CN105269282A - 制造切削刀具的方法以及切削刀具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生产切削刀具(1)的方法和切削刀具，该方法包括步骤：提供具有切削刀刃(5)的切削刀具毛坯，该切削刀刃由截面楔角(β)限定。该楔角具有沿着切削刀刃的变化，并且以每长度单位的切削刀刃恒定的材料移除率从切削刀刃移除材料，以便形成沿着切削刀刃的刃口倒圆的相应变化。本发明进一步涉及包括切削刀刃的切削刀具，其中，该切削刀刃由截面楔角限定，该楔角具有沿着切削刀刃的变化，并且其中，切削刀刃具有沿着切削刀刃的刃口倒圆的相应变化。

Description

制造切削刀具的方法以及切削刀具
技术领域
本公开涉及一种制造切削刀具的方法，并且涉及一种切削刀具，该切削刀具包括切削刀刃，该切削刀刃具有沿着该切削刀具的切削刀刃的刃口倒圆(edgerounding)的变化。
背景技术
切削刀具用于在各种类型的加工操作中，例如车削，钻削以及磨削操作，对材料优选是金属材料进行加工。在加工期间，切削刀具的切削刀刃的不同部分可能经受例如与切削速度、进给量等有关的不同加工条件。
因此，需要针对不同加工条件优化切削刀刃的不同部分，以优化切削刀具的切削性能。期望在切削速度较低或进给量较大的切削刀刃的部分处提供较坚固的刀刃，而在切削速度较高或进给量较小的地方提供较锋利的刀刃。
鉴于此，EP2484467A1公开了切削刀片，该切削刀片具有切削刀刃，该切削刀刃在切削刀刃的第一点处具有第一半径，并在沿着切削刀刃的第二点处具有不同的第二半径。其公开了刃口半径可通过刷擦操作来形成。
为了通过刷擦来形成EP2484467A1中公开的在沿着切削刀刃的不同部分处具有不同的第一和第二半径的切削刀刃，在不同的部分处需要不同程度的刷擦，这意味着复杂的制造工序。
因此，期望提供制造切削刀具的改进方法以提供沿着切削刀刃的刃口倒圆的变化，以及提供一种切削刀具，其能够简化制造以便得到沿着切削刀刃的刃口倒圆的变化。
发明内容
本发明的目的在于满足这些需求。特别地，一个目的在于，提供切削刀具以及生产切削刀具的方法，其中沿着切削刀刃的刃口倒圆的变化可通过简单、快速且可靠的生产手段实现。
因此，本发明涉及生产切削刀具的方法，该方法包括以下步骤：
提供具有切削刀刃的切削刀具毛坯。该切削刀刃由截面楔角限定，该楔角具有沿着切削刀刃的变化。该方法进一步包括从切削刀刃移除材料，以每长度单位的切削刀刃恒定的材料移除率，以便形成沿着切削刀刃的刃口倒圆的相应变化。
由此该方法提供一种简单、快速且可靠的实现具有沿着切削刀刃的刃口倒圆的变化的切削刀具的方法。通过以每长度单位的切削刀刃恒定的材料移除率从切削刀刃移除材料，沿着切削刀刃的楔角的变化将提供沿着切削刀刃的刃口倒圆的变化。所得到的沿着切削刀刃的刃口倒圆的变化因此对应于沿着切削刀刃的楔角的变化。较大的楔角将导致较大半径的刃口倒圆，从而形成较坚固的刀刃，而较小的楔角将导致较小半径的刃口倒圆，从而形成较尖锐的刀刃。
材料可通过湿式喷砂、干式喷砂、放电加工或激光处理(即，激光切除)来移除。因为这些方法可用于提供每长度单位的切削刀刃恒定的材料移除率，所以该方法的加工参数可在整个切削刀刃上维持恒定，从而简化了工艺。
恒定的材料移除率可在每长度单位的切削刀刃每单位时间100-600μm2的范围内，优选在每长度单位的切削刀刃每单位时间200-500μm2的范围内，更优选在每长度单位的切削刀刃每单位时间300-400μm2的范围内。由此可取得刃口半径的合适范围。
切削刀刃在切削刀刃的截面中可具有恒定的刃口半径，即，由圆弧段形成，或者刃口半径可在切削刀刃的截面中变化，即，形成非对称刀刃。非对称刀刃可由沿着前刀面的刃口倒圆的长度W和沿着间隙面的刃口倒圆的长度H限定，优选其中W/H＞1。这样的非对称的示例在EP0654317A1中公开。
所得到的刃口倒圆的半径在10-70μm的范围内，优选在15-45μm的范围内，例如15-50μm，更优选在20-40μm的范围内。因此，可得到刃口半径的范围以优化整个切削刀刃的切削性能。
楔角可通过对烧结体进行研磨而形成在切削刀具毛坯上，或者于烧结之前在切削刀具生胚的模制期间形成。因此，可在适于进一步加工的切削刀具毛坯中实现具有沿着切削刀刃的变化的楔角。
该方法可包括在从切削刀刃移除材料的步骤之后在切削刀具毛坯上施加硬质涂层的另一步骤。因此，可进一步改善具有沿着切削刀刃的刃口倒圆的期望变化的切削刀具的性能。
本发明进一步涉及具有切削刀刃的切削刀具，其中，该切削刀刃由截面楔角限定，该截面楔角沿着切削刀刃变化，并且其中，切削刀刃具有沿着切削刀刃的刃口倒圆的相应变化。
因此，沿着切削刀刃的刃口倒圆的变化可通过这里描述的简单、快速且可靠的加工方法实现。切削刀具优选可通过这里描述的方法得到或者是可得到的。
切削刀具可为车削刀具(包括通常的车削、攻丝、钻削、开槽、截割等)或钻削刀具，或用于车削或钻削的切削刀片。在车削和钻削期间，该刀具经受具有最小振动的稳定切削。因此，在这些类型的操作中，切削刀具可有利地利用在刀具的不同部分处的较尖锐(并因此较脆)的刀刃，而不会损害刀刃的耐久性。在断断续续的加工操作(例如铣削)中，会产生振动，这需要在整个切削刀具上更坚固的刀刃。
切削刀刃可由具有楔角的楔形截面形成，(所述楔角具有沿着切削刀刃的变化)，即，对应于由两条相交的直线形成的截面形状。可替代地，楔角可由具有沿着切削刀刃的变化的其它类型的截面形状形成。然后，该形状形成具有沿着切削刀刃的变化的楔角。截面形状可由两条相交的线形成，所述线是直的、凸的、凹的或其组合，并在相交点处限定楔角。
楔角可沿着切削刀刃在60到100度的范围内，优选在70到90度的范围内。因而，可实现刃口半径的适合范围。
楔角沿着切削刀刃的变化可在5-35度的范围内，优选在10-30度的范围内，更优选在15-25度的范围内，或者沿着切削刀刃，在10-20度的范围内。因此，可实现刃口半径的适合范围。
楔角的变化可通过间隙角沿着切削刀刃的变化而得到。因此，切削刀具的前角可保持不变以维持切削刀具的期望切削性能。
楔角的变化优选沿着切削刀刃是连续的。当应用于切削刀具刀片时，形成楔角的间隙角的变化可限制在距离切削刀刃的刀具的一部分上(例如1mm)，这意味着不一直延伸到刀具的另一面，因此提供了制造在两边都有切削刀刃的切削刀具的特征(例如负型刀片(negativeinsert))。
切削刀具可具有鼻部和前缘和/或后缘，而并目在鼻的楔角可小于在前缘和/或后缘的楔角，由此在鼻部处的刃口倒圆的半径可小于在前缘和/或后缘处的刃口倒圆的半径。通常，在切削刀具的鼻部区域处的切削性能与在前缘和/或后缘处的切削性能不同，由此期望在鼻部区域处具有比在前端和/或后缘处更锋利的刀刃。
楔角可从鼻部的末端朝向前缘和/或后缘逐渐增大，由此刃口半径从鼻部的末端朝向前缘和/或后缘逐渐增大。
切削刀具可为烧结的硬质合金体或立方氮化硼体。
本发明进一步涉及使用这里描述的切削刀具来加工不锈钢或钛合金。不锈钢和钛合金难以加工，且重要的是，提供了一种切削刀刃，其具有沿着切削刀刃的不同部分优化局部切削性能的锐度，例如在切削刀具的鼻部区域处具有较锋利的刀刃。
附图说明
图1在俯视图中示出切削刀具，指示了切削刀刃的II-II剖面。
图2示出了II-II剖面中的切削刀具的切削刀刃。
图3示出了切削刀具的透视图，指示了切削刀刃的II-II剖面。
图4示出了II-II剖面中切削刀具的切削刀刃的细节，具有刃口倒圆。
图5示出了沿着参考切削刀具刀刃的刃口的半径rβ以及相应的楔角的测量。
图6示出沿着具有楔角的变化的切削刀具(变型A)的切削刀刃的刃口半径rβ以及相应的楔角的测量。
图7示出沿着具有楔角的变化的切削刀具(变型B)的切削刀刃的刃口半径rβ以及相应的楔角的测量。
图8示出沿着具有楔角的变化的切削刀具(变型C)的切削刀刃的刃口半径rβ以及相应的楔角的测量。
图9示出取决于楔角β以及每单位刀刃长度每单位时间的材料移除率的所得到的刃口半径rβ的示例。
定义
楔角β限定为在切削刀刃截面中在前刀面和后刀面(flanksurface)之间的角度。
具体实施方式
在图1和3中，分别在俯视图和透视图示出切削刀片1形式的切削刀具。切削刀片包括硬质材料，例如硬质合金(WC)或立方氮化硼，构成的形体2。切削刀片设置有前刀面3，前刀面3在操作期间面对待被加工的材料。该切削刀片进一步包括一个或多个侧面(或间隙面)4。在示出的示例中，切削刀片是转位切削刀片，其具有四个可转位的切削位置，并因此具有四个类似的侧面。在前刀面和侧面之间的相交处，限定了切削刀刃5，切削刀刃5在该情形中连续地围绕切削刀片。取决于切削刀片在加工操作期间的定向，切削刀刃的不同部分限定了前缘、后缘以及鼻部区域。前缘6是与待被加工材料相接的刀刃。取决于切削刀片的结构以及加工参数，后缘7可以与或可以不与待被加工的材料接触。在前缘和后缘之间，限定了例如具有鼻部半径的鼻部区域8。
图2示出图1和3中的切削刀片的剖面图，在由II-II表示平面中，示出前刀面3、间隙面4以及切削刀刃5。
在图4中，示出了图2中的切削刀刃5的细节图，具有前刀面3和间隙面4。示出了楔角β和间隙角γ，以及具有刃口半径rβ的刃口倒圆。在从刀刃移除材料之前的切削刀刃的理论形状由点线示出。
在下面，将更详细地描述用于车削操作的切削刀片的示例，然而同样的考虑也适用于例如钻削刀具。
重要的是要注意到，在加工操作期间，每单位刀刃长度的由切削刀具切削的材料的量沿着切削刀刃是不同的。例如在车削中，在前缘处每单位刀刃长度切削的材料的量比在鼻部区域处的大。这是因为切削刀片被定向成使得前缘或多或少地与待被加工的材料的方向对准。另一方面，鼻部区域处的切削刀刃不与待被加工的材料的进给方向对准。因此，被切削刀刃切削的材料的量在前缘和鼻部区域之间不同。在前缘处，每单位刀刃长度切削的材料的量比在鼻部区域处大。因此，在前缘处，更坚固的刀刃是优选的。还期望在前缘处具有更大的楔角，以改进在加工期间切削刀片中的热能的散逸。因为鼻部区域中刀刃的未切的切屑的厚度(uncutchipthickness)较小，所以在该区域中，更锋利的刀刃是优选的。
因此，切削刀片设有沿着切削刀刃的楔角的连续变化，使得楔角在前缘处较大，而在鼻部区域中较小。因此，切削刀片被构造成使得楔角在鼻部处比在前缘和/或后缘处小。楔角从鼻部的末端朝向前缘和/或后缘逐渐增大，因此刃口半径从鼻部末端朝向前缘和/或后缘逐渐增大。楔角由切削刀刃的楔形截面形成。楔角的变化通过间隙角(图4中的γ)沿着切削刀刃的变化得到。
楔角沿着切削刀刃在60至100度的范围内，优选在70至90度的范围内。楔角沿着切削刀刃的变化在5-35度的范围内，优选在10-30度的范围内，更优选在15-25度的范围内，或者沿着切削刀刃，在10-20度的范围内，。
楔角沿着切削刀刃的变化优选在切削刀片的生胚的模制期间形成，即在切削刀片的烧结之前形成。可替代地，楔角沿着切削刀刃的变化可在烧结之后，通过对切削刀片的形成切削刀刃的外周进行研磨来形成。
借助于例如湿式喷砂、干式喷砂、刷擦、放电加工或激光处理而从烧结的切削刀具的切削刀刃移除材料。以每长度单位的切削刀刃恒定的材料移除率来移除材料。
由于沿着切削刀刃的楔角的变化以及沿着切削刀刃以每长度单位的刀刃恒定的材料移除率来移除材料的结合，刃口倒圆的半径在鼻部处比在前缘和/或后缘处小。
因此，切削刀片在鼻部区域处设有较锋利的刀刃，且在前缘处设有较坚固的刀刃。
示例
公开了四组切削刀片。通过保持CNMG-120408-MM刀片的前刀面不变以及借助于外周研磨来改变间隙面而产生所有的四个组中的楔角。在所有的变型中，切削刀片的前缘具有90°的楔角。从鼻部的在前缘上的开端部分开始，在变型A、B和C中，楔角分别减小到在鼻部的中间的最小80°、70°和60°，在此之后，在所有的变型中，楔角在鼻部的与后缘相遇的末端部分处增加，回到90°。其中楔角是90°且沿着切削刀刃恒定的参考刀片被包括在该切削刀片组中。这些不同组的切削刀具的楔角(和间隙角)在表1中示出。
表1四组不同的切削刀片的示例
在单个工艺中，在湿式喷砂机器中用Alox(氧化铝粒度)220以2.5巴的喷砂压力对刀片进行喷砂。对90度楔角的目标切削刀刃刃口半径为55μm。在喷砂工艺之后，沿着前缘并在鼻部边缘上测量刃口半径。还沿着这一段切削刀刃长度测量楔角。
在图5-8中示出参考刀片(图5)以及不同的变型A(图6)、B(图7)和C(图8)的沿着切削刀刃的该段长度测量的刃口半径(a和b)和楔角(c和d)。每个数据点代表在切削刀刃上的截面测量。示出了切削刀刃的前缘(a和c)以及鼻部部分(b和d)的测量。存在有在刀刃的前缘上的24个截面，以及在刀刃鼻部部分上的24个截面。两个测量点之间的平均距离为70μm。
如在图5-8中能够看到的，在沿着切削刀刃的不同位置处的楔角和刃口半径之间存在较强的相关性。当楔角在鼻部区域(见图5-8d)中减小时，刃口半径也减小(见图5-8b)，且因此在所有的三个变型中产生可变的刀刃微观几何形状。楔角的30％的减小(从90°到60°)将导致刃口半径值的几乎35％的减小。
在图9中，示出了的变化的楔角和每长度单位的刀刃的材料移除率的效果。材料移除率(materialremoverate)限定为每长度单位的刀刃以及每单位时间的材料体积的移除。该曲线图示出了对于七种不同的材料移除率Q(从每单位刀刃长度每单位时间50μm2到每单位刀刃长度每单位时间500μm2)，这取决于楔角β所得到的刃口半径rβ。从该曲线图可以清楚看出，刃口半径rβ随着减小的楔角β而减小。材料移除率优选在每长度单位的刀刃每单位时间100-600μm2的范围内，或者在每长度单位的刀刃每单位时间200-500μm2的范围内，或者在每长度单位的刀刃每单位时间300-400μm2的范围内。

Claims (18)

1.一种制造切削刀具(1)的方法，所述方法包括以下步骤：
提供具有切削刀刃(5)的切削刀具毛坯，所述切削刀刃(5)由截面楔角(β)限定，其中，所述楔角具有沿着所述切削刀刃的变化，
以每长度单位的刀刃恒定的材料移除率从所述切削刀刃移除材料，以便形成沿着所述切削刀刃的刃口倒圆的相应变化。
2.根据权利要求1所述的方法，其中材料是通过湿式喷砂、干式喷砂、刷擦、放电加工或激光处理来移除的。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述恒定材料移除率处在每长度单位的刀刃每单位时间100-600μm2的范围内，优选处在每长度单位的刀刃每单位时间200-500μm2的范围内，更优选处在每长度单位的刀刃每单位时间300-400μm2的范围内。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所形成的刃口倒圆具有在10-70μm的范围内，优选在15-45μm的范围内，更优选在20-40μm的范围内，的半径(rβ)。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述楔角通过对烧结体进行研磨而形成在所述切削刀具毛坯上，或者在烧结之前在切削刀具生胚的模制期间形成。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述方法包括：在从所述切削刀刃移除材料的步骤之后，对所述切削刀具毛坯施加硬质涂层的另一步骤。
7.一种包括切削刀刃(5)的切削刀具(1)，其中，所述切削刀刃(5)由截面楔角(β)限定，所述楔角具有沿着所述切削刀刃的变化，并且其中，所述切削刀刃具有沿着所述切削刀刃的刃口倒圆的相应变化。
8.根据权利要求7所述的切削刀具，所述切削刀具是通过根据权利要求1至6中的任一项所述的方法得到的。
9.根据权利要求7或8所述的切削刀具，其中，所述切削刀具是车削刀具或钻削刀具，或是用于车削或钻削的切削刀片。
10.根据权利要求7至9中的任一项所述的切削刀具，其中，所述切削刀刃(5)由具有沿着所述切削刀刃变化的楔角(β)的楔形截面形成。
11.根据权利要求7至10中的任一项所述的切削刀具，其中，沿着所述切削刀刃，所述楔角(β)在60至100度的范围内，优选在70至90度的范围内。
12.根据权利要求7至11中的任一项所述的切削刀具，其中，所述楔角(β)沿着所述切削刀刃的变化在5-35度的范围内，优选在10-30度的范围内，更优选在15-25度的范围内，或者沿着所述切削刀刃，在10-20度的范围内。
13.根据权利要求7至12中的任一项所述的切削刀具，其中所述楔角(β)的变化通过间隙角(γ)沿着所述切削刀刃的变化来得到。
14.根据权利要求7至13中的任一项所述的切削刀具，其中所述楔角(β)的变化是沿着所述切削刀刃连续的。
15.根据权利要求7至14中的任一项所述的切削刀具，其中所述切削刀具具有鼻部(8)和前缘(6)和/或后缘(7)，并且其中，所述楔角(β)在所述鼻部(8)处比在所述前缘(6)和/或所述后缘(7)处小，由此所述刃口倒圆在所述鼻部处具有比在所述前缘和/或所述后缘处小的半径(rβ)。
16.根据权利要求15所述的切削刀具，其中所述楔角(β)从所述鼻部(8)的末端朝向所述前缘(6)和/或所述后缘(7)逐渐增大，由此所述刀刃半径从所述鼻部(8)的末端朝向所述前缘和/或所述后缘逐渐增大。
17.根据权利要求7至16中的任一项所述的切削刀具，其中，所述切削刀具毛坯是烧结的硬质合金体或立方氮化硼体。
18.根据权利要求7至17中的任一项所述的切削刀具(1)加工不锈钢或钛合金的用途。
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