CN108262505A - 具体为一种扩孔工具的金属切削工具及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具体为一种扩孔工具的金属切削工具及其制备方法。扩孔工具包括工具主体，所述工具主体具有轴向向后的柄部分以及轴向向前的切削部分，所述向前切削部分具有在周边布置的至少一个切削刀片。所述扩孔工具还包括形成在所述工具主体中的入口冷却剂通道，以及位于所述柄部分的轴向向后端部的入口开口。出口冷却剂通道形成于所述工具主体中并且与所述入口冷却剂通道流体连通，其中所述出口冷却剂通道限定靠近所述切削刀片的出口开口。在一个具体的方面，所述出口冷却剂通道的至少一部分是非线性的。还提供了一种制备所述扩孔工具的部件的方法，所述方法通过在基材上执行打印操作来形成所述部件。

Description

具体为一种扩孔工具的金属切削工具及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种金属切削工具及其制备方法，具体地讲一种旋转切削工具。在一个方面，旋转切削工具可为例如扩孔工具。

背景技术

扩孔钻通常用于修整钻孔。在该上下文中，孔的内壁的高度精确的圆度和直线度以及高表面质量特别重要。对于多个同时加工的钻孔，多个钻孔的精确同轴度也很重要。典型的应用为例如发动机中的轴承部件的内表面。

为了实现最佳的钻孔效果(圆度、直线度等)，在这种扩孔工具中，通常仅有单个扩孔刀具，通常为条的形式的导向元件附接至工具主体的周边。导向元件径向最外部的点位于和中心轴线之间的相同径向距离上，并且根据关于中心轴线的假想旋转限定导向圆。相应地，刀具根据围绕中心轴线的旋转限定切削圆。此处的导向圆的直径一致地小于切削圆的直径。

在机加工操作中，工具由于生成的金属切削力而偏转，直至导向元件抵靠到孔的内壁。在扩孔工具的此类操作中，在切削刀片和从工件上移除材料的位置之间的接触面处(即刀片-工件接触面)以及在导向元件和孔的内壁之间的接触面上(即导向元件-孔接触面)产生热。众所周知，刀片-工件接触面和导向元件-孔接触面上过量的热可不利地影响切削工具及其各个部件的可用工具寿命。可以理解，较短的可用工具寿命会增大运营成本并降低整体生产效率。因此，存在显而易见的和减少刀片工件接触面和导向元件-孔接触面处的热相关的优点。因此，已知可向这些刀片区域提供冷却剂材料以减少热并增大可用工具寿命。

然而，应当理解大多数用于向刀片工件接触面和/或导向元件-孔接触面提供冷却剂材料的已知系统也难在保持切削工具部件的整体完整性并还能有效地向所需区域输送和引导冷却剂材料的同时制造起来非常困难和/或昂贵。因此希望提供改善的金属切削工具，具体而言是一种旋转切削工具，例如诸如克服已知的此类工具的局限、不足和/或缺点的扩孔工具。

发明内容

根据本发明的一个方面，扩孔工具包括工具主体，该工具主体具有轴向向后的柄部分以及轴向向前的切削部分，该向前切削部分具有至少一个在周边布置的切削刀片。扩孔工具还包括形成在工具主体内的入口冷却剂通道，以及位于柄部分的轴向向后端部的入口开口，该入口冷却剂通道具有纵向轴线。另外，出口冷却剂通道形成于工具主体中并且与入口冷却剂通道流体连通，其中出口冷却剂通道限定靠近切削刀片的出口开口。在一个具体的方面，出口冷却剂通道的至少一部分是非线性的。

根据本发明的另一方面，制备扩孔工具的部件的一种方法包括提供基材并在基材上执行打印操作以在基材上形成扩孔工具的部件。该方法还包括打印部件以包括切削区域以及打印部件以另外包括靠近切削区域的出口冷却剂通道，其中出口冷却剂通道的至少一部分为非线性的。

在阅读本说明书和附图之后，本发明的这些和其他方面将得到更充分的理解。

附图说明

图1示出了根据本发明的一方面的扩孔工具的侧正视图。

图2示出了根据本发明的一方面的图1的扩孔工具的向前切削部分的放大视图。

图3示出了根据本发明的一方面的图1和图2的扩孔工具的冷却剂通道的示意图。

图4示出了根据本发明的一方面的额外扩孔工具的侧正视图。

图5示出了根据本发明的一方面的图4的扩孔工具的冷却剂通道的示意图。

图6示出了根据本发明的一方面的额外扩孔工具的侧正视图。

图7示出了根据本发明的一方面的图6的扩孔工具的前视图。

图8示出了根据本发明的一方面的图6和图7的扩孔工具的冷却剂通道的示意图。

图9示出了根据本发明的一方面的图6和图7的扩孔工具的额外冷却剂通道的示意图。

具体实施方式

参见图1-3，其中示出了金属切削工具，具体而言是一种旋转切削工具，该旋转切削工具在一个方面为例如扩孔工具10。扩孔工具10包括工具主体11，该工具主体沿着纵向中心轴线A从轴向向后柄部分12到轴向向前切削部分14延伸。在该特定方面，扩孔工具10是单刀片或单刀具扩孔工具，该单刀具扩孔工具包括在周边布置的单个切削刀片，诸如扩孔或修整刀具16。如大体所知，切削刀片16可例如焊接至轴向向前的切削部分14或借助夹紧装置18以可更换的方式紧固，如图2中所示。

扩孔工具10还包括形成于工具主体11中的入口冷却剂通道20，该入口冷却剂通道沿着纵向轴线延伸并在柄部分12的轴向向后端部24限定入口开口22。入口冷却剂通道20被构造用于在切削操作期间向切削部分14提供冷却剂材料。

为了向扩孔工具10的特定部分或区域提供冷却剂材料，还另外提供了至少一个出口冷却剂通道26，该出口冷却剂通道形成于工具主体11内并且与入口冷却剂通道20流体连通。在一个方面，图2和图3示出例如设置了两个出口冷却剂通道26，但是应当理解，可根据需求和需要以各种构造和布置设置更多或更少的此类通道26。另外，应当理解图2和图3中示出的出口冷却剂通道26都分叉自直接与入口冷却剂通道20连通的初始冷却剂通道部分26a，但也可设置各种其他布置和构造，例如诸如每个出口冷却剂通道26独立或直接连接至入口冷却剂通道20。此外，每个冷却剂通道26限定靠近或邻近切削刀片16的出口开口27。将会知道，出口开口被布置或构造用于从出口冷却剂通道26朝向切削刀片16引导冷却剂材料，如箭头C所示。

如图2中所示最佳地示出，向前切削部分14的轴向向前端部28包括或限定切屑槽30，该切屑槽邻近切削刀片16布置或构造。此外，切屑槽30包括侧壁32，该侧壁至少部分围绕切屑槽30延伸。在一个方面，在切屑槽30的侧壁32上布置或构造了出口开口27。

根据本发明的重要方面，出口冷却剂通道26和/或初始冷却剂通道部分26a的至少一部分为非线性的。在一个方面，出口冷却剂通道26和/或初始冷却剂通道部分26a的至少一部分弯曲、成弧形或以其他方式不完全为线性的，其中它们从入口冷却剂通道20分叉出至它们在出口开口27上的结束处。在另一方面，出口冷却剂通道26和/或初始冷却剂通道部分26a的至少一部分沿其流动轴线或流动方向弯曲、成弧形或以其他方式不完全为线性的。有利地，这允许专门定制或设计出口冷却剂通道26和/或初始冷却剂通道部分26a，以能够以最高效率在其中传输冷却剂材料并朝向切削刀片16或朝向被视为最希望引导冷却剂材料的任何其他位置引导冷却剂材料。应当理解，入口冷却剂通道20的至少一部分同样可为非线性的、弯曲和/或成弧线。

在一个方面，通道26和/或26a可具有大致的圆形形状或横截面或其他形状/横截面，例如诸如椭圆形、矩形或正方形。

在本发明的另一方面，扩孔工具10可包括至少一个在周边布置的导向元件34，该导向元件接收在向前切削部分14上的导向元件座36中。至少一个在周边布置的导向元件34可为，例如，纵向延伸的导向杆或导向垫的形式，如大体所知。这些通常焊接在导向元件座36的适当位置。

此外，扩孔工具10可包括一个或多个额外的出口冷却剂通道38，该出口冷却剂通道形成于工具主体11中并且与入口冷却剂通道20流体连通(参见图2和图3)。这些额外的出口冷却剂通道38限定额外的出口开口40，这些出口开口靠近至少一个在周边布置的导向元件34，以便在引导元件34上或朝向该导向元件引导冷却剂材料。应当理解，可根据需要以各种布置和构造设置多个出口冷却剂通道38。例如，图4和图5示出扩孔工具110，该扩孔工具具有与出口冷却剂通道138流体连通的入口冷却剂通道120，该出口冷却剂通道具有出口开口140，这些出口开口定位在导向元件134的两侧，以便朝向导向元件134分配冷却剂材料或分配到其上。在另一方面，应当理解一个或多个出口冷却剂通道38和/或138可被构造为其至少一部分为非线性的(如在图5中的138b处所示)。换句话讲，出口冷却剂通道38和/或138的至少一部分可弯曲、成弧形或以其他方式不完全为线性的，其中它们从入口冷却剂通道20,120分叉至它们在出口开口40,140上的结束处。有利地，这允许专门定制或设计出口冷却剂通道38,138以能够以最高效率在其中传输冷却剂材料并朝向引导元件34,134或朝向被视为最希望引导冷却剂材料的任何其他位置引导冷却剂材料。

参见图6-9，示出了根据本发明的各方面的额外扩孔工具210。具体而言，扩孔工具210的轴向向前切削部分214限定开口切屑槽233，该开口切屑槽从向前切削部分214的轴向向前端部228到或邻近向前切削部分214的轴向向后端部229延伸。开口切屑槽233构造使得扩孔工具210能够大体用于扩孔、钻孔和/或切削盲孔(与大体用于通孔操作的扩孔工具10相反)。

扩孔工具210还可包括与一个或多个出口冷却剂通道226流体连通的入口冷却剂通道220，这些出口冷却剂通道的至少一部分为非线性的(参见例如图8)，以便通过出口开口227朝向切削刀片216分散冷却剂材料，如本文大体所述。此外，可设置一个或多个额外的出口冷却剂通道238，以便将冷却剂材料引导至与导向元件234相邻的相应出口开口240，如本文大体所述。

此外，扩孔工具210还可包括(参见图7和图9)一个或多个向前冷却剂通道242，这些向前冷却剂通道形成于工具主体211中并且与入口冷却剂通道220流体连通。每个向前冷却剂通道242在切削部分214的轴向向前面246中限定向前出口开口244。有利的是，冷却剂通道242在方向上比通道226更加轴向，后者在方向上更加径向，并在扩孔工具10进入孔之前在孔中提供冷却剂材料，并且在操作期间帮助在开口切屑槽233中向后推动切屑离开切削刀片216。

在另一方面，应当理解可构造一个或多个出口向前冷却剂通道242以使其至少一部分为非线性的。换句话讲，出口向前冷却剂通道242的至少一部分可弯曲、成弧形或以其他方式不完全为线性的，其中它们从入口冷却剂通道220分叉至它们在出口开口244上的结束处。有利的是，这允许专门定制或设计出口冷却剂通道242以能够以最高效率在其中传输冷却剂材料并朝向轴向向前面246或朝向被视为最希望引导冷却剂材料的任何其他位置引导冷却剂材料。

根据本发明的另一方面，提供了一种制造扩孔工具10、110和/或210的部件的方法(对此除非另外指明，将在本文出于便利而提供大体参考工具10的描述)。具体而言，要制备的部件可根据需要大体是指，例如工具主体11、轴向向后柄部分12、轴向向前切削部分和/或其组合。

具体而言，本发明的方法可包括以下步骤：提供基材并在基材上执行打印操作，以在基材上形成扩孔工具的部件。在一个方面，打印可通过例如增材制造方法完成。一般来讲，增材制造(AM)是一种技术，可制备、制造或构建3维物体，方法是逐层添加材料，例如诸如金属或金属粉末材料。适合用于本发明的增材制造方法可包括，例如选择性激光熔化(SLM)方法、粘结剂喷射、电子束自由形式(EBFF)制造、激光近净成形(LENS)制造或直接金属激光烧结(DMLS)。在一个方面，选择性激光熔化大体使用3D CAD数据作为数字信息源并使用大功率激光束形式的能量来通过将细微金属粉末熔合到一起形成三维金属部件。有利的是，增材制造技术能够打印小孔、小槽、薄壁和/或弯曲或非线性的通道，从而让本发明的嵌入式复杂冷却剂通道成为可能。

在另一方面，该方法还可包括打印部件以包括切削区域或地带以及打印部件以另外包括靠近切削区域或地带的出口冷却剂通道，其中出口冷却剂通道26和/或26a的至少一部分为非线性的。在一个方面，出口冷却剂通道26和/或26a的至少一部分被打印成弯曲、成弧形或以其他方式不完全为线性的，其中它们从入口冷却剂通道20分叉至它们在出口开口27上的结束处。有利的是，这允许专门定制或设计出口冷却剂通道26和/或26a以能够以最高效率在其中传输冷却剂材料并朝向切削区域或地带，更为具体地是朝向切削刀片16或朝向被视为最希望引导冷却剂材料的任何其他位置引导冷却剂材料。另外一个优点是，该制造的打印方面如本文所述，和更为传统的制造方法相比，能够实现所需的冷却剂通道的非线性方面。

在本发明另外的方面，该方法可包括打印部件以包括入口冷却剂通道20，该入口冷却剂通道被构造成与出口冷却剂通道26/26a流体连通。该方法还可包括打印出口冷却剂通道26以具有靠近切削区域的出口开口27，打印切削区域以包括被构造用于接收切削刀片16的刀片座，并且/或者还包括打印出口开口27，该出口开口被构造用于朝向接收切削刀片16的刀片座引导冷却剂材料。

在其他方面，该方法可包括打印部件以邻近切削区域包括切屑槽32，将切屑槽打印为开口切屑槽233，并且/或者还包括打印部件以包括向前冷却剂通道242，该向前冷却剂通道在部件的轴向向前面246限定向前出口开口244。

在本发明方法的另外方面，该方法可包括打印部件以包括被构造用于接收在周边布置的导向元件34的导向元件座36，打印部件以另外包括被构造成与入口冷却剂通道20流体连通的额外出口冷却剂通道38，并且/或者还包括打印额外的出口冷却剂通道38以具有靠近导向元件座36/导向元件34的额外出口开口40。

尽管上文出于说明目的已描述了本发明的特定实施方案，但对于本领域的技术人员显而易见的是，在不脱离所附权利要求书中限定的本发明的情况下，可以对本发明的细节做出许多变型。

Claims (20)

1.一种扩孔工具，包括：

工具主体，所述工具主体具有轴向向后的柄部分以及轴向向前的切削部分，所述向前切削部分具有在周边布置的至少一个切削刀片；

入口冷却剂通道，所述入口冷却剂通道形成在所述工具主体内并限定在所述柄部分的轴向向后端部处的入口开口，所述入口冷却剂通道具有纵向轴线；

出口冷却剂通道，所述出口冷却剂通道形成于所述工具主体中并与所述入口冷却剂通道流体连通，所述出口冷却剂通道限定靠近所述切削刀片的出口开口，其中所述出口冷却剂通道的至少一部分为非线性的。

2.根据权利要求1所述的扩孔工具，其中所述向前切削部分的轴向向前端部包括邻近所述切削刀片的切屑槽，所述切屑槽限定侧壁，所述出口开口被构造位于所述切屑槽的所述侧壁上。

3.根据权利要求2所述的扩孔工具，其中所述出口冷却剂通道和所述出口开口被构造用于朝向所述切削刀片引导冷却剂材料。

4.根据权利要求2所述的扩孔工具，其中所述切屑槽为开口切屑槽并且从所述向前切削部分的所述轴向向前端部延伸到所述向前切削部分的轴向向后端部。

5.根据权利要求4所述的扩孔工具，还包括向前冷却剂通道，所述向前冷却剂通道形成于所述工具主体中并且与所述入口冷却剂通道流体连通，所述向前冷却剂通道在所述切削部分的轴向向前面中限定向前出口开口。

6.根据权利要求1所述的扩孔工具，还包括位于所述向前切削部分上在周边布置的至少一个导向元件。

7.根据权利要求6所述的扩孔工具，还包括额外的出口冷却剂通道，所述出口冷却剂通道形成于所述工具主体中并与所述入口冷却剂通道流体连通，所述额外的出口冷却剂通道限定靠近在周边布置的所述至少一个导向元件的额外出口开口。

8.一种制备扩孔工具的部件的方法，包括：

提供基材；以及

在所述基材上执行打印操作以在所述基材上形成所述扩孔工具的所述部件，包括：

打印所述部件以包括切削区域；以及

打印所述部件以另外包括靠近所述切削区域的出口冷却剂通道，其中所述出口冷却剂通道的至少一部分为非线性的。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括打印所述部件以包括入口冷却剂通道，所述入口冷却剂通道被构造成与所述出口冷却剂通道流体连通。

10.根据权利要求8所述的方法，还包括打印所述出口冷却剂通道以具有靠近所述切削区域的出口开口。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括打印所述切削区域以包括被构造用于接收切削刀片的刀片座。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括打印所述出口开口，所述出口开口被构造用于朝向接收所述切削刀片的所述刀片座引导冷却剂材料。

13.根据权利要求11所述的方法，还包括打印所述部件以包括邻近所述切削区域的切屑槽。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括将所述切屑槽打印成开口切屑槽，所述开口切屑槽从所述部件的轴向向前端部延伸到所述部件的轴向向后端部。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括打印所述部件以包括向前冷却剂通道，所述向前冷却剂通道在所述部件的轴向向前面中限定向前出口开口。

16.根据权利要求9所述的方法，还包括打印所述部件以包括被构造成用于接收在周边布置的导向元件的导向元件座。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括打印所述部件以另外包括额外的出口冷却剂通道，所述出口冷却剂通道被构造成与所述入口冷却剂通道流体连通。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括打印所述额外的出口冷却剂通道以具有靠近所述导向元件座的额外出口开口。

19.根据权利要求8所述的方法，还包括将所述部件打印成所述扩孔工具的轴向向前切削部分。

20.一种通过权利要求8所述的方法制备的扩孔工具的部件。