CN1063708C - 拐角处具有五个不同半径区段的可转位刀具 - Google Patents

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Abstract

一种用于车削的可转位的切削刀具，在每个用于切削的拐角部分，具有一组至少五个半径不同的圆弧区段(5A、5A’、5B、5B’、5C)。中部区段(5C)具有第一半径(rε)，两个相邻的区段(5B、5B’)均具有第二半径(r2)，位于这两个区段外侧的两个区段(5A，5A’)均具有第三半径(r3)，这些半径的关系是：r3>Rε>R。可能的是：两个具有第四半径(r4)的第四区段也可设置在与第三区段(5A、5A’)相邻的外侧。具有以这种方式改进的刀尖半径的切削刀具比具有恒定半径的切削刀具能更好地改善表面粗糙度。而且，对正确进给角的定位的敏感性明显降低了。

Description

拐角处具有五个不同半径区段的可转位刀具
本发明涉及一种旨在用于车削的金属切削刀具，这种刀具通常是可转位的，也就是说，它有一个以上的可用于切削的刀尖，当一个刀尖钝了之后，该刀具可以转动一下其位置，即分度，从而另一个刀尖就可用于切削。
对各种车削加工而言，进给速度与刀尖半径具有一定的相互关系，刀尖半径即主刀刃和副刀刃之间的过渡半径。因而，对粗加工来讲，应选择尽可能大的刀尖半径，以使刀刃有大的强度。另一方面，刀尖半径过大则会造成振动。因而对精加工来讲，通常应选择较小的刀尖半径，一般应小于2mm。较小的刀尖半径也有缺点，就是加速了刀具的磨损，影响了刀具的寿命和性能。工件表面的加工质量尤其受到了刀尖半径和进给速度之间的关系的影响。
主刀刃和进给方向之间的夹角称为进给角。该进给角对各切削分力之间和相互关系会有很大的影响，因而对表面粗糙度和尺寸精度也有较大影响。副刀刃和进给方向之间的夹角叫做后角，该刀具的后角影响着车削加工零件表面的粗糙度。对某个刀具来说，不可能只改变进给角而不同时也改变了后角。因此，表面粗糙度和尺寸精度受进给角的大小变化影响很大。
各种车削加工的基本问题都是不易达到理想的粗糙度。有时要通过提高切削速度。使刀面角为零或为正等方法来改善表面粗糙度。然而，进给角的大小调整仍然灵敏地影响着表面粗糙度。
因此，本发明的第一个目的是改善加工表面的粗糙度。
本发明的第二个目的是降低进给角大小的不同对车削刀具所获得的零件表面粗糙度的影响。
为了实现上述目的，本发明提出了一种旨在用于车削的切削刀具，包括上表面、下表面和至少三个侧面，下表面在本质上平行于所述上表面，侧面在上下两表面之间延伸，相邻两侧面的过渡部分为刀尖的曲面部分，上述表面与侧面或刀尖曲面的相交线均构成了刀刃，其特征在于，刀尖处的刀刃至少可分为五个半径不同的圆弧区段。
有利的是，与刀尖处的刀刃相邻的刀尖的曲面部分也相应地至少有一部分分成至少五个圆柱面区段。
在刀尖的曲面部分的整个高度内，从上表面至下表面，可被分成所述的各圆柱面区段。
上述五个区域至少有三种不同的半径，相邻的区段总是具有不同的半径。
刀尖部分的中分面与具有第一半径rε的第一区段相交，在第一区段的两侧分别相接第二区段，两个第二区段的第二半径r2在本质上大小相同，这两个第二区段又分别相接一个第三区段，两个第三区段的第三半径r3在本质上也是大小相同的，并且有下列关系成立：
r3＞rε＞r2
在第三区段和相应的侧面之间还可进一步设有两个区段，这两区段的第四半径r4在本质上是相同的。
上述两个半径的最小差异为0.2mm。
第一半径rε在0.4～1.6mm之间，第二半径r2在0.4～1.5mm之间，第三半径r3在4～8mm。
第一区段所对应的扇形的中心角α在5°～90°之间，与两个本质上大小相同的扇形所对应的第二区段的中心角β在10°～40°之间，与两个本质上大小相同的扇形所对应的第三区段的中心角δ在1°～15°之间。
第四半径r4在0.2～1.0mm之间，所对应的扇形的中心角σ在15°-35°之间。
下面结合附图对本发明的几个推荐的实施例进行说明，这些实施例仅是为了便于说明，但本发明并不仅局限于此，其中的附图有：
图1是根据本发明的车削刀具的一个拐角部分的透视图。
图2是根据本发明的车削刀具的一个拐角部分的俯视图，图示出了不同半径的各区段。
图3是本发明另一种车削刀具的一个拐角部分的俯视图，图示出了不同半径的各区段。
图4是不同半径区段的示意图，这几个区段可包含在根据本发明的一个拐角部分。
图5是根据本发明的不同进给速度对工件表面粗糙度的影响的曲线图。
图1图示了根据本发明的车削刀具的一个拐角部分，即刀尖部分，该部分可以是单面刃的，也可以是双面刃的。这种刀具可由硬质合金制成，也可由各种陶瓷材料制成。由于制造成本的原因，该刀具特别适于直接锻压成形。根据本实施例(见图1)，每个用于切削的拐角部分在上表面侧(在双面刃的刀具中则在上下两个表面上)设有一个弯曲的凸出部分1，我们的申请号为No.9301132-8(WO-A-94/22622)的瑞典专利中也有这样的结构，该专利的内容也包含在本说明书中以供参考。
在该刀具的上表面上有一边缘3，该边缘3不仅设置在刀刃2和2′上，也设置在拐角部分的切削刃上，边缘3所处的平面在本质上垂直于刀具的侧面4和4′，也垂直于刀具的拐角部分的曲面5。斜面部6从边缘3开始向下向内倾斜。弯曲的凸出部分1叠落在倾面部6上，形成了拐角表面部分7。该切削刀具是菱形的，如图1所示的拐角部分大致有80°。然而，该切削刀具也可是方形的、矩形的、三角形的或六角形的。当刀具呈六角形时，也可以是所谓的三方刀具。
本发明的特征在于，拐角部分具有不同半径的区段，如图2、3和4所示。数次试验的结果表明，拐角部分具有不同半径的区段和拐角部分半径不变的情况相比，加工零件的表面粗糙度要好得多，同时，进给角的大小不同也不再过于敏感地影响零件的表面粗糙度。半径的变化可对称于拐角部分的中分面；然而，尤其推荐半径的分布在中分面的两侧依次对称分布。其优点是，该刀具的左右转动换位是对称的，既可以向左转动一个位置，也可以向右转动一个位置，也就是说，可以采用左侧夹持器也可采用右侧夹持器。进一步说，几何对称的拐角部分使得其不仅轴向对称，径向也对称。
为了便于同半径的区段，图2和图3中再现了假想的扇形。图2所示的拐角部分大致呈80°角，分为五个不同半径的区段，或者说五个不同半径的圆柱面5A、5B、5C、5A′和5B′。中间区段的半径为rε。区域5B和5B′的半径在本质上是相同的，为r2。另外，区域5A和5A′的半径在本质上也是相同的，为r3。对于本发明的所有切削刀具，下式均成立，即：
r3＞rε＞r2
两个不同半径的最小差异为0.1mm，推荐值为0.2mm，尤其是以0.3mm为好。只要三个不同半径达到了这种最小差异，它们的变化范围是很大的。因而，rε可在0.2至5mm之间，以0.4～3.2mm为好，以0.4～1.6mm为更好。半径r2可在0.1～4mm之间，以0.2～3.2mm为好，以0.4～1.5mm为更好。半径r3可在1～10mm之间，以2.4～10mm为好，以4～8mm为更好。
根据切削刀具的拐角部分的不同半径区域，假想扇形的中心角α、β和δ也可在较大范围内变化。然而，考虑到刀具的理想的转位对称性，区段5A和5A′的中心角δ在本质上应大小相同。中心角β也应在大小相同。一般地说，中心角α应在1°～145°之间，以5°～90°为好，以10°～40°为更好。每个β角应在1°～45°之间，以10°～40°为好，以15°～35°为更好。每个角δ应在1°～90°之间，以1°～15°为好，以2°～10°为更好。
根据本发明的推荐实施例，尤其是在拐角部分角度较小的情况下(如小于80°)，也可以在拐角部分的中分面的两侧对称地设置第四个半径r4。如图3所示，半径r4分别位于区段5A与侧面4之间和区段5A′与侧面4′之间。半径r4应至少比半径r3小1mm，在0.1～5.0mm之间为适宜，以0.1～2.4mm为好，以0.2～1.0mm为更好。相应的中心角σ应在1°～45°之间，以5°～40°为好，以15°～35°为更好。
半径不同的各区段的连接应是相切过渡的。因而，举例来说。半径为r2的区段过渡至半径为r3的区段的切点也恰好是半径为r3的区段的切点。其结果是，各区段是平滑过渡的，因而对进给角的正确调整也就不再敏感了。
图4图示了半径不同的各区段，其中包含了根据本发明的改进的拐角部分。直线2和2′表示两个相邻的刀刃。在刀刃与中分面B相交的区域内，在半径为r2的圆的径向的外侧设置了两个半径为rε的区段，从而使半径为r2和r3的两圆在中分面的每一侧形成了一个交点，即过渡点。在该交点和刀刃2(或2′)之间，还有交点或者说过渡点，即半径为r3的区段和半径为r2的区段间的交点。在该交点或者说切点处形成了刀刃2(或2′)的后角θ。后角θ在4°～29°之间为适宜，以3°～7°为好，这是对菱形刀具或者说三方刀具而言的。
为了比较的目的，对本发明的切削刀具和传统的刀尖部分半径不变的车削刀具都进行了试验，并进行了比较。两种刀具的刀尖都呈80°的角。本发明的刀具的参数为：
rε=0.79mm    α=24°
r2=0.65mm     β=31°
r3=4.7mm      δ=7°传统刀具的刀尖半径rC为0.79mm。两种刀具都有如图1所示的用于切削的几何形状，后角θ均为5°。
对低合金可锻钢(SS2511)的加工结果如图5中的曲线所示。Y轴以μm为单位表示所获得的表面粗糙度Ra，X轴以mm/转为单位表示进给速度。切削速度为180m/min，切削深度为2mm。举例来说，从曲线中可看出，在进给速度为0.8mm/转时表面粗糙度Ra的数值几乎下降了一半。从而可知，本发明的刀尖处有半径变化的刀具和传统的刀尖处半径不变的同类切削刀具相比，性能要优越得多。另外，与传统的切削刀具相比，进给角从91°变为93°时，本发明的切削刀具所获得的加工零件的表面粗糙度没有预料的那么大的影响。
根据上述的实施例，已提及了双面刃的刀具，此时的侧面4和4′垂直于上下两个表面。然而有结果表明，如果刀具是单面刃的，侧面4、4′以刀尖部分的曲面5A～5C与刀具的上表面呈锐角更好，推荐的刀具的后角在5°～11°之间。

Claims (10)

1、一种旨在用于车削的切削刀具，包括上表面、下表面和至少三个侧面(4，4’)，下表面在本质上平行于所述上表面，侧面在上下两表面之间延伸，相邻两侧面的过渡部分为刀尖的曲面部分(5)，上述表面与侧面或刀尖曲面的相交线均构成了刀刃，其特征在于，刀尖处的刀刃至少可分为五个半径不同的圆弧区段。
2、如权利要求1所述的切削刀具，其特征在于，与刀尖处的刀刃相邻的刀尖的曲面部分(5)也相应地至少有一部分分成至少五个圆柱面区段(5A～5C)。
3、如权利要求2所述的切削刀具，其特征在于，在刀尖的曲面部分(5)的整个高度内，从上表面至下表面，均被分成所述的各圆柱面区段。
4、如权利要求1、2或3所述的切削刀具，其特征在于，五个区域至少有三种不同的半径，相邻的区段总是具有不同的半径。
5、如权利要求1、2或3所述的切削刀具，其特征在于，刀尖部分的中分面(B)与具有第一半径(rε)的第一区段(5C)相交，在第一区段的两侧分别相接第二区段(5B、5B’)，两个第二区段的第二半径(r2)在本质上大小相同，这两个第二区段又分别相接一个第三区段(5A、5A’)，两个第三区段的第三半径(r3)在本质上也是大小相同的，并且有下列关系成立：
r3＞rε＞r2
6、如权利要求1、2或3所述的切削刀具，其特征在于，在第三区段(5A，5A’)和相应的侧面(4，4’)之间还进一步设有两个区段，这两区段的第四半径(r4)在本质上是相同的。
7、如权利要求1、2或3所述的切削刀具，其特征在于，两个半径的最小差异为0.2mm。
8、如权利要求1、2或3所述的切削刀具，其特征在于，第一半径(rε)在0.4～1.6mm之间，第二半径(r2)在0.4～1.5mm之间，第三半径(r3)在4～8mm。
9、如权利要求1、2或3所述的切削刀具，其特征在于，第一区段(5C)所对应的扇形的中心角(α)在5°～90°之间，与两个本质上大小相同的扇形所对应的第二区段(5B，5B’)的中心角(β)在10°～40°之间，与两个本质上大小相同的扇形所对应的第三区段(5A，5A’)的中心角(δ)在1°～15°之间。
10、如权利要求6所述的切削刀具，其特征在于，第四半径(r4)在0.2～1.0mm之间，所对应的扇形的中心角(σ)在15°-35°之间。
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