CN107708899B - 具有内部延伸凹槽的切削刀具和喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于金属去屑加工的切削刀具，该切削刀具具有用于具有流动方向(F)的流体的至少一条内部冷却剂通道(17)，该至少一条内部冷却剂通道具有长度。所述至少一条冷却剂通道(17)包括在内部至少部分地沿着所述冷却剂通道延伸的凹槽(42)。

Description

具有内部延伸凹槽的切削刀具和喷嘴

技术领域

本发明涉及被布置用于金属去屑加工的切削刀具和喷嘴，并且更加具体地说，涉及具有冷却剂流动通道的这种切削刀具。

背景技术

使用具有冷却剂供应的切削刀具紧靠切削区域输送冷却剂，从而将冷却剂导引到切削刀片的切削刃，以最小化由于切削刀片与被加工的工件的相互作用而积聚的热，这是有利的。用于向切削刀片的切削刃提供润滑和/或冷却剂的传统技术典型地包括经由用于切削刀片的刀夹中的开口引入冷却剂，或者诸如US 4,848,198那样经由指向切削刃的喷射喷嘴引入冷却剂。一些切削刀片包括在切削刀片中形成的通道，这些通道与设置在刀夹本体中的通道流体连通，并且便于从设置在刀夹本体中的通道引入冷却剂。在切削刀片中设置这些冷却剂流动通道趋向于使得切削刀片的制造明显复杂化，并且通道能够削弱切削刀片。理想的是，提供一种切削刀片，其便于将冷却剂引入切削刀片的切削刃，使得制造复杂度最小化。还理想的是，提供便于将冷却剂引入切削刃而基本上不影响切削刀片的强度的切削刀具和喷嘴。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种切削刀具具有用于具有流动方向的流体的至少一条内部冷却剂通道，该至少一条内部冷却剂通道具有长度，其中该至少一条冷却剂通道包括在内部至少部分地沿着冷却剂通道延伸的凹槽，用以增强流动特性。

根据本发明的另一个方面，凹槽的方向至少沿着冷却剂通道的长度的一半与流动方向一致，以减小对冷却剂流动的阻碍。

根据本发明的另一个方面，凹槽沿着冷却剂通道的至少80％的长度与流动方向一致，以进一步减小对冷却剂流动的阻碍。

根据本发明的另一个方面，凹槽的尺寸在0.1到30微米的范围中。

根据本发明的另一个方面，冷却剂通道具有变化的截面，以划分冷却剂的体积流量。

根据本发明的另一个方面，冷却剂通道具有在0.1mm到8mm的范围中的直径。

根据本发明的另一个方面，冷却剂通道的第二开口的尺寸限定冷却剂通道的最小直径，从而增加冷却剂速度。

根据本发明的一个方面，一种刀具包括保持器本体、切削刀片和喷嘴，所述喷嘴具有用于紧固部件的单个通孔，且所述喷嘴具有前端、后端和底端面，所述通孔在底端面和相反的顶端面之间延伸，至少一条内部冷却剂通道被设置在喷嘴中并且从第一开口延伸到第二开口，所述第一开口连接到所述保持器本体中的冷却剂供应导管，所述第二开口在前端处用作冷却剂的出口，其中该至少一条冷却剂通道和第一开口与通孔分离开，以避免干扰通孔。

根据本发明的另一个方面，喷嘴是用于车削应用的可移除喷嘴，其中冷却剂冷却切削刀片，并且刀具包括用以相对于保持器本体以不漏冷却剂的方式密封喷嘴的装置，以避免冷却剂泄漏。

根据本发明的另一个方面，该至少一条冷却剂通道遵循平滑路径，而无突然变向，由此增强冷却剂流动。

根据本发明的另一个方面，设有在通孔的相反侧处延伸的两条冷却剂通道，由此便于在保持喷嘴坚固的同时增强冷却剂流动。

根据本发明的另一个方面，第一开口处于通孔和后端之间，从而为紧固装置提供更多的空间。

根据本发明的另一个方面，喷嘴的底端面包括引导装置，诸如邻近于前端的凸起或凹部，以通过使引导装置与切削刀片或夹持装置上的凹部或凸起配合而设定喷嘴的方向。

根据本发明的另一个方面，喷嘴是通过增材制造而制成的单件单元，使得喷嘴无任何堵塞孔。

根据本发明的另一个方面，单个的紧固部件或者螺钉将切削刀片和喷嘴这两者都固定。

根据本发明进一步的方面，被布置用于金属去屑加工的喷嘴具有用于具有流动方向的流体的至少一条内部冷却剂通道，该至少一条内部冷却剂通道具有长度，其中该至少一条冷却剂通道包括在内部至少部分地沿着冷却剂通道延伸的凹槽，以增强流动特性。

附图说明

通过结合附图阅读下面的详细描述，可以很好地理解本发明的特征和优点，在附图中相似的标号表示类似的元件，其中：

图1A是根据本发明的一个方面的切削刀具的透视图；

图1B是图1A中的切削刀具的喷嘴的侧视图；

图1C是喷嘴的顶视图；

图1D是喷嘴的前视图；

图1E是喷嘴的局部截面形式的前视透视图，；

图1F是根据本发明的一个方面的切削刀具的、包括图1B-1E的喷嘴的构件的分解侧视图；

图1G是这些构件的侧视图；

图1H是这些构件的底视图；

图1I是这些构件的前视图；

图1J是在这些构件中包括的弹簧的侧视图和顶视图；

图1K是图1A中的切削刀具的保持器本体的顶视图；

图1L是喷嘴中的通道的截面视图；

图1M是图1L中的截面视图的放大视图；并且

图1N是根据图1M中的箭头N的侧视图。

为了易于理解，已经通过至少部分透明的图示描绘了图1B、1C和1D。然而，应清楚刀具本身是不透明的。

具体实施方式

参考示出根据本发明的切削刀具1和喷嘴10的图1A-1N。所示出的切削刀具1可以是用于内部金属加工的车削刀具，并且包括具有凹座3的保持器本体2、呈锁定部件4的形状的夹持装置和导流器(inducer)或喷嘴10。凹座3是常规的，并且可以具有底表面7和两个竖立壁6A和6B。底表面7可以具有凹部8，以容纳锁定部件4。底表面可以设置有可移除垫片(未示出)。凹部8在顶视图中呈钥匙锁形，例如是圆和矩形的组合，并且可以在底表面7的大约中心下方具有凸缘(ledge)9。利用凸出到切削刀片的孔中的L形锁定部件4，可转位的切削刀片5被夹持在凹座中。在所示意的实施例中，切削刀片和凹座是基本菱形的形状，但是可以具有其它形状。L形锁定部件将切削刀片5的会聚侧压迫抵靠于竖立壁6A和6B，竖立壁6A和6B具有与切削刀片的侧面基本互补的形状。锁定部件形成被枢转地布置在保持器2中的凹部8中的、L形的一个腿部4B，该L形部件的另一个腿部4A延伸通过切削刀片5的孔。锁定部件可以具有支承在凹部8中的凸缘9上的边沿4D。致动装置或紧固装置12设置用以使腿部4B向下移动，并且由此，导致锁定部件围绕一轴线且围绕边沿4D和凸缘9的支点的枢转动作。所述轴线与腿部4B延伸的方向基本形成直角。在所示意的实施例中，装置12呈被螺纹接合在保持器2中的孔12B中的螺钉12A的形式。螺钉12A可以具有单个螺纹端部，并且可以具有布置用以在螺钉12A被转动时与L形锁定部件4的腿部4B的自由端4C接合的端部，以导致锁定部件围绕在保持器2中形成的支点的所述枢转动作。腿部4A穿过保持器中的凹部8，开口被成形且确定尺寸，以便不妨碍腿部的期望的枢转运动。锁定部件腿部4A延伸到切削刀片中的中央孔中，并且用于可拆卸地将切削刀片固定在凹座3中。腿部4A的枢转运动导致切削刀片5朝向壁6A和6B移动，并且被夹持到壁6A和6B上。

螺钉12A可以沿着保持器本体2中的孔12B延伸。该螺钉被切削刀片的上假想平面(P1)和下假想平面(P2)横切。平面P1和P2可以是平行的，并且每个平面分别可以接触切削刀片的上表面和下表面的至少两个、优选是三个或四个角部。如例如在图1D中可看到的，喷嘴10表现为围绕包含喷嘴的纵向轴线A的第一平面P3呈镜像对称。喷嘴可以是单件单元。喷嘴包括前端13、后端14和底端面15。底端面15包括第一表面15A和第二表面15B，第一表面相对于第二表面大体凹进。单个通孔11在底端面15或第二表面15B和相反的顶端面16之间延伸。单个通孔11可以被顶端面16处的扩大的空穴11A包围。在喷嘴中设有至少一条内部冷却剂通道17，该冷却剂通道17从第一开口18延伸到第二开口19并且优选地不具有任何减小强度的孔或被堵塞(plugged)的孔，诸如在孔中的止挡螺钉。该至少一条内部冷却剂通道具有长度。第一开口18能够连接到保持器本体中的冷却剂供应导管20。第一开口18位于底端面15的第二表面15B处。第二表面15B凸出，使得与面对切削刀片5的第一表面15A相切且垂直于通孔轴线的切线T与第一开口或者通道17相交。第一开口18位于通孔11和后端13之间，并且可以包括与第二开口19流体连通的腔室26。第二开口19用作在前端13处的冷却剂出口。该至少一条冷却剂通道17和第一开口18与通孔11分离开，即：不与通孔11相接触。该至少一条冷却剂通道17可以遵循平滑路径，而无突然变向，从而不阻碍冷却剂流动。冷却剂通道17的至少第一部分21在数学上平滑或连续地过渡到冷却剂通道的第二部分22。冷却剂通道的第一和第二部分被设计成使得：如果它们的下周界被视作数学曲线，例如图1C的顶视图中所示的那样，则其一阶导数是连续的。由此，将降低在使用油雾作为冷却剂时的油阱的风险。

喷嘴10能够被紧固部件12(优选地是，被螺钉12A)保持到保持器本体。单个通孔11接收紧固部件12，紧固部件12承载弹簧30并且被螺纹固定到保持器本体中的孔12B。空穴11A的底部11B旨在用作弹簧30的底座，诸如，例如不锈钢制成的多波压缩弹簧。在其中长度上的空间题排除了使用普通压缩弹簧的选项的应用中，可以使用多波压缩弹簧。在图1J中更为放大地示出弹簧30。能够使用其它的弹簧装置，诸如橡胶垫圈。喷嘴不具有用以与切削刀片的通孔的壁接合的前凸起。冷却剂被导引通过穿过保持器本体的导管，并且要求连接通道和可变形的密封，以将冷却剂导引到排放出口19。

紧固部件12可以具有端头12C，端头12C的下侧能够作用于弹簧30上并且朝向保持器压迫喷嘴。密封元件25，诸如O形环，可以被紧固到喷嘴或被喷嘴松散地保持，或者被紧固到包围保持器本体2中的导管20开口的凹形空穴20A或被凹形空穴20A松散地保持。在将紧固部件紧固期间，密封元件25可以被压缩在喷嘴和保持器本体之间，从而以不漏冷却剂的方式密封导管20开口。

在将切削刀片5安装到保持器本体2时，锁定部件4以常规方式通过边沿4D和凸缘9的相互作用而坐置在凹部8中。螺钉12A穿过弹簧装置30和喷嘴孔11，并且被旋拧通过保持器本体2中的孔12B。适当地是，喷嘴围绕螺钉12旋转到它不妨碍安装切削刀片所需要的空间的位置。螺钉12A的端部将邻靠腿部4B，由此导致腿部4A的枢转运动。如果切削刀片5安装在凹座3中，则腿部4A将沿着朝向竖立壁6A和6B的方向压迫切削刀片。当切削刀片已经被安装时，喷嘴围绕螺钉旋转到期望位置中。螺钉的端头12C将作用于弹簧装置30，并沿着朝向保持器本体的方向压迫喷嘴。通过为弹簧装置30选择正确的弹性特性以及选择喷嘴的正确的方向，喷嘴将经由密封25和凹形空穴20A的相互作用而变得被抵靠保持器本体夹持。在组装状态中，喷嘴的第一表面15A与切削刀片5分离开，即：不与切削刀片5接触。保持器本体和/或喷嘴可以设有用于将喷嘴引导到期望方向的装置，诸如在喷嘴上沿着周界作用的突起，或在喷嘴的前端中作用的且在切削刀片上对中地作用的至少一个突起。这个实施例中的喷嘴不意图于夹持在切削刀片上，但如果例如使用更厚的O形环以替代所示出的O形环25的话，则能够这么做。在后一情形中，喷嘴将围绕垂直于长度轴线A的轴线倾斜，并且其前端将接触切削刀片。

喷嘴的底端面15可以包括靠近前端13或者在前端13处的引导装置23，诸如凸起或凹部，用以通过使该引导装置与在切削刀片上或者在夹持装置诸如锁定部件4处的凹部或凸起以可释放的方式配合而导引喷嘴且由此导引冷却剂射流。凸起23可以是前端13的一部分，或与前端13以比喷嘴一半长度小的距离分离开。优选地是，凸起靠近前端形成，如例图1B中的那样，用于最佳地引导冷却剂。

喷嘴10能够通过从一组快速成型工艺中选取的工艺生产出来。喷嘴可以通过增材制造来制成，诸如使用粘合剂的金属3D打印工艺，或者完全致密的金属工艺，如选择性激光烧结(SLS)或者直接金属激光烧结(DMLS)。后一技术使用高功率激光，将金属粉末的小颗粒熔融成为具有所述的三维形状的喷嘴。激光束直接在粉末上“绘制”，使得粉末中的仅选定部分被固化。粉末被认为是由激光器“扫描”。以此方式使用激光允许易于快速地熔融不同形状的层，从而使得能够生产具有复杂的内部结构的复杂物体。激光器通过扫描由三维建模程序在粉末床的表面上产生的截面(或者层)，而选择性地熔融粉末状金属。在扫描过各截面之后，粉末床下降一个层的厚度。然后，在顶部上施加新的材料层，并且重复该过程，直至喷嘴完成。快速成型工艺使得能够生产可以或可以不要求后续加工的复杂的喷嘴。图1L、1M和1N示意性地示出通过快速成型工艺制成的通道17，其中层40已经彼此堆叠起来，以通过熔融未熔融的粉末周围的材料而生产出内部通道。当喷嘴完成时，未熔融粉末被移除。在两个相邻的层之间的接合部41产生可见的台阶或凹槽42。凹槽在内部至少部分地沿着冷却剂通道延伸。凹槽42的轴向延伸被选择为：在最大可能的程度上与冷却剂的流动方向F或者通道17的中心轴线一致，即，接合部41或凹槽42的方向沿着通道的长度的至少一半一致，以减小流动阻碍。见图1B中的示例线41，接合部41沿着通道长度的至少80％与流动方向一致。凹槽42的尺寸S可以在0.1到30微米的范围中变化，或者在0.1到30微米的范围中恒定。该尺寸可以依赖于所使用的制造设备的分辨率。通过使凹槽或台阶与流动方向相对准，将不会阻碍冷却剂的流动。这里的术语“一致”或“对准”包括：相对理想路径的小的偏离是可接受的，诸如大约±5度的偏离。

在使用中，所示出的刀具将在冷却剂可以依次流动通过保持器本体2、冷却剂供应导管20、密封30、流体通道17并且从出口19流动到至少一个作用切削刃的状态下车削金属工件。

换言之，单个的紧固部件12或螺钉12A将切削刀片5和喷嘴10这两者都紧固。

刀具寿命通常随着冷却剂供应压力增加而增加。这能够归因于高压冷却剂提升切屑并且能够更接近切削界面的能力。这个作用导致咬死区域(seizure region)的减小，因此降低了摩擦系数，这继而导致切削温度和切削力的降低。优选地是，在所讨论的实施例中使用的压力是高于30巴、通常高于100巴的冷却剂压力。

冷却剂通道17可以具有例如在0.1mm到8mm的范围中的直径。

因此，本发明提供了能够以简单而且成本有效的工艺灵活地且以相对复杂的结构生产的切削刀具和喷嘴。冷却剂通道可以具有变化的截面。通过截面的改变，可以将冷却剂的体积流量以期望的方式在喷嘴中的几条不同的冷却剂通道之间划分。能够减小冷却剂通道17的出口开口19的尺寸，从而提高冷却剂速度。因此，冷却剂通道17的第二开口19的尺寸可以限定冷却剂通道的最小直径。

在某些情形中，关于铣刀和钻孔刀具中的开槽型冷却剂通道，使用这个方案也能够是有益的。

在本申请中，诸如“包括(including)”的术语的使用是开放式的，并且意图与术语例如“包含(comprising)”具有相同的含义，而不排除存在其它的结构、材料或动作。类似地是，虽然诸如“能够”或者“可以”的术语的使用是开放式的，并且表明结构、材料或行为是不必要的，但是不使用这些术语并不是表明这种结构、材料或行为是必不可少的。就结构、材料或行为目前被认为是必不可少的而言，它们被如此确定。诸如“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“前”和“后”的术语指的是如在当前的附图中所示和技术人员所知悉的特征。术语“喷嘴”可以可替代地被诸如“夹具(clamp)”和“导流器”的术语代替。术语“台阶”或“凹槽”可以可替代地被诸如波纹、排屑槽、来复线(rifle)、缺口和刻痕的术语代替。

尽管已经根据优选实施例说明和描述了本发明，但是应该认识到，在不脱离如权利要求书中所阐述的本发明的情况下，可以在其中做出变化和改变。

本申请要求EP专利申请15174654.2和15174661.7的优先权，这两个专利申请的公开内容通过引用并入本文。

Claims (17)

1.切削刀具，所述切削刀具用于金属去屑加工，并且具有至少一条内部冷却剂通道(17)，所述至少一条内部冷却剂通道(17)用于具有流动方向(F)的流体并且具有长度，其特征在于，所述至少一条内部冷却剂通道(17)包括在内部至少部分地沿着所述内部冷却剂通道延伸的凹槽(42)，所述凹槽(42)由在快速成型工艺期间的相邻的层之间的接合部(41)产生。

2.根据权利要求1所述的刀具，其中所述凹槽(42)的方向至少沿着所述内部冷却剂通道的长度的一半与所述流动方向(F)一致。

3.根据权利要求2所述的刀具，其中所述凹槽(42)的方向沿着所述内部冷却剂通道的长度的至少80％与所述流动方向(F)一致。

4.根据权利要求1、2或3所述的刀具，其中所述凹槽(42)的尺寸(S)在0.1到30微米的范围中。

5.根据权利要求1-3中的任一项所述的刀具，其中所述内部冷却剂通道(17)具有变化的截面。

6.根据权利要求1–3中的任一项所述的刀具，其中所述内部冷却剂通道(17)具有在0.1mm到8mm的范围中的直径。

7.根据权利要求1–3中的任一项所述的刀具，其中所述内部冷却剂通道(17)的第二开口(19)的尺寸限定所述内部冷却剂通道的最小直径。

8.根据权利要求1–3中的任一项所述的刀具，其中所述刀具具有保持器本体(2)、切削刀片(5)和喷嘴(10)，所述喷嘴(10)具有用于紧固部件(12)的单个通孔(11)并且具有所述至少一条内部冷却剂通道(17)，且所述喷嘴具有前端(13)、后端(14)和底端面(15)，所述通孔在所述底端面和相反的顶端面(16)之间延伸并被设置在所述喷嘴中并且从第一开口(18)延伸到第二开口(19；19’；19”)，所述第一开口连接到所述保持器本体中的冷却剂供应导管，所述第二开口在所述前端处用作冷却剂的出口，其中所述至少一条内部冷却剂通道(17)和所述第一开口(18)与所述通孔(11)分离开。

9.根据权利要求8所述的刀具，其中所述喷嘴(10)是用于车削应用的可移除喷嘴，并且其中所述刀具包括用以相对于所述保持器本体(2)以不漏冷却剂的方式密封所述喷嘴的装置(25)。

10.根据权利要求1–3中的任一项所述的刀具，其中所述至少一条内部冷却剂通道(17)遵循平滑路径，而无突然变向。

11.根据权利要求8所述的刀具，其中设有两条内部冷却剂通道(17)，所述两条内部冷却剂通道(17)在所述通孔(11)的相反侧上延伸。

12.根据权利要求8所述的刀具，其中所述第一开口位于所述通孔(11)和所述后端(14)之间。

13.根据权利要求8所述的刀具，其中所述喷嘴的所述底端面(15)包括引导装置(23)，以通过使所述引导装置与切削刀片或夹持装置上的凹部或凸起配合而设定所述喷嘴的方向。

14.根据权利要求13所述的刀具，其中所述引导装置(23)是邻近于所述前端(13)的凸起或凹部。

15.根据权利要求8所述的刀具，其中所述喷嘴(10)是通过增材制造而制成的单件单元。

16.根据权利要求8所述的刀具，其中单个紧固部件(12)或螺钉(12A)将所述切削刀片(5)以及所述喷嘴(10)两者都固定。

17.喷嘴，所述喷嘴被布置用于金属去屑加工，并且具有至少一条内部冷却剂通道(17)，所述至少一条内部冷却剂通道用于具有流动方向(F)的流体并且具有长度，其特征在于，该至少一条内部冷却剂通道(17)包括在内部至少部分地沿着所述内部冷却剂通道延伸的凹槽(42)，所述凹槽(42)由在快速成型工艺期间的相邻的层之间的接合部(41)产生。

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