入有钻尖16的接收座14。这个接收座14以槽缝（具体的说是一个夹紧槽缝）的方式而整体形成的。因此支架2具有两个腹板，具体的说是两个夹紧腹板，这些夹紧腹位彼此相对定位并且具有相对应的接触表面，钻尖16通过多个相对应的接触表面44（图5A）而位于这些相对应的接触表面上。如尤其从图5A中可以获悉，钻尖16的这些侧向接触表面具有一个成角度的（钝角）形状，其结果是实现了钻尖16的准确定中心。

为了说明该机加工过程，图7在示意性图示中示出了具有框架结构的一个结构部件46，该框架结构在最终状态中是由多个单独的框架腹板48形成。在这个示例性实施例中，结构部件46由钛合金构成并且是作为一个锻造的部分提供的。在锻造操作之后存在的外部轮廓50需要后机加工。首先，通过该钻孔刀具在两个框架腹板48之间产生一个盲孔。然后，在第二个机加工步骤中在所述盲孔中插入一个铣刀（在此未更详细地示出），并且接下来在两个框架腹板48之间形成一个凹座52的所希望轮廓。该凹座在此具有一个平面的凹座底面54。

在此描述的平钻孔刀具的特别优点可以从以下事实中看出，即通过将这些切削镶件12与钻尖16组合而形成了总计两个有效切削齿，并且因此机加工速度相当大地提高。由于具有这些水平延伸的外部切削区域36的这种构形，另外形成了可能的最平面的钻出底面。仅在部件46的中心区域中产生了一个小的锥点。然而，这个锥点仅在几毫米的范围内。为了产生一个平面的凹座底面54，因此将该铣刀仅在轴向方向上通过高度H来调整以便通过切削来获得更多的移除。同时，归因于最前端的点32处的尖端，确保了给定平面的部件表面时该钻孔刀具的定中心的引导。同时，这些水平延伸的有效镶件切削刃20使得限定的钻孔变为可能，即使在给定弯曲的或斜面倾斜的部件表面时也是如此，而不会使该钻孔刀具侧向地分离。

与现有技术相比，如图8所示，带有第二有效切削齿的构形是要重点强调的。在现有技术中，这些单独的切削镶件12相对彼此是各自成组安排的，这些组被定位成在转动意义上相对于彼此大致偏离180°。一个组中的这些切削镶件12在各自情况下在径向方向上是相对于彼此布置在一排中而形成一个对应的空隙26。这个对应的空隙26在每种情况下被另一个组中的一个切削镶件12覆盖。因此通过所有切削镶件12的组合而形成了仅一个共同的切削齿。

Claims (13)

1.一种尤其用于机加工由钛合金制成的结构部件的钻孔刀具，该钻孔刀具包括：一个支架（2），该支架在轴向方向（4）上沿一条旋转轴线（6）延伸并且在该支架的末端处插入多个切削镶件（12）以便形成一个平钻，这些切削镶件各自具有横向于该轴向方向（4）延伸的一个有效镶件切削刃（20），其中该支架（2）在面部末端中心具有一个接收座，在该接收座中插入了具有至少两个尖端切削刃（30）的一个钻尖（16），这些尖端切削刃从该旋转轴线（6）向外延伸并且在各自情况下与至少一个有效镶件切削刃（20）邻接。

2.如权利要求1所述的钻孔刀具，其中这些尖端切削刃（30）各自具有一个外部切削区域（36），该外部切削区域横向于该轴向方向（4）延伸并且与这些有效镶件切削刃（20）位于同一轴向高度。

3.如权利要求2所述的钻孔刀具，其中该外部切削区域（36）在该径向方向上延伸了该半径的至少0.4倍。

4.如权利要求2或3所述的钻孔刀具，其中这些外部切削区域（36）在各自情况下与朝向该旋转轴线（6）的多个倾斜的切削刃（34）邻接，这些倾斜的切削刃之间包括特别地在120°至150°范围内的一个点角（α）。

5.如以上权利要求之一所述的钻孔刀具，其中该钻尖（16）具有位于该旋转轴线（6）上的一个最前端的点（32），这个点在该轴向方向（4）上超出这些有效镶件切削刃（20）伸出了至多0.4mm的一个高度（H）。

6.如以上权利要求之一所述的钻孔刀具，其中每个尖端切削刃（30）被指派了在该旋转方向（8）上相对彼此偏离的至少两个切削镶件（12），确切的说是一个前导切削镶件（24A）和一个尾随切削镶件（24B），该至少两个切削镶件在该径向方向上以重叠的方式相对彼此偏离。

7.如权利要求6所述的钻孔刀具，其中每个尖端切削刃（30）被指派了两个前导切削镶件（24A），这两个前导切削镶件在该径向方向彼此间隔开一个空隙（26），该空隙在该径向方向上由该尾随切削镶件（24B）覆盖。

8.如以上权利要求之一所述的钻孔刀具，其中在该支架（2）中延伸的一个槽（38A，B，C）对应地与这些尖端切削刃（30）以及这些镶件切削刃（20）二者邻接。

9.如权利要求8所述的钻孔刀具，其中邻接这些尖端切削刃（30）的这些槽具有高于邻接这些镶件切削刃的这些槽的表面品质。

10.如权利要求8或9所述的钻孔刀具，其中邻接这些尖端切削刃（30）的这些槽（38A）在它们的整个长度上与邻接这些镶件切削刃（20）的这些槽（28B，C）分开地延伸。

11.如以上权利要求之一所述的钻孔刀具，其中每个切削刃（20，30）被对应地指派了尤其在该端面上出现的至少一个冷却剂通道（42）。

12.一种用于机加工一个部件、尤其是由钛合金制成的一个结构部件（46）的方法，在该方法中借助于如以上权利要求之一所述的钻孔刀具制作出一个盲孔。

13.如权利要求12所述的方法，在该方法中将一个铣刀插入这个钻出的盲孔中并且从该部件（46）中铣削出具有平面凹座底面（54）的一个凹座（52），其中，为此在该轴向方向（4）上从该盲孔的钻出的底面开始执行材料去除，该材料去除的深度（H）对应于该钻尖（16）的一个最前端的点（32）伸出超过这些镶件切削刃（20）的高度。

Images