CN106925820A - 切削工具及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了切削工具及其制造方法。切削工具(2)，具体地讲是旋转工具，具有切削刃(4)，前刀面(6)和后刀面(8)从所述切削刃延伸，其特征在于，凹槽(12)在沿切削刃(4)的区域中被引入后刀面(8)，从而所述后刀面(8)的一部分被形成为在所述凹槽(12)和所述切削刃(4)之间延伸的磨损面(14)，并由所述凹槽(12)和所述切削刃(4)界定。所述凹槽(12)有利地将所述切削工具(2)在所述切削刃(4)的区域中的磨损限制在所述磨损表面(14)上，从而使产生的总摩擦力保持较小，并且延长所述切削工具(2)的使用寿命。此外，本发明还描述了用于切削工具(2)的切削元件以及用于制造所述切削工具(2)的方法。

Description

切削工具及其制造方法
技术领域
本发明涉及切削工具，具体地讲是具有切削刃的旋转工具，前刀面和后刀面连接到该切削刃。本发明还涉及用于制造该切削工具的方法。
背景技术
形成为钻具的相应切削工具在例如DE 10 2013 205 889 B3、DE 10 2014 207501 A1和未公开的DE 10 2015 210 817中有所描述，这些文献属于申请人。
切削工具通常用于切削加工工件，通过刮耙动作(raking action)将材料从工件上移除。要做到这一点，后刀面和前刀面在尖端处形成楔，切削材料的切削刃位于此。碎屑在前刀面侧上产生，并经由前刀面运走。相反，后刀面朝向工件，并与其围成一个角，该角被称为间隙角。
在切削加工工件的过程中，切削刃磨削，切削工具的切削刃区域磨损，事实上，具体地讲是面对工件的后刀面上磨损。通常，这里的后刀面在接近切削刃处被磨平，其结果是切削工具和工件之间的摩擦加剧。磨损越大，摩擦越强，工具的机械负荷越高。
发明内容
本发明的任务
在此背景下，本发明的任务是具体说明一种切削工具，尤其是一种旋转工具诸如钻具，其具有改进的使用寿命，其中特别地减少了切削刃区域中磨损导致的摩擦。此外，将具体说明这种切削工具的制造方法，特别是模块化切削工具的切削元件。
任务解决方案
根据本发明，通过具有根据权利要求1所述的特征的切削工具、通过具有根据权利要求14所述的特征的切削元件以及通过具有根据权利要求15所述的特征的方法，所述任务得以实现。有利的实施例、改进和变体是从属权利要求的主题。因此，与切削工具相关的实施例也相应地适用于切削元件和方法，反之亦然。
切削工具被特别地设计成旋转工具，即，具体地讲，被设计成钻具、铣刀、扩孔钻等。一般来讲，旋转工具具有旋转轴线，在操作中旋转工具围绕旋转轴线旋转。该切削工具具有用于切削加工工件的切削刃。前刀面和后刀面从切削刃延伸，它们一起围成切削角。在操作过程中，前刀面被用来移除已经产生的碎屑，后刀面面对工件并与其一起围成间隙角。凹槽在沿切削刃的区域中被引入后刀面，从而面对切削刃的后刀面的一部分形成为在凹槽和切削刃之间延伸的磨损表面，并由该凹槽和切削刃界定。
在切削加工的过程中，切削工具通常在切削刃的区域中磨损，并且后刀面相应地变形。其结果是，在切削刃区域中的后刀面通常被磨平，意即受损表面或磨损表面形成为后刀面的一部分。因此，切削工具和工件之间的接触面增加，从而切削刃区域对工件的摩擦增加。这种效果通常会随着磨损的继续进行而变得越来越强，因为逐步继续的磨平相应地产生越来越大的受损表面。
本发明现在基于这样的想法：通过将凹槽并入到(沿切削方向的)切削刃后面的后刀面中来限制受损表面的逐渐扩展。该凹槽基本上沿切削刃延伸，表现为后刀面中的凹陷，从而如果在凹槽和切削刃之间的后刀面中有磨损，则受损表面到特定磨损程度时到达凹槽，然后开始无法进一步增长，即变得更宽。其结果是，由于逐步继续的磨损而导致的摩擦增加被有效地限制，极大提高了切削工具的使用寿命。因此，磨损最初被限制于磨损表面，所述磨损表面从切削刃开始延伸，具体地讲在切削刃后面延伸到凹槽。总体而言，切削刃的磨损以及通常与它相关联的后刀面的磨平被限制于磨损表面；在凹槽的另一侧上的剩余后刀面起初仍分毫无损。磨损表面和凹槽以外的实际受损表面的增长得以有利地避免。
上述磨损限制概念基本上适于任何切削工具，这意味着旋转工具以及其他切削工具在操作时均不绕其自己的旋转轴旋转。此外，此概念既适于单件切削工具(诸如简单的钻具、铣刀或扩孔钻)，也适于模块化切削工具，意即具有载体和可更换切削元件或切削刀片的工具，所述切削元件或切削刀片经由合适的联接连接到所述载体。这种模块化切削工具具体地讲为钻具，其具有如在开头已引用的DE 10 2013 205 889 B3中所述的可更换钻头，所述载体则具有多个(特别是螺旋的)切屑槽，这些切屑槽在钻头中延续，并且各自在那形成前刀面。因此，在本发明的意义上，这种可更换钻头(一般是切削头)形成了切削元件。优选地，这种切削头具有联接销，具体地讲，切削头可通过联接销插入到载体的销接收器内的夹具中。优选地，通过将切削头相对于载体转动约90°来进行夹紧附接，以便形成连接，优选地形成夹紧连接，特别是在没有额外的紧固装置诸如螺钉时。
此外，也可设想使用以所谓切削板作为切削元件的模块化工具。此外，在这种情况下，各个切削元件具有切削刃，通常前刀面和面对工件的后刀面分别从所述切削刃延伸。此外，也可设想对于非旋转工具的切削工具的应用，诸如用于车床等的切削板和凿子。特别地，只有切削刃在切削工具上的存在通常是有利应用所提概念所必需的。
因此，本发明在逻辑上可(与相应的优势)转变为切削工具的切削元件，切削元件则具有切削刃，前刀面和后刀面从该切削刃延伸，并且凹槽在沿切削刃的区域中被引入后刀面，从而后刀面的一部分形成为磨损表面，该磨损表面在凹槽和切削刃之间延伸并由凹槽和切削刃界定。该情况下的切削元件为例如钻头或切削板。
术语切削刃非常普遍地指在操作过程中切入工件以用于移除碎屑的通常锋利的刃，特别是通过磨削形成的刃。钻具通常具有多个切削刃，这些切削刃中的每一者被表征为主切削刃，特别地，这些切削刃通过例如S形的横刃彼此连接，并且以这样的方式特别地形成复合切削刃。端面与主切削刃一起形成切削部分的前端，该切削部分设有切屑槽，所述切屑槽通常是螺旋形的。次切削刃通常沿切屑槽延伸，所述次切削刃与主切削刃在切削拐角处相接。脊(具体地讲是切削部分的刃背(body clearance))在两个切屑槽之间的周边附近延伸。优选地，切削工具的主切削刃目前被理解为属于术语切削刃的范畴下。
优选地，切削工具是钻具，其中凹槽在端面处被引入到后刀面中，所述端面与主切削刃相关联。
为了一方面从通过凹槽所得到的优势获益，并且另一方面不会不利地影响切削工具的稳定性，便利地适当地制定凹槽和磨损表面的尺寸，意即它们有合适的尺寸。
因此，从凹槽到切削刃测量，磨损表面宽度优选地在0.1和0.3mm之间。这使得使用寿命足够持续到更换切削工具或重磨切削刃，并且同时操作中的摩擦也被限制在足够的程度。
此外，在一个优选实施例中，凹槽的深度在0.05和0.1mm之间。这是基于这样的考虑：一方面，必须形成一定的凹槽深度，以便实现在较长时间框架内的磨损限制，取得合适的使用寿命延长。然而，另一方面，凹槽也不应该过深，以至于显著地损害切削刃区域中切削工具的稳定性，并且切削刃不断开。由于凹槽优选的平坦构型，切削过程中产生的力被有效地转移到整个切削工具。凹槽深度优选地沿整个凹槽是恒定的；然而，原则上也可设想变化的凹槽深度。
该凹槽另外具有凹槽深度，该凹槽深度特别地是在磨损表面宽度方向上测量的。凹槽宽度优选地在0.05和0.1mm之间，这意味着该凹槽特别地比磨损表面窄。这种设计确保了：在操作过程中，切削工具的切削刃区域仍然足够稳定，并且在切削过程中产生的力继续有效地转移到整个切削工具。特别地，凹槽的深度与宽度大约相同。
凹槽通常在一个凹槽方向上延伸，并且在横截面中优选地具有横向于凹槽方向的曲线轮廓。因此，由于大致圆形轮廓防止了扭转最大值的形成，特别地保证了切削工具的足够稳定性。相反，任何力都被轮廓的特殊实施例特别均匀地分布。特别地，凹槽在后刀面中形成腔体，并且被适当地设计为尽可能无刃，至少除开从凹槽到后刀面的过渡。例如，凹槽的轮廓被相应地构造成圆形节段。
从起点开始直至端点，凹槽基本上沿切削刃延伸。此外，凹槽优选地不间断地(即持续地或连续地)延伸，从而在起点和端点之间实现整个凹槽中的磨损限制。
在第一合适的变体中，凹槽平行于切削刃并在距切削刃恒定距离处延伸。因此，磨损表面沿具有恒定宽度的切削刃形成，换言之，在切削刃区域中具有均匀的磨损限制。
在第二合适的变体中，相比之下，凹槽从内起点延伸到外端点，并且凹槽相对于切削刃的距离朝端点增加。换言之：磨损表面加宽，甚至沿切削刃伸展开。例如，对于弯曲的切削刃，这是通过直线设计的凹槽取得的。磨损表面朝向端点伸展的主要的结果，在更宽的端处，特别是在切削拐角处或切削拐角附近，稳定性基本上增加。因此，即使在切削拐角的高度受力区域中，切削工具也具有足够的稳定性。在这个意义上，就旋转工具而言，内起点比端点相应地更接近旋转轴，使得凹槽从起点开始在某种程度上径向向外延伸。
在一个优选实施例中，该切削工具具有基体，该基体具有多个被引入基体中的切屑槽，并且具有核心，所述核心形成于切屑槽之间并且具有核心直径，所述凹槽仅在核心直径之外延伸，特别地开始于核心直径处。因此，凹槽不形成在核心区域中。对于旋转工具，该情况下凹槽的起点自旋转轴偏移至少核心直径的一半，并且自该点向外延伸。在此背景下，核心基本上由切屑槽限定，切屑槽随凹陷部下至核心而穿透到基体之中。
尤其在旋转工具的优选实施例中，切削工具具有标称半径，并且凹槽的沟槽长度在一个优选的变体中为该标称半径的至少30％。换言之：切削刃具有切削刃长度，并且凹槽仅在沿切削刃的有限节段上形成，该凹槽的凹槽长度优选地为切削刃长度的至少约30％。因此确保的是，特别地，该凹槽在一个显著的范围内延伸，由此对磨损造成足够的限制。特别地，从切削工具的中心到外周边缘(具体地讲，到切削拐角)测量切削工具的标称半径。
切削工具具有(尤其)外围外缘，意即(尤其)限制后刀面的外边缘。在第一合适的改进中，凹槽现在一致地向外形成至外边缘。因此，凹槽在外边缘处开口而无任何限制。因此，即使在切削刃的最外层区域仍然形成了磨损表面，并且磨损表面精确地限制了过度磨损，特别是在操作过程中运用了强力时。外边缘特别地为由后刀面与紧靠后刀面的外壁形成的刃；对于钻具，这被称为刃背。
在第二合适的改进中，相比之下，凹槽仅延伸至端点，该端点位于后刀面内，并且在距外边缘一段距离处，这意味着该凹槽不太一致地执行至外边缘；更确切地说，仍存在后刀面的无凹槽区域。对于钻具，这种无凹槽区域则在通常重负荷的切削拐角附近。由此，该凹槽的非连续设计一般确保改进切削刃(通常受力特别重的和最外层的)区域内的稳定性。特别地，端点设在与外边缘相距切削工具的标称半径的最大10％的距离处，优选地最大5％。一般情况下，端点与外边缘隔开特别地一定间隙，该间隙基本上小于切削长度，并对应于例如切削刃长度的最大约10％。
便利的是，至少后刀面上设有涂层，以形成特别是要耐磨的切削工具。例如，涂层由特别硬的材料制成，以总体地提高切削工具的使用寿命。因此，在凹槽形成之前或之后施加涂层，使得该涂层随后相应地被凹槽中断或者也在凹槽中形成。优选地，设有涂层的不仅是后刀面，而是例如整个切削工具或者(对于模块化工具)整个钻头或整个切削板。
制造切削工具时，凹槽沿切削工具的切削刃在距所述切削刃一定距离处被引入到切削工具的后刀面中。在一个优选实施例中，通过激光形成沟槽，特别地，这使得能够以简单的方式产生具有上述尺寸的凹槽。此外，与使用例如磨削轮或铣刀的机械加工相比，通过使用激光切削加工，没有力施加到切削工具上，由此避免在制造过程中无意地损坏切削刃。此外，当使用磨削轮时，只能艰难地将凹槽的精细结构引入凹槽。因此，任何无接触切削或消融方法，例如，甚至等离子束切削或电子束切削，通常都是合适的。此外，即使由特别硬的、硬化的或带涂层的材料(例如，由碳化物)制成的切削工具也可使用激光以及通常使用无接触切割或消融方法轻松地加工。
在一个优选实施例中，切削工具或至少切削元件是由碳化物制成的。此外，任何之前的切削工具都可通过随后引入相应的凹槽至其中来特别地、有利地、非常容易地进行改造。
附图说明
下面基于附图更详细地阐述了本发明的示例性实施例。尤其图示出来的是：
图1以侧视图示出的常规切削工具的切削刃，以阐明操作过程中的磨损，
图2以侧视图示出的根据本发明的切削工具的切削刃，以阐明操作过程中的磨损，
图3以前视图示出的钻具，和
图4以侧视图示出的图3的钻具。
具体实施方式
为了突出操作过程中切削工具2的磨损，在图1和图2中的横向横截面中示出了切削工具2的切削刃4。常规的切削刃4示于图1中；根据本发明的切削刃4示于图2中。前刀面6和后刀面8从切削刃4开始延伸。在操作过程中通过切削刃4运走的碎屑经由前刀面6被移除。在操作过程中，后刀面8通常面对工件(此处未详细示出)。
基本上，切削刃4在操作过程中沿切削方向S移动，从而对工件进行切削，在操作过程中该切削刃相应地受到磨损。在图1和图2中通过切削刃4的区域中的虚线示出了磨损。很明显，在此背景下，由于磨损，后刀面8的一部分形成了受损表面10，随着逐步继续的磨损，该受损表面变得越来越宽。在操作过程中，摩擦力则在切削刃4的区域中起作用，由于受损表面10进一步扩大，该切削刃也随着逐步继续的磨损变得越来越大。对于如图2中根据本发明的切削工具，凹槽12阻止了这种扩展，由于该凹槽，受损表面10不会继续增长超过一定的磨损度，而是保持基本相同的宽度，使得摩擦力在操作过程中也不会进一步增加。其结果是显著延长了切削工具2的使用寿命。
为此，凹槽12被引入到后刀面8中，并且在凹槽方向N上并且基本上沿切削刃4延伸。在横向于凹槽方向N的横截面中，如图2所示，凹槽12具有轮廓K，该轮廓在这种情况下是弯曲的，并且特别地形成为圆弧的形状；换言之，轮廓K无边缘。其结果是避免了操作过程中的应力峰，并且以特别均匀的方式整体分布了作用力。
为了进一步确保切削工具2在切削刃4区域中稳定性良好，并为了避免切削刃4发生不期望的破损，凹槽12具有较平的设计，并且其凹槽深度NT在该情况下介于0.05和0.1mm之间。此外，凹槽12的凹槽宽度NB特别地大致对应于凹槽深度NT，在该情况下，凹槽宽度NB在0.05至0.1mm的范围内。此外，凹槽12在距切削刃4距离A处，在该情况下，距离A大约为0.1至0.3mm。在此背景下，距离A同样对应于磨损表面14的宽度B，该磨损表面通过凹槽12在该凹槽和切削刃4之间形成。磨损表面14是后刀面8的一部分，并随后在操作过程中磨损，而后刀面8的其余部分(其相对于切削刃4在凹槽12后面)起初保持分毫无损。
在图3和图4中，以各种视图示出了作为钻具(即作为在操作过程中绕旋转轴R旋转的旋转工具)形成的切削工具2。切削工具2在正面上(即在端面上)具有两个切削刃4，在该情况下，所述两个切削刃为切削工具2的主切削刃，它们通过中心Z中的S形横刃16连接。从中心Z至外边缘AR测量，切削工具具有标称半径R1。后刀面8和前刀面6从切削刃4中相应的一个开始延伸。这里示出的切削工具2还具有布置在后刀面8中端面处的多个冷却剂出口18。前刀面6是切屑槽20的各个部分，在该情况下，所述切屑槽具有螺旋结构。在外围，刃背22在每种情况下形成于两个切屑槽20之间。切屑槽20进一步限定了切削工具2的核心24，切屑槽20不会凸入该核心中，其因此该核心具有实心设计，并具有核心直径KD。
图3至图4中所示的切削工具2具有在端面上的两个凹槽12，其中每一个凹槽都基本上平行于切削刃4中的一个延伸，并且相对于切削方向S被布置在切削刃4中一个的后面，即在后刀面8中的一个中。各凹槽12始于内起点P1，延伸至外端点P2。起点P1距旋转轴R核心直径KD的至少一半。对于此处示出的切削工具2，起点P1在核心直径KD上，但在另一个变体(未示出)中其更接近外部，换言之，离旋转轴R更远。所述切削工具2中的端点P2在刃带26的区域中，并通常在后刀面8和刃背22所形成的外边缘AR上。换言之，凹槽12具有向外至外边缘AR的一致设计。在另一个变体(未示出)中，相比之下，凹槽12没有形成至外边缘AR，而是端点P2在后刀面8之内，然后设置在距外边缘AR一段距离处，事实上，所述距离为最多切削工具2的标称半径R1的大约10％。一般来讲，凹槽12另外具有凹槽长度NL，该凹槽长度NL为标称半径R1的至少30％。
在图3至图4中，直线状地并平行于切削刃4中相应一个形成各凹槽12。在另一个变体(未示出)中，相比之下，凹槽12以例如曲线延伸，并由此平行于例如大致弯曲的切削刃4。另外，凹槽12根本不平行于切削刃4延伸，而是以这样方式延伸：从切削刃4到端点P2的距离A延长，这意味着磨损表面14朝向外部具有增加的宽度B，因此朝向外边缘AR具有增加的宽度B。

Claims (16)

1.一种切削工具(2)，尤其是具有切削刃(4)的旋转工具，前刀面(6)和后刀面(8)连接到所述切削刃，
其特征在于：
凹槽(12)在沿所述切削刃(4)的区域中被引入后刀面(8)，从而所述后刀面(8)的一部分被形成为在所述凹槽(12)和所述切削刃(4)之间延伸的磨损表面(14)，并由所述凹槽(12)和所述切削刃(4)界定。
2.根据前述权利要求所述的切削工具(2)，
其特征在于：
所述切削工具为钻具，并且所述切削刃(4)为形成在其端面上的主切削刃。
3.根据前述权利要求中任一项所述的切削工具(2)，
其特征在于：
从所述凹槽(12)到所述切削刃(4)测量，所述磨损表面(14)的宽度(B)在0.1和0.3mm之间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的切削工具(2)，
其特征在于：
所述凹槽(12)的凹槽深度(NT)在0.05和0.1mm之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的切削工具(2)，
其特征在于：
所述凹槽(12)的凹槽宽度(NB)在0.05和0.1mm之间。
6.根据前述权利要求中任一项所述的切削工具(2)，
其特征在于：
所述凹槽(12)在凹槽方向(N)上延伸，并且在横截面中具有横向于所述凹槽方向(N)的曲线轮廓(K)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的切削工具(2)，
其特征在于：
所述凹槽(12)平行于所述切削刃(4)并在距所述切削刃恒定的距离(A)处延伸。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的切削工具(2)，
其特征在于：
所述凹槽(12)从内起点(P1)向外延伸到外端点(P2)，并且相对于所述切削刃(4)在距离(A)处，所述距离(A)朝向所述端点(P2)延长。
9.根据前述权利要求中任一项所述的切削工具(2)，
其特征在于：
所述切削工具具有基体，所述基体具有多个被引入所述基体中的切屑槽(20)，并且具有核心(24)，所述核心形成于所述切屑槽(20)之间并且具有核心直径(KD)，所述凹槽(12)仅在所述核心直径(KD)之外延伸，尤其开始于所述核心直径(KD)处。
10.根据前述权利要求中任一项所述的切削工具(2)，
其特征在于：
所述切削工具具有标称半径(R1)，并且所述凹槽(12)的凹槽长度(NL)为所述标称半径(R1)的至少30％。
11.根据前述权利要求中任一项所述的切削工具(2)，
其特征在于：
所述切削工具具有外边缘(AR)，并且所述凹槽(12)一致地形成至所述外边缘(AR)。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的切削工具(2)，
其特征在于：
所述切削工具具有外边缘(AR)，并且所述凹槽(12)仅延伸到端点(P2)，所述端点在所述后刀面(8)内并在距所述外边缘(AR)一段距离处。
13.根据前述权利要求中任一项所述的切削工具(2)，
其特征在于：
至少所述后刀面(8)设有涂层。
14.根据前述权利要求中任一项所述的切削工具(2)的切削元件，所述切削工具具有切削刃(4)，前刀面(6)和后刀面(8)从所述切削刃延伸，凹槽(12)在沿所述切削刃(4)的区域中被引入后刀面(8)，从而所述后刀面(8)的一部分被形成为在所述凹槽(12)和所述切削刃(4)之间延伸的磨损面(14)，并由所述凹槽(12)和所述切削刃(4)界定。
15.一种用于制造根据权利要求1至13中任一项所述的切削工具(2)的方法，其中将凹槽(12)引入到所述切削工具(2)的后刀面(8)中，并且沿所述切削工具(2)的切削刃(4)并且在距所述切削工具的所述切削刃一段距离处延伸。
16.根据前述权利要求所述的方法，
其特征在于：
通过激光形成所述凹槽(12)。
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