CN107614165B

CN107614165B - 切削刀具

Info

Publication number: CN107614165B
Application number: CN201780001657.1A
Authority: CN
Inventors: 金田泰幸; 田中邦茂; 竹村彰太
Original assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Current assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Priority date: 2016-04-27
Filing date: 2017-01-31
Publication date: 2020-12-11
Anticipated expiration: 2037-01-31
Also published as: US20180221964A1; EP3450062A4; US10328495B2; WO2017187693A1; EP3450062A1; CN107614165A; JP6641598B2; JP2017196692A

Abstract

根据本发明的一个方面的切削刀具是用于切削旋转工件的旋转对称表面的切削刀具。所述切削包括如下步骤：在保持所述切削刀具与所述旋转对称表面接触的同时，沿相对于所述旋转对称表面的旋转轴线倾斜的方向进给所述切削刀具。在进给所述切削刀具的步骤中，所述切削刀具具有与所述旋转对称表面接触的点，随着所述切削刀具进给，所述点移动。所述切削刀具包括：前刀面；后刀面；以及切削刃，其连接所述前刀面和所述后刀面。从所述后刀面上方观察时，所述切削刃具有包括至少一段圆弧的形状，并且所述圆弧的曲率半径为100mm以上且500mm以下。

Description

切削刀具

技术领域

本发明涉及切削刀具。本申请要求2016年4月27日提交的日本专利申请No.2016-088957的优先权。上述日本专利申请中的全部公开内容以引用的方式并入本文。

背景技术

WO2001/043902(专利文献1)公开了一种加工工件的方法。根据该方法，切削刃相对于进给方向倾斜地定位并且沿与旋转工件的旋转轴线成横向的方向进给。该加工方法能够使工件的表面被加工成光滑的表面，并还能够实现高生产率的加工。

引用列表

专利文献

专利文献1：WO2001/043902

发明内容

附图说明

图1是根据本发明实施例的切削刀具的透视图。

图2是根据本发明实施例的切削刀具的俯视图。

图3是根据本发明实施例的切削刀具的正视图。

图4是根据本发明实施例的切削刀具的右侧视图。

图5是示出利用根据本发明实施例的切削刀具进行切削(硬刮削)的示意图。

图6是示意性地示出图5所示的切削的示意图。

图7是切削工件期间的切削刃的局部放大图。

图8是用于说明由切削刃的侧方后角产生的效果的示意图。

图9是示出切削刃的加工的第一实例的示意图。

图10是示出切削刃的加工的第二实例的示意图。

图11是示出切削刃的加工的第三实例的示意图。

具体实施方式

[本发明要解决的问题]

WO2001/043902没有具体公开如上所述的适于切削的切削刀具。

本发明的目的是提供一种适于切削旋转工件的旋转对称表面的切削刀具。

[本发明的各实施例的描述]

首先，逐个描述实施本发明的方式。

(1)根据本发明的一个方面的切削刀具是用于切削旋转工件的旋转对称表面的切削刀具。所述切削包括如下步骤：在保持所述切削刀具与所述旋转对称表面接触的同时，沿相对于所述旋转对称表面的旋转轴线倾斜的方向进给所述切削刀具。在进给所述切削刀具的步骤中，所述切削刀具具有与所述旋转对称表面接触的点，随着所述切削刀具进给，所述点移动。所述切削刀具包括：前刀面；后刀面；以及切削刃，其连接所述前刀面和所述后刀面。从所述后刀面上方观察时，所述切削刃具有包括至少一段圆弧的形状，并且所述圆弧的曲率半径为100mm以上且500mm以下。

因此，可以提供适于切削旋转工件的旋转对称表面的切削刀具。在进给切削刀具的步骤中，随着切削刀具进给，切削刀具的与旋转对称表面接触的点移动。即，整个切削刃用于切削旋转对称表面。因此，可以减小旋转对称表面的表面粗糙度。从后刀面上方观察时，切削刃的形状包括圆弧，因此能够减小切削阻力。同时，圆弧的曲率半径为100mm以上且500mm以下，因此可以减少后刀面的磨损量。以这样的方式，可以延长切削刀具的寿命。

(2)优选地，对于根据(1)所述的切削刀具，所述切削刃的长度为12mm以上且50mm以下。

因此，可以使用整个切削刃来切削旋转对称表面。因此，可以减少后刀面的磨损量。以这样的方式，可以延长切削刀具的寿命。如果切削刃短，则切削刀具的与旋转对称表面接触的点在切削期间几乎不会移动。在这种切削(点切削)的情况下，后刀面的磨损量很可能增加。相反，如果切削刃长，则切削刀具的与旋转对称表面接触的点在切削时可以沿切削刃移动。然而，切削刀具很可能具有不用于切削的部分。因此，上述特征能够使切削刃被有效地使用。

(3)优选地，对于根据(1)或(2)所述的切削刀具，所述前刀面和所述后刀面形成所述切削刀具的65°以上且90°以下的楔角。

因此，能够减小切削阻力。在切削由高硬度材料制成的工件的情况下，对切削刃施加更大的力，以使切削刃咬入工件。落在上述范围内的楔角能够进一步减少切削刃损坏(例如，切削刃的一部分发生断裂)的可能性。

(4)优选地，对于根据(1)至(3)中的任一者所述的切削刀具，所述切削刃是含有立方氮化硼的烧结材料的一部分。

因此，切削刃由具有足以进行稳定加工的硬度的材料形成。因此，可以切削由高硬度材料制成的工件，并且可以延长切削刀具的寿命。

(5)优选地，对于根据(1)至(4)中的任一者所述的切削刀具，从所述后刀面上方观察时，所述切削刃具有朝向与所述前刀面相反的背面逐渐变细的形状。

因此，还相对于切削刃横向地形成后角。因此，切削刃的从切削刃一侧端部到其另一侧端部的整个切削刃可用于切削旋转对称表面。

(6)优选地，对于根据(1)至(5)中的任一者所述的切削刀具，所述切削刃包括：第一端部；以及第二端部，其与所述第一端部相反。所述第一端部和所述第二端部均具有比所述切削刃的所述曲率半径小的曲率半径。

因此，可以减少在切削旋转对称表面时在切削刀具的第一端部或第二端部发生断裂的可能性。

(7)优选地，对于根据(1)至(6)中的任一者所述的切削刀具，所述切削刃具有圆形的珩磨部分。所述珩磨部分相对于所述前刀面的珩磨量为0.001mm以上且0.030mm以下。

因此，可以在防止切削阻力增加的同时保持切削刃的强度。

(8)优选地，对于根据(1)至(7)中的任一者所述的切削刀具，所述切削刃具有负刃带部分。所述负刃带部分与所述后刀面形成0°以上且35°以下的角度。

因此，可以防止切削阻力增加。

[本发明的各实施例的细节]

在下文中，基于附图对本发明的实施例进行描述。在下面的附图中，相同或相应的部件用相同的附图标记表示，并且将不重复其描述。为了容易理解描述，附图中可以仅示出本发明的一部分组件。

图1是根据本发明实施例的切削刀具的透视图。图2是根据本发明实施例的切削刀具的俯视图。图3是根据本发明实施例的切削刀具的正视图。图4是根据本发明实施例的切削刀具的右侧视图。

参考图1至图4，根据本发明实施例的切削刀具10包括前刀面1、后刀面2和切削刃3。

切削刃3对应于前刀面1和后刀面2的相交部。换句话说，切削刃3对应于通过将前刀面1和后刀面2连接在一起而形成的部分。

切削刃3可以是将前刀面1和后刀面2连接在一起的脊线。这样的切削刃可以被称为“锋利刃”。作为选择，可以在将前刀面1和后刀面2连接在一起的表面(切削刃3)中形成选自如下组的一个或多个部分，该组由通过加工切削刃3而产生的珩磨部分、负刃带部分、或珩磨部分和负刃带部分的组合构成。珩磨部分和负刃带部分的具体实例在下文中描述。

切削刀具10包括基材11、硬质烧结材料12和接合部件13。基材11包括前刀面1的至少一部分和后刀面2的至少一部分。此外，基材11包括与前刀面1相反定位的背面4。

硬质烧结材料12是含有立方氮化硼(在下文中也称为“cBN”)的烧结材料。切削刃由具有足以进行稳定加工的硬度的材料形成。因此，可以切削由高硬度材料制成的工件，并且可以延长切削刀具的寿命。硬质烧结材料12可以是例如含有cBN、Al₂O₃和Zr化合物的烧结材料。硬质烧结材料12形成切削刃3、前刀面1的至少一部分和后刀面2的至少一部分。接合部件13是将硬质烧结材料12接合至基材11的部件。

如图2典型示出的那样，从后刀面2上方观察时，切削刃3的形状为圆弧。弧的曲率半径R为100mm以上且500mm以下。在一个实施例中，曲率半径R为150mm。

在图2至图4所示的实施例中，从后刀面2上方观察时，切削刃3的形状为单段圆弧。然而，切削刃3也可以具有由多段圆弧的组合构成的形状。

切削刃3具有长度L。在一个实施例中，长度L为12mm以上且50mm以下。在一个实施例中，长度L落在15mm至20mm的范围内。

切削刃3在第一端部以及与第一端部相反的第二端部处均具有角部5。角部5被倒圆。角部5的曲率半径Rc小于切削刃3的曲率半径R(Rc<R)。因此，切削刃3具有侧方后角θa。换句话说，从后刀面2上方观察时，切削刃的形状从前刀面1朝向背面4逐渐变细。在一个实施例中，后角θa为41°。

图5是示出利用根据本发明实施例的切削刀具进行切削的示意图。参考图5，工件50围绕旋转轴线51旋转。切削刀具10附接到保持件(未示出)并压靠在工件50的旋转对称表面52上。切割刀具10沿着路径21在旋转对称表面52上移动。因此，切削刃3加工旋转对称表面52。

图6是示意性地示出图5所示的切削的示意图。参考图5和图6，在切削开始时，切削刃3的一侧端部3a的位置与旋转对称表面52接触。随着切削刀具10进给，切削刃3的与旋转对称表面52接触的位置(点P)沿着切削刃3从端部3a移动。在切削结束时，切削刃3的点P位于切削刃3的另一侧端部3b。

切削刃3的从端部3a到端部3b的区域依次与待加工表面(旋转对称表面52)接触。这种加工方式使得工件50的表面能够被加工成工件50的光滑表面，并且还能够实现高生产率的加工。此外，整个切削刃用于切削，因此可以减少后刀面的磨损量。因此，可以延长切削刀具的寿命。

关于如上所述的切削方式，切削刃3的接触阻力和加工工件50的表面粗糙度彼此相关。切削刃3的形状越接近直线形状，加工工件50的表面粗糙度就越小。同时，切削刃3的与工件50接触而产生的切削阻力越大。在本发明的一个实施例中，切削刃3的曲率半径落在100mm以上且500mm以下的范围内。因此，可以在防止切削刃3的接触阻力增加的同时，将工件50的表面加工成光滑表面。

关于如上所述的切削方式，整个切削刃3用于切削工件50的表面。如果切削刃3短，则切削刃3的大致相同区域被用于切削工件50的表面。在这种情况下，存在表面粗糙度较大的可能性。在一个实例中，在旋转对称表面52中形成螺纹槽。此外，后刀面的磨损量很可能增加。相反，如果切削刃3太长，则取决于工件50的尺寸，切削刃3的某些区域可能不参与切削。在这种情况下，不能有效地使用整个切削刃3。

在本发明的一个实施例中，切削刃3的长度为12mm以上且50mm以下。因此，可以有效地利用整个切削刃3进行切削。

图7是切削工件期间的切削刃的局部放大图。参考图7，楔角θb是由前刀面1和后刀面2形成的角度。楔角θb越小，切削刃阻力越小。

如果工件50由诸如硬化钢等高硬度材料制成，则例如切削刀具10需要在方向22上被强力挤压，以使切削刃3咬入工件50。如果楔角θb小，则可能会发生切削刃的断裂。在本发明的一个实施例中，楔角θb落在65°以上且90°以下的范围内。因此，可以在减小切削阻力的同时，降低切削刃发生断裂的可能性。

图8是用于说明由切削刃3的侧方后角θa产生的效果的示意图。如图8所示，在切削开始时，切削刃3的端部3a(角部5)与工件50的表面接触。切削刃3的后角θa使切削刃3的端部3a能够加工工件。同样地，就在切削结束之前，切削刃3的端部3b用于切削工件50的表面。后角θa使得能够通过整个切削刃3进行切削。

此外，切削刃3具有角部5。每个角部5的曲率半径小于切削刃3的曲率半径(参见图2)。因此，可以抑制切削刃3的断裂，或者可以减小加工工件50的表面的粗糙度。

切削刃3的形状不限于锋利刃的形状。具体地说，切削刃3可以被倒角。以下是切削刃3的加工的实例。

图9是示出切削刃3的加工的第一实例的示意图。如图9所示，切削刃3可以被珩磨。具体地说，切削刃3具有圆形部分(珩磨部分3c)。H表示相对于前刀面1的珩磨部3c的珩磨量。在本实施例中，珩磨量H为0.001mm以上且0.030mm以下。

图10是示出切削刃3的加工的第二实例的示意图。如图10所示，切削刃3可以被加工成具有负刃带。具体而言，切削刃3具有负刃带部分3d。负刃带角度θn是由负刃带部分3d相对于后刀面2形成的角度。在本实施例中，负刃带θn为0°以上且35°以下。

图11是示出切削刃3的加工的第三实例的示意图。如图11所示，切削刃3可以被珩磨，并且额外地加工成具有负刃带。换句话说，切削刃3可以具有珩磨部分3c和负刃带部分3d这两者。

[切削试验1]

研究切削刃的曲率半径对切削性能的影响。使用下文表1所示的实例和比较例的切削刀具，在以下切削条件下进行切削，评价加工面粗糙度、切削阻力和刀具磨损。评价结果被示于表1中。根据以下标准进行评价：将表现出加工面粗糙度Rz(十点平均粗糙度)为3.0μm以下、切削阻力为250N以下、后刀面的磨损量未导致断裂的切削刀具视为是可接受的。

切削条件

工件：旋转对称表面具有11°的倾斜角，硬化钢(SCM415H)，HRC60

切削方法：旋转对称倾斜表面的切削

切削类型：干式切削

切削速度：300m/min

刀具切削深度：0.1mm

刀具进给速度：0.3mm/rev

刀具形状

刀具材料：含有70体积％的平均粒径为约4μm的cBN颗粒的多晶硬质烧结材料

切削刃形状：见表1

切削刃外形：R珩磨(珩磨量：0.010mm)

切削刃长度：15.875mm

刀具后角：0°

附接到保持器时的后角：15°

[表1]

对于样本1A的切削刀具，当切削阻力低时，加工面粗糙度Rz大于3μm。对于样本1F和1G的切削刀具，当加工面粗糙度Rz为3μm以下时，切削阻力为300N以上。对于样本1G的切削刀具，发生切削刃断裂。

对于样本1B至1E的切削刀具，加工面粗糙度和切削阻力均是可接受的。此外，没有发生切削刃断裂。

从上述结果可以看出，切削刃的圆弧形状可以降低切削阻力。当切削刃的曲率半径R过小时，加工面粗糙度大。如表1所示，可以确认的是，切削刃的曲率半径优选地为100μm以上且500mm以下。

[切削试验2]

研究切削刃长度对切削时的切削阻力和刀具磨损的影响。使用下文表2所示的实例和比较例的切削刀具，在以下切削条件下进行切削，并且评价切削阻力。评价结果被示于表2中。根据以下标准进行评价：将表现出切削阻力为300N以下并且后刀面磨损量为30μm以下的切削刀具视为是可接受的。

切削条件

工件：旋转对称表面具有11°的倾斜角，硬化钢(S052)，HRC60

切削方法：旋转对称倾斜表面的切削

切削类型：湿式切削

切削速度：400m/min

刀具切削深度：0.05mm

刀具进给速度：0.4mm/rev

刀具形状

刀具材料：含有50体积％的平均粒径为约2μm的cBN颗粒的多晶硬质烧结材料

切削刃形状：圆弧形状(切削刃半径：150mm)

切削刃外形：R珩磨(珩磨量：0.010mm)

切削刃长度：见表2

刀具后角：0°

附接到保持器时的后角：15°

[表2]

样本2A和2B中的每一个的切削刀具具有低切削阻力。样本2A的切削刀具的后刀面磨损量为50μm以上。样本2B的切削刀具的后刀面磨损量为30μm以上。

与样本2A和2B的切削刀具相比，样本2H的切削刀具具有较小的后刀面磨损量。样本2H的切削刀具的切削阻力大于300N。对于样本2C至2G的切削刀具，切削阻力和后刀面磨损量都是可接受的。

从上述结果可以看出，切削刃长度为50mm以下的切削刀具表现出低切削阻力。从上述结果可以还看出，与切削刃长度为3mm或5mm的切削刀具相比，切削刃长度为10mm以上的切削刀具表现出较小的后刀面磨损量。

可以看出，后刀面磨损量越小，切削刀具的寿命越长。如表2所示，已经确认的是，切削刃长度优选地为10mm以上且50mm以下。

[切削试验3]

研究楔角对切削性能的影响。使用下文表3所示的实例和比较例的切削刀具，在以下切削条件下进行切削，对切削阻力以及是否发生断裂进行评价。根据以下标准进行评价：将切削阻力为300N以下并且不发生断裂的切削刀具视为是可接受的。

切削条件

工件：圆柱形硬化钢(SCV420H)，HRC60

切削方法：旋转对称表面的切削

切削类型：湿式切削

切削速度：220m/min

刀具切削深度：0.15mm

刀具进给速度：0.2mm/rev

刀具形状

刀具材料：含有65体积％的平均粒径为约3μm的cBN颗粒的多晶硬质烧结材料

切削刃形状：圆弧形状(切削刃半径：150mm)

切削刃外形：见表5

切削刃长度：15.875mm

刀具楔角：见表3

附接到保持器时的后角：15°

[表3]

对于样本3G的切削刀具，虽然切削阻力最小，但是发生断裂。对于样本3A至3F的切削刀具，切削阻力为300N以下，并且抑制了断裂的发生。

从上述结果可以看出，为了实现可接受的切削性能，切削刀具的楔角落在65°以上且90°以下的范围内是优选的。

[切削试验4]

研究切削刀具的珩磨量对切削时的切削阻力的影响。使用下文表4所示的实例和比较例的切削刀具，在以下切削条件下进行切削，评价切削阻力和耐断裂性。根据以下标准进行评价：将切削阻力为250N以下并且不发生断裂的切削刀具视为是可接受的。

切削条件

工件：旋转对称表面具有9°的倾斜角，硬化钢(SCM415H)，HRC60

切削方法：旋转对称倾斜表面的切削

切削类型：干式切削

切削速度：300m/min

刀具切削深度：0.1mm

刀具进给速度：0.3mm/rev

刀具形状

切削刃形状：圆弧形状(切削刃半径：150mm)

切削刃外形：见表4

切削刃长度：15.875mm

刀具后角：0°

附接到保持器时的后角：15°

[表4]

样本4A的切削刀具是具有非珩磨切削刃外形的切削刀具，即具有锋利刃的切削刀具。对于样本4A的切削刀具，虽然与其他样本编号的切削刀具相比切削阻力较低，但发生断裂。对于样本4G的切削刀具，虽然没有发生断裂，但是切削阻力为250N以上。对于样本4B至4F的切削刀具，切削阻力和耐断裂性均是可接受的。

从上述结果可以确认的是，实现切削阻力的减小和高耐断裂性的珩磨量落在0.001mm以上且0.030mm以下的范围内。

[切削试验5]

研究切削刀具的负刃带角度对切削时的切削阻力的影响。使用下文表5所示的实例和比较例的切削刀具，在以下切削条件下进行切削，并且评价切削阻力。根据以下标准进行评价：切削阻力为350N以下的切削刀具是可接受的。

切削条件

工件：圆柱形硬化钢(SCM415H)，HRC60

切削方法：旋转对称表面的切削

切削类型：干式切削

切削速度：220m/min

刀具切削深度：0.15mm

刀具进给速度：0.2mm/rev

刀具形状

切削刃形状：圆弧形状(切削刃半径：200mm)

切削刃外形：见表5

切削刃长度：15.875mm

刀具后角：0°

附接到保持器时的后角：15°

[表5]

样本5E的切削刀具的切削阻力大于370N。对于样本5A至5E的切削刀具，负刃带角度为35°以下。对于样本5A至5E的切削刀具，负刃带角度越大，切削阻力越高。对于样本5A至5E中的任一者的切削刀具，切削阻力小于350N。

从上述结果可以确认的是，为了降低切削阻力，负刃带角度为0°以上且35°以下是优选的。

应当理解，本文公开的实施例以说明的方式而非限制的方式给出所有方面。意图在于，本发明的范围由权利要求而非上述描述限定，并且包括在权利要求的含义和范围内的等同的所有修改和变化。

附图标记列表

1前刀面；2后刀面；3切削刃；3a、3b端部(切削刃)；3c珩磨部分；3d负刃带部分；4背面；5角部；10切削刀具；11基材；12硬质烧结材料；13接合部件；21路径；22方向；50工件；51旋转轴线；52旋转对称表面；H珩磨量；L长度；P点；R、Rc曲率半径。

Claims

1.一种用于切削旋转工件的旋转对称表面的切削刀具，所述切削包括如下步骤：在保持所述切削刀具与所述旋转对称表面接触的同时，沿相对于所述旋转对称表面的旋转轴线倾斜的方向进给所述切削刀具，

在进给所述切削刀具的步骤中，所述切削刀具具有与所述旋转对称表面接触的点，随着所述切削刀具进给，所述点移动，

所述切削刀具包括：

前刀面；

后刀面；以及

切削刃，其连接所述前刀面和所述后刀面，

从所述后刀面上方观察时，所述切削刃具有包括至少一段圆弧的形状，

所述圆弧的曲率半径为100mm以上且500mm以下，

从所述后刀面上方观察时，所述切削刃还包括：

第一端部，其具有凸出的形状；以及

第二端部，其与所述第一端部相反并具有凸出的形状，并且

所述第一端部和所述第二端部均具有比所述圆弧的所述曲率半径小的曲率半径，并且

所述后刀面具有从所述第一端部和所述第二端部朝向与所述前刀面相反的背面逐渐变细的形状。

2.根据权利要求1所述的切削刀具，其中

所述切削刃的长度为12mm以上且50mm以下。

3.根据权利要求1或2所述的切削刀具，其中

所述前刀面和所述后刀面形成所述切削刀具的65°以上且90°以下的楔角。

4.根据权利要求1或2所述的切削刀具，其中

所述切削刃是含有立方氮化硼的烧结材料。

5.根据权利要求1或2所述的切削刀具，其中

所述切削刃具有圆形的珩磨部分，并且

所述珩磨部分相对于所述前刀面的珩磨量为0.001mm以上且0.030mm以下。

6.根据权利要求1或2所述的切削刀具，其中

所述切削刃具有负刃带部分，并且

所述负刃带部分与所述后刀面形成0°以上且35°以下的角度。