CN109996631A

CN109996631A - 用于切削刀具的带有弯曲通路的砧座

Info

Publication number: CN109996631A
Application number: CN201780072470.0A
Authority: CN
Inventors: 安德烈亚斯·J·拉松; 比约恩·古斯塔夫松
Original assignee: Seco Tools AB
Current assignee: Seco Tools AB
Priority date: 2016-12-01
Filing date: 2017-11-17
Publication date: 2019-07-09
Also published as: US20190308250A1; WO2018099733A1; JP7049340B2; JP2020500723A; EP3330024B1; KR20190090801A; KR102402400B1; EP3330024A1; US11583934B2

Abstract

一种用于切削刀具(23)的砧座(21、21’、21”)，所述砧座(21、21’、21”)包括砧座主体(55)。弯曲通路(57、57’、57”)从所述砧座主体(55)中的入口开口(59、59’、59”)延伸到所述砧座主体中的出口开口(61、61’、61a”、61b”)。所述砧座主体(55)能够通过增材制造工艺制成。

Description

用于切削刀具的带有弯曲通路的砧座

技术领域

本发明总的涉及用于切削刀具的砧座，并且更具体地是涉及其中具有流体通路的这种砧座。

背景技术

用于现代金属切削和其它加工操作的切削刀具通常包括具有可更换的切削刀片的刀架。切削刀片通常由比刀架更硬得多的材料(诸如烧结硬质合金)制成。切削刀片通常被夹紧在设置在用于切削刀片的刀架中的凹部中。通常，砧座(有时称为刀垫板)被设置在凹部中，处在凹部的底表面和切削刀片的底表面之间。设置砧座的一个目的是以期望的方式相对于刀架定位切削刀片的切削刃。

因为在切削操作期间生成的高温，所以通常期望在切削刀片的切削刃附近提供冷却流体和/或润滑流体。通常还期望提供用于移除由切削操作在工件处生成的切屑的流体。提供用于冷却、润滑和/或冲洗的流体的一个技术是在切削刃上方定位喷嘴，使得流体能够在切削刃处被引导。该布置是不利的，这是因为其需要附加的设备且难以在涉及小的刀具或工件的应用中使用。其也在很大程度上局限于刀具在其中不旋转的车削应用，并且很难或不可能在诸如铣削操作的应用中使用。

提供用于冷却、润滑和/或冲洗的流体的另一个技术是引导流体穿过刀架中的通路，并且在某些情况下，引导流体穿过切削刀片中的通路。EP2946857A1示出了车削刀具刀架和具有砧座的切削刀片，该砧座具有延伸穿过其中以用于将流体引入到切削刃的通路。

发明内容

期望的是提供用于切削刀具的、具有通路的砧座，该通路具有复杂几何形状，以便于提供穿过砧座的流体。还期望的是能够通过简单、精确的技术来生产这种砧座。

根据本发明的一个方面，用于切削刀具的砧座包括砧座主体，其中弯曲通路从该砧座主体中的入口开口延伸到该砧座主体中的出口开口。

砧座中的弯曲通路提供了用于提供流体以冷却和/或润滑切削刀片和/或从工件冲洗掉切屑的选项，当通路沿着直线延伸时，这些选项是不可能的或者仅经由砧座中的具有复杂几何形状的通路是可能的。在无需前面的钻孔或盲堵操作的情况下，所述砧座提供了用于从切削刀片下方提供冷却剂/润滑作用/冲洗流的额外的几何形状的选项。

砧座本身能够应用于大部分切削刀片夹紧系统。所述砧座能够以不同的厚度制造，该厚度取决于什么最适合于切削刀片形状。如果期望的话，所述砧座能够完全穿过切削刀架延伸到该刀架的底表面。

根据本发明的另一个方面，所述砧座包括顶表面、底表面和处在该顶表面和该底表面之间的侧表面，该侧表面包括至少三个侧表面部分和至少三个拐角部分，所述至少三个拐角部分中的每一个拐角部分都被布置在所述至少三个侧表面部分中的相应的成对的侧表面部分之间，所述至少三个拐角部分中的至少一个拐角部分包括如下表面，该表面相对于所述至少三个侧表面部分中的相应的一对侧表面部分的延伸部从所述砧座的中心轴线径向地向外延伸，该中心轴线在所述顶表面和所述底表面之间延伸。通过提供这种结构，所述砧座的顶表面的有限部分能够延伸经过切削刀片的底表面，以限定暴露区域，并且出口开口能够被设置在该暴露区域中，从而便于朝向切削刃引导流体。

根据本发明的又一个方面，制造用于切削刀具的砧座的方法包括形成具有弯曲通路的砧座主体，该弯曲通路从该砧座主体中的入口开口延伸到该砧座主体中的出口开口。

该方法提供用于提供流体以冷却和/或润滑切削刀片和/或从工件冲洗掉切屑的选项，当通路沿着直线延伸时，这些选项是不可能的或者仅经由砧座中的具有复杂几何形状的通路是可能的。该方法提供了在无需前面的钻孔或盲堵操作的情况下，用于从切削刀片下方提供冷却剂/润滑作用/冲洗流的额外的几何形状的选项。

根据再一个方面，所述砧座主体能够经由增材制造工艺形成。通过经由增材制造工艺形成砧座，能够形成具有复杂形状的砧座，特别是形成具有复杂内部几何形状(诸如包括弯曲通路)的砧座。此外，这种砧座能够以最小的成本形成。

根据又一个方面，提供了包括如所描述的砧座的切削刀具。

附图说明

本发明的特征和优点通过结合附图阅读以下详细说明而被很好地理解，在所述附图中，相似的数字指示类似的元件并且在所述附图中：

图1-4是根据本发明的一个方面的砧座的透视图、俯视图、侧视图和仰视图；

图5是根据本发明的一个方面的包括砧座的切削刀具的透视图，并且图6是图5的一部分的放大视图；

图7是根据本发明的一个方面的包括砧座的切削刀具的俯视图，并且图8是图7的一部分的放大视图；

图9A和图9B是根据本发明的另外方面的砧座的侧视图；

图10是根据本发明的另一个方面的砧座的透视图；

图11是根据本发明的又一个方面的砧座的透视图；并且

图12-14是根据本发明的再一个方面的砧座的透视图、俯视图和侧视图。

具体实施方式

然而，EP2946857A1仅提供了以直线穿过砧座的流体通路。具有直线结构的通路限制了可用于通过切削刃提供流体的选项。例如，在通过螺栓或延伸穿过砧座中的孔的其它结构将该砧座固定到刀架的情况下，该孔可能使得不能够提供沿着直线延伸的通路。形成绕孔行进的通路可能需要几个制造步骤，诸如前面的钻孔和/或盲堵操作，从而增加了切削刀片的成本。

本专利申请中的图1-4示出了用于图5-8中所示出的类型的切削刀具23的砧座21。图5-8中示出的切削刀具23是车削刀具，然而，本发明不限于车削刀具，并且可以应用于使用砧座(也称为刀垫板)的其它刀具，诸如旋转刀具(诸如铣削刀具)。例如，如在图5中看到的那样，切削刀具23具有刀具主体或刀架25，在刀具主体或刀架25中设置凹部27。凹部27能够包括底邻接表面29以及两个侧邻接表面31和33。切削刀片35在砧座21的顶部上安装在凹部27中。通常，切削刀片35的侧支撑表面37和39邻接凹部27的侧邻接表面31和33，并且切削刀片的底支撑表面41邻接砧座21的顶表面(也称为顶邻接表面)43(图1)。砧座21的侧表面(也称为侧支撑表面)45和47通常邻接凹部的侧邻接表面31和33，并且砧座的底表面(也称为底支撑表面)49(图4)邻接凹部27的底邻接表面29。设置夹具51，以将切削刀片35夹紧在凹部27中。夹具51也可以将砧座21夹紧在凹部27中。替代地是，砧座21可以通过与夹紧切削刀片35的夹具51分离开的夹紧装置而被夹紧在凹部27中。例如，砧座21可以通过延伸穿过砧座中的中心开口53的螺钉或螺栓而被夹紧在凹部27中，而刀片可以通过分离的夹具51(诸如所示出的悬臂式夹紧组件)而被夹紧。

如图1-4中看到的那样，砧座21包括砧座主体55，并且弯曲通路57从砧座主体中的入口开口59延伸到砧座主体中的出口开口61。在图1-4中示出的实施例中，弯曲通路57从砧座21的底表面49中的入口开口59延伸到砧座的顶表面43中的出口开口61。表述“弯曲通路”在本文中被明确地定义为指的是这样的通路，其在它们的长度上不是直的，并且特别是与仅由一个直的部分或多于一个的连接起来的直的部分构成的通路形成对比。通常，“弯曲通路”将具有数学上连续的曲率，然而，其可以包括如图9A和图9B中示出的多个不连续的在数学上连续弯曲的组成部分，包括如图9A中示出的彼此相邻以形成弯曲通路571的多个弯曲组成部分57a和57b以及如图9B中示出的通过直的组成部分57c’分离以形成弯曲通路572的多个弯曲组成部分57a’和57b’。“弯曲通路”将充分平滑地过渡，以提供最小的阻塞风险和/或显著的压降。通路的横截面面积可以改变，通常该横截面面积随着通路从该通路的入口开口59过渡到其出口开口61而变得更小。弯曲通路57的入口开口59通常将连接到刀架25中的通路(未示出)或其它地方，使得流体能够进入该通路并通到出口开口61，通常用于冲洗来自切削刀片35的切削刃的切屑和/或用于冷却切削刃。

除了或代替具有从砧座21’的底表面49中的入口开口延伸到砧座的顶表面43中的出口开口的弯曲通路，弯曲通路57’也可以从砧座的侧表面45’和/或47’中的入口开口59’延伸，如图10中看到的那样。除了或代替具有从砧座21”的底表面49中的入口开口延伸到砧座的顶表面43中的出口开口的弯曲通路，弯曲通路57”也可以延伸到砧座的侧表面75”和/或77”中的出口开口61a”或61b”，如图11中看到的那样。除了具有一个或多个弯曲通路的砧座21之外，砧座也可以包括一个或多个直的通路(未示出)。

如图1-4中看到的那样，通路57能够具有至少两个分支。砧座21包括中心孔53，通路57包括多个分支63和65，并且入口开口59分别包括多个入口开口69和71。第一分支63的第一入口开口69被布置在中心孔53的第一侧上，并且第二分支65的第二入口开口71被布置在中心孔的与第一分支相反的第二侧上。

如果期望的话，则可以在中心孔中设置一个或多个入口开口(未示出)，使得流体能够穿过中心孔流入到入口开口中，并且然后穿过弯曲通路。

在图10中示出的砧座21’中，通路57’包括多个分支63’和65’，并且入口开口59’包括多个入口开口69’和71’。第一分支63’的第一入口开口69’被布置在砧座的第一侧表面45’中，并且第二分支65’的第二入口开口71’被布置在砧座的与第一侧表面不同的第二侧表面47’中。

为了示出可能的各种弯曲通路构造，在图11中示出的砧座21”中，通路57”包括多个分支63”、65”和67”，并且入口开59”包括多个入口开口69”、71”和73”。第一分支的63”的第一入口开口69”被布置在砧座的侧表面45”中，并且第二分支65”的第二入口开口71”被布置在砧座的底表面49”中，并且第三分支67”的第三入口开口73”被布置在侧表面47”中。出口开口61a”和61b”分别被布置在侧表面75”和77”(考虑到拐角部分85”的部分是这些侧表面的一部分)中，然而，出口开口61a”和61b”可以替代地或另外地被布置在顶表面43”中。可以存在与入口开口不同数量的出口开口，并且可以存在比入口开口多的出口开口，或者反之亦然。出口开口通常将被布置在侧表面和顶表面二者中的至少一个中，并且入口开口通常将被布置在底表面和侧表面二者中的至少一个中，然而，出口开口可以被布置在底表面中，并且入口开口可以被布置在顶表面中。

为了讨论的目的，参考图1，将看到的是，砧座21能够具有多个侧表面45和47。通常，具有多个侧表面的砧座将具有由拐角和拐角部分限定的至少三个侧表面，即，将是大致三角形的，或者将具有更多的侧边，诸如图1的砧座中示出的四个侧边。在砧座21中，存在四个直的侧表面45、47、75和77以及被布置在成对的侧表面部分之间的四个拐角部分79、81、83和85。所述至少三个拐角部分中的至少一个拐角部分85包括表面87，该表面87相对于由拐角部分85分离开的那一对侧表面部分75和77的延伸部从砧座21的中心轴线CA(图1)径向地向外延伸，该中心轴线在顶表面和底表面之间延伸。“那一对侧表面部分75和77的延伸部”意图指：如果侧表面部分75和77延伸超过它们在图2中被示出为终止且拐角部分85开始的位置，则将被限定的表面，并且该表面在图2中通过两条虚线直线E75和E77示出。所述虚线直线可以在砧座的周界内交叉。通过提供具有以该方式向外延伸的表面部分87的拐角部分85，砧座21的顶表面43的一部分能够延伸超过切削刀片35的底支撑表面41，如图5-8中示出的那样。能够在顶表面43的该部分中设置出口开口61，以便于向在拐角部分85上方的切削刃提供冷却/冲洗流体。

图12-14示出了根据本发明的另一个方面的砧座121，在砧座121中，中间表面200被设置在砧座的突出拐角185上。出口开口161能够被设置在中间表面200中。入口开口(未示出)和其它出口开口(未示出)能够根据期望被设置在任何其它表面中。中间表面200被设置在顶表面143下方且在底表面149上方，但是中间表面可以延伸到所述顶表面和/或所述底表面。如所示出的那样，中间表面200的平面与顶表面143的平面以及底表面149的平面(图3)平行，然而，所述中间表面可以与所述顶表面或所述底表面的平面形成非零角度，和/或所述中间表面可以是弯曲的。当砧座121与较薄的切削刀片、负型刀片或具有小的前角和/或倾斜角的刀架一起使用时，提供中间表面200(在中间表面200中，出口开口161能够被设置在顶表面143和底表面149之间，并且更具体是设置在所述顶表面下方)能够便于提供工件间隙。突出拐角185的表面187可以与砧座的侧表面的其余部分处于相同的倾斜角，或与该砧座的侧表面中的一些或全部的其余部分具有不同的倾斜角。

刀具寿命通常随着冷却剂供应压力的增加而增加。这能够归因于高压冷却剂提升切屑并且更接近切削交界面的能力。该作用导致咬死区域的减小，因此降低了摩擦系数，这进而导致切削温度和切削力的减小。优选地是，在所讨论的实施例中使用超过30巴的压力，并且更优选地是，使用超过100巴的冷却剂压力。

在本发明的另一个方面，制造用于切削刀具23的砧座21的方法包括形成具有弯曲通路57的砧座主体55，弯曲通路57从所述砧座主体中的入口开口59延伸到所述砧座主体中的出口开口61。砧座主体55能够经由多个不同的增材制造工艺(诸如使用粘结剂的金属3D打印工艺)或者全致密金属工艺(诸如选择性激光烧结(SLS)或直接金属激光烧结(DMLS))中的任何一种合适的工艺来形成。例如，DMLS技术使用大功率激光器来将金属粉末的小颗粒熔合成具有期望的三维形状的刀垫板或砧座。激光束直接“吸引”粉末，使得仅所述粉末的所选的部分被固化。据说由激光“扫描”所述粉末。以这种方式，激光器的使用允许具有不同形状的层被容易地且快速地熔合，从而使得能够生产出具有错综复杂的内部结构的复杂物体。通过扫描由在粉末床的表面上的三维建模程序生成的横截面(或层)，激光器选择性地熔合粉末化金属。在扫描每一个横截面之后，粉末床被降低一个层厚度。然后，在顶部上涂敷一层新的材料，并且重复该过程，直到完成刀垫板为止。这种工艺使得能够生产出具有诸如弯曲通路的形状的复杂砧座。因此，弯曲通路呈现出连续的路线，该路线从流动工程的观点来看被优化，并且能够例如借助于增材制造工艺来生产。还可以在增材制造之后执行加工。

在本申请中，诸如“包括”的术语的使用是开放式的，并且意图具有与诸如“包含”的术语相同的含义，并且不排除其它结构、材料或行为的存在。类似地是，尽管诸如“能够”或“可以”的术语的使用意图是开放式的，并且意图反映结构、材料或行为不是必需的，但是未使用这种术语无意反映结构、材料或行为是必不可少的。如果结构、材料或行为目前被认为是必不可少的，则它们会如此被识别。

弯曲通路将区别于砧座的表面中的沟槽或弯曲沟槽。所述弯曲通路沿着其长度是弯曲的，并且是管状的，这是因为该弯曲通路的一个或多个壁完全地绕所述通路的纵向轴线延伸。

尽管已经根据优选实施例示出和描述了本发明，但是应认识到，在不脱离如权利要求书中所阐述的本发明的情况下，可以在本文中做出变型和改变。

Claims

1.一种用于切削刀具(23)的砧座(21、21’、21”)，所述砧座(21、21’、21”)包括砧座主体(55)，其特征在于，弯曲通路(57、57’、57”)从所述砧座主体(55)中的入口开口(59、59’、59”)延伸到所述砧座主体(55)中的出口开口(61、61’、61a”、61b”)。

2.如权利要求1所述的砧座(21、21”)，包括顶表面(43、43”)和底表面(49、49”)，其中所述弯曲通路(57、57”)从所述底表面(49、49”)中的所述入口开口(59、59”)延伸。

3.如权利要求1-2中的任一项所述的砧座(21’、21”)，包括顶表面(43”)、底表面(49”)和侧表面(45’、47’；45”、47”)，所述侧表面(45’、47’；45”、47”)处在所述顶表面(43”)和所述底表面(49”)之间，所述弯曲通路(57’、57”)从所述侧表面(45’、47’；45”、47”)中的所述入口开口(59’、59”)延伸。

4.如权利要求1-3中的任一项所述的砧座(21、21’)，包括顶表面(43)和底表面(49)，其中所述弯曲通路(57、57’)延伸到所述顶表面(43)中的所述出口开口(61、61’)。

5.如权利要求1-4中的任一项所述的砧座(21”)，包括顶表面(43”)、底表面(49”)和侧表面(75”、77”)，所述侧表面(75”、77”)处在所述顶表面(43”)和所述底表面(49”)之间，其中所述弯曲通路(57”)延伸到所述侧表面(75”、77”)中的所述出口开口(61a”、61b”)。

6.如权利要求1-5中的任一项所述的砧座(21、21’、21”)，其中所述弯曲通路(57、57’、57”)具有至少两个分支。

7.如权利要求1-6中的任一项所述的砧座(21)，其中，所述砧座(21)包括中心孔，所述弯曲通路(57)包括多个分支，并且所述入口开口(59)包括多个入口开口，所述至少两个分支中的第一分支的第一入口开口被布置在所述中心孔的第一侧上，并且所述至少两个分支中的第二分支的第二入口开口被布置在所述中心孔的与所述第一分支相反的第二侧上。

8.如权利要求1-7中的任一项所述的砧座(21’、21”)，其中，所述弯曲通路(57’、57”)包括多个分支，并且所述入口开口(59’、59”)包括多个入口开口，所述至少两个分支中的第一分支的第一入口开口被布置在所述砧座的第一侧表面(45’；45”)中，并且所述至少两个分支中的第二分支的第二入口开口被布置在所述砧座的与所述第一侧表面(45’；45”)不同的第二侧表面(47’；47”)中。

9.如权利要求1-8中的任一项所述的砧座(21”)，其中，所述弯曲通路(57”)包括多个分支，并且所述入口开口(59、59’、59”)包括多个入口开口，所述至少两个分支中的第一分支的第一入口开口被布置在所述砧座的底表面(49”)中，并且所述至少两个分支中的第二分支的第二入口开口被布置在所述砧座的侧表面(45”、47”)中。

10.如权利要求1-9中的任一项所述的砧座(21、21’、21”)，其中所述弯曲通路(57、57’、57”)包括多个分支，并且所述入口开口(59、59’、59”)包括多个入口开口。

11.如权利要求1-10中的任一项所述的砧座(21、21’、21”)，包括顶表面(43、43”)、底表面(49、49”)和侧表面(45、47、75、77；45’、47’、75’、77’；45”、47”、75”、77”)，所述侧表面(45、47、75、77；45’、47’、75’、77’；45”、47”、75”、77”)处在所述顶表面(43、43”)和所述底表面(49、49”)之间，所述侧表面(45、47、75、77；45’、47’、75’、77’；45”、47”、75”、77”)包括至少三个侧表面部分和至少三个拐角部分(79、81、83、85；79’、81’、83’、85’；79”、81”、83”、85”)，所述至少三个拐角部分中的每一个拐角部分都被布置在所述至少三个侧表面部分中的相应的成对的侧表面部分之间，所述至少三个拐角部分中的至少一个拐角部分(85、85”)包括表面(87)，该表面(87)相对于所述至少三个侧表面部分中的相应的一对侧表面部分的延伸部从所述砧座的中心轴线(CA)径向地向外延伸，所述中心轴线(CA)在所述顶表面(43、43”)和所述底表面(49、49”)之间延伸。

12.如权利要求1-11中的任一项所述的砧座(21、21’、21”)，包括顶表面(43、43”)、底表面(49、49”)和侧表面(45、47、75、77；45’、47’、75’、77’；45”、47”、75”、77”)，所述侧表面(45、47、75、77；45’、47’、75’、77’；45”、47”、75”、77”)处在所述顶表面(43、43”)和所述底表面(49、49”)之间，其中所述出口开口(61、61’、61a”、61b”)被布置在所述侧表面(75”、77”)和所述顶表面(43、43”)中的至少一个表面中，并且所述入口开口(59、59’、59”)被布置在所述底表面(49、49”)和所述侧表面(45、47；45’、47’；45”、47”)中的至少一个表面中。

13.一种制造用于切削刀具(23)的砧座(21、21’、21”)的方法，所述方法包括：

形成具有弯曲通路(57、57’、57”)的砧座主体(55)，所述弯曲通路(57、57’、57”)从所述砧座主体(55)中的入口开口(59、59’、59”)延伸到所述砧座主体(55)中的出口开口(61、61’、61a”、61b”)。

14.如权利要求13所述的方法，包括：经由增材制造工艺形成所述砧座主体(55)。

15.一种切削刀具(23)，所述切削刀具(23)包括：

刀架(25)，所述刀架具有凹部(27)，

砧座(21、21’、21”)，所述砧座(21、21’、21”)被安装在所述凹部(27)中，所述砧座(21、21’、21”)包括砧座主体(55)，以及

切削刀片(35)，所述切削刀片(35)在所述砧座(21、21’、21”)的顶部上被安装在所述凹部中，

其特征在于，弯曲通路(57、57’、57”)从所述砧座主体(55)中的入口开口(59、59’、59”)延伸到所述砧座主体(55)中的出口开口(61、61’、61a”、61b”)。