CN110650813B - 切削刀具和制造切削刀具的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种切削刀具，该切削刀具包括至少一个切削刃和与所述至少一个切削刃相邻的至少一个后刀面(10)。后刀面(10)被布置成在切削刃后方在切削刀具与工件(20)之间提供间隙，并且包括一个或多个凹槽(17)，所述一个或多个凹槽被布置成在使用中传递切削介质跨过后刀面(10)。

Description

切削刀具和制造切削刀具的方法

技术领域

本发明尤其(但非排他地)涉及在钻孔或镗孔过程中使用的切削刀具。从本文的公开中将认识到，本发明也适用于其他形式的加工(machining)。

背景技术

在使用中时，切削刀具相对于工件移动并与工件接触。选择切削刀具以使其具有比要切削的工件材料大的硬度。随着切削刀具在工件上移动或穿过工件，材料被去除。

工件和刀具之间的摩擦会导致切削刀具以及工件本身的温度的升高。高的加工温度通常是不希望的，并且存在许多问题。

例如，高温可能导致切削刀具本身崩刃或损坏，这是因为：在该刀具内，应力会随着温度的升高而增加。高温还可能导致刀具和工件的膨胀(可能以不同的速率)，从而导致加工误差和减小的公差。

除了在加工操作中由于过热引起的问题之外，磨损也是一个重要的问题。磨损是由于在加工操作期间切削刀具与工件表面之间的滑动接触而引起的。高的磨损是不希望的，因为这需要更换刀具，对于极其坚硬的刀具而言，这可能非常昂贵。在更换刀具的同时，还会导致加工停机(machining downtime)，从而增加了制造成本。

为了解决这些问题，在加工中使用切削液或者更通常使用切削介质，以在切削刀具和工件之间提供润滑。切削介质有多种用途。首先并且最重要的是，切削介质充当润滑剂，以允许切削刀具以最小的摩擦经过并穿过工件材料。这又减少了热量产生。切削介质还充当冷却剂，从切削区域收集热量并将该热量从刀具和工件带走。另外，切削介质用于将已经从工件上切下的材料(例如为切屑的形式)带离切削区域。这允许连续切削，并且防止刀具堵塞或卡住。

例如，在钻头中，可以形成复杂的通道以允许冷却剂成功地传递到钻头的末端，以便实现上述益处。在钻头中，常规的冷却剂供应允许钻头的受到高应力的末端表面被冷却并且延长钻头的寿命。为了允许钻头尽可能坚固，冷却剂通道的开口被定位于钻头的末端表面中，远离切削刃。这维持了钻头的强度，同时又允许供应冷却剂。

在本领域中可获得许多切削介质输送系统，它们实现了上文针对各种加工操作所阐述的优点。

然而，本发明人已经确立了一种非常规的方法来进一步增强将切削介质供应到切削刀具的益处。发明人还确立了一种设备，该设备可以更有效地使切削介质到达切削刃、拐角刃和钻头刃带(drill margins)。本文所述的发明导致了切削刀具的寿命增加，并因此由于切削刀具的更换频率降低而提高了生产率。

发明内容

本发明的各个方面在所附权利要求书中限定。

根据第一方面，提供了一种切削刀具，该切削刀具包括至少一个切削刃和与所述至少一个切削刃相邻的至少一个后刀面，其中，该后刀面被布置成在切削刃后方在切削刀具和工件之间提供间隙，并且其中，该后刀面包括一个或多个凹槽，所述一个或多个凹槽被布置成在使用中传递切削介质跨过该后刀面。

非常规地，在切削刃后方的后刀面设置有一个或多个凹槽或凹部，所述一个或多个凹槽或凹部被布置成传递切削介质跨过后刀面。故意为切削液或切削介质提供流动路径是违反直觉的，因为所述凹槽延伸到作为切削刃本身的支撑结构的后刀面中。

然而，发明人已经确定，改造后刀面以提供凹槽的益处超过了任何妨碍切削刀具的在切削刃附近的厚度的缺点。

根据本文所述的发明，供应到切削区域的切削介质可以通过这些凹槽而跨所述后刀面分布。

术语“凹槽”旨在表示所述后刀面的一种改型，以允许切削介质传递跨过该刀面。这可以是延伸到后刀面中的通道、凹陷部、谷部等的形式，并且切削介质可以沿着该通道、凹陷部、谷部等被传递。

切削刀具可以具有近端和远端，该近端用于连接到驱动机构，切削末端位于该远端中。远侧切削末端可以包括多个切削部，所述多个切削部的切削刃形成前导部分。每个切削刃从切削末端的中心区域延伸并且与切削刀具的外周相交。在使用中，切削刃与工件接合以引起切削动作。切削刃在结构上由所述切削部支撑。

在切削刃与切削刀具的外周相交处的点限定了刀具的一个点或“拐角(corner)”。在旋转式刀具(例如钻头)中，该拐角在切削操作期间经历最高的切向速度。

切削刀具还可以包括一个或多个通道，所述一个或多个通道从近端穿过切削刀具延伸到远侧末端。该通道被有利地布置成或构造成将切削介质(例如切削液)传递到切削刀具的端部，具体传递到切削刀具的后刀面。有利地，该通道的全部或一部分在所述前刃(leading edge)附近与后刀面相交。

有利地，至少一个凹槽在后刀面处与该通道的开口相交。因此，可以将切削介质直接引入到与切削刃相邻的后刀面上。此外，切削介质可以从该通道传递到所述至少一个凹槽中，以便进一步被传递跨过后刀面。

所述凹槽可以有利地延伸到后刀面中，即，在后刀面的正常外表面线下方形成通路(passage)。

后刀面可以是单个光滑的连续表面，或者替代地可以进一步划分为与切削刃相邻的主后刀面以及与主后刀面相邻的副后刀面(secondary relief surface)。当使用单个后刀面时，该后刀面的表面可以是弯曲的，即，与相对于彼此成角度的两个表面相对的连续弯曲表面。

当使用单个连续表面时，所述通道被有利地布置成与后刀面的靠近切削刃的部分相交，即，在后刀面的靠近切削刃的一半内。所述通道的全部或一部分可以以这种方式相交。

切削刃在切削操作的方向上限定了切削部的前刃(leading edge)，并且副后刀面在切削操作的方向上限定了尾刀面(trailing surface)。主后刀面有效地布置在该前刃和尾刀面之间。

每个切削部还可以包括第三(third)或第三位的(tertiary)后刀面，该第三或第三位的后刀面与副后刀面相邻并且在切削操作的方向上尾随该副后部分。因此，可以将工件与切削刀具的外周之间的间隙分成处于不同角度的三个部段。这会增加间隙空间(clearance volume)，从而允许更多的切削介质流动。当使用不止一个后刀面时，每个后刀面可以是弯曲的。

所述通道的开口可以与主后刀面和副后刀面中的一个相交。有利地，所述通道的开口可以与主后刀面和副后刀面之间的相交线相交，因此，切削介质可以同时被引导跨过主后刀面和副后刀面二者。然后，被引导至主后刀面的切削介质可以进入所述凹槽中，以便被传递跨过主后刀面。被引导至副后刀面的切削介质可以穿过副后刀面并进入所述间隙空间中。

替代地，所述通道的开口可以从主后刀面和副后刀面的相交线朝向所述前刃偏移。

所述通道的开口可以被定位在切削末端与切削刀具的外周边缘之间的中途(midway)。

在一个示例中，所述切削刀具可以是旋转驱动的切削刀具，例如钻头。

切削介质传送通道与后刀面相交处的点可以被倒角或形成轮廓而具有一定半径，以在期望的方向上平滑地引导介质。所述开口的周界(perimeter)可以围绕其周界具有不同的半径，以便沿多个预定方向主动引导切削介质。例如，这些半径可以布置成使得：与副后刀面相比，更多的切削介质被朝向主后刀面引导，以增强本发明的有利效果。

所述通道的开口可以被形成轮廓(contoured)或倒角，因为所述通道的开口与后刀面中的相应的凹槽相交。

所述多个凹槽可以独立地与通道的开口相交，以使切削介质在多个凹槽之间分配。实际上，该通道充当切削介质分配的歧管。这些凹槽本身可以具有不同的深度以传递不同体积的切削介质，即，这些凹槽的深度、轮廓(profile)和宽度可以是不一致的。由此，通过切削液分配控制，能够精确地控制切削操作期间的温度。

有利地，在切削操作的方向上的相邻的后部分(relief portions)相对于与切削刀具的纵长轴线垂直的平面渐增地(incrementally)成角度，使得后续的后刀面比先前的后刀面相对于该平面具有更大的角度。

每个切削部可进一步包括大致螺旋形的排屑槽，该排屑槽从远侧末端朝近侧部延伸，并且在使用中适于使来自切削刃的材料被传递远离该末端。这另外允许从切削区域去除切削介质和任何热气体等。

每个螺旋形排屑槽可以进一步包括主刃带(primary margin)，该主刃带沿着每个螺旋形排屑槽的外周布置并且被布置成加强该排屑槽的外周部。这样的主刃带可以从上述切削部的拐角延伸并且沿着螺旋形排屑槽的外周延伸。

可选地，所述排屑槽可以是笔直的，即，与切削刀具的纵长轴线对准。这被称为笔直排屑槽切削刀具。实际上，所述排屑槽的角度为零。

每个切削部可进一步包括副刃带(secondary margin,)，其中，副刃带基本平行于主刃带(呈螺旋状)延伸，并且从切削刀具的主体的径向最外侧表面的侧面突出。所述副刃带的所述突出的径向延伸可以小于或等于主刃带。

所述凹槽中的一个、一些或全部可以与后刀面的径向最外周相交。因此，切削介质可以被传递到刀具的外周。一些凹槽的深度可以减小(渐缩)，以便将切削液引入到后刀面上。然后，切削介质可以以膜的形式朝向外周流动跨过后刀面。

有利地，所述凹槽中的至少一个被布置成在拐角附近与后刀面的径向最外周相交。如上所述，拐角受到高应力，并且容易产生高温。将切削介质传递到拐角附近会降低温度，改善润滑并防止崩刃、磨损和损坏。

所述凹槽可以在离所述拐角刃一定距离处与后刀面的径向最外周相交，该距离取决于与切削刃相邻的后刀面的角度以及排屑槽相对于切削刀具的纵长轴线延伸的角度。该排屑槽越笔直，所述凹槽与后刀面的最外周的交点越靠近所述拐角刃。

所述凹槽中的至少一个可以与上述主刃带和副刃带之间(或在仅存在一个刃带的情况下，在旋转方向上位于主刃带后方)的后部分的径向最外侧表面相交。因此，切削介质可以被直接传递到排屑槽中，以将材料有效地传递离开切削区域。

至少一个凹槽可以布置成延伸远离切削刃，即，朝向后刀面的尾刃延伸。然后也可以控制对尾刃的冷却。

凹槽的截面形状可以是任何适当的形状，并且可以沿着凹槽的长度是不均匀的。例如，所述至少一个凹槽的截面形状可以是大致半圆形的。替代地，所述至少一个凹槽的截面形状可以是矩形或正方形的。

现代的激光切削或增材制造技术有利地允许形成复杂的凹槽布局、深度、宽度和轮廓。

此外，可以将凹槽内的表面粗糙度选择为预定的粗糙度平均值(R_a)。该表面粗糙度可以沿着所述凹槽的长度和/或宽度是不均匀的。可以选择表面粗糙度以控制所述凹槽或每个凹槽的流体流动特性和热传递特性。

所述凹槽的表面粗糙度可以在一端处比在另一端处大和/或在所述凹槽的边缘处比在所述凹槽的中心处大。所述凹槽内的变化的表面粗糙度可以通过在所述凹槽的内部施加涂层来实现。例如，可以使用诸如氮化钛的涂层或适当的漆(lacquer)来控制热传递和/或表面粗糙度。

有利地，一个或多个凹槽可以形成为具有与切削刃的形状互补的形状或路径。可以提供全部或一部分所述凹槽与切削刃的均匀分离。这样的布局通过使凹槽与切削刃对齐而优化了热传递，同时维持切削刃的强度。

例如，多个相邻的凹槽均可以使其路径的至少一部分对应于切削刃的形状。

每个凹槽可以以各种方式来调整以控制冷却效果。例如，每个凹槽可以沿着其长度具有均匀的横截面形状。从刀具的端部看，每个凹槽可具有锯齿形(zig-zag)或蛇形轮廓。类似地，所述凹槽的壁可以同样适于优化热传递和流率。

如上文关于拐角刃所讨论的，所述至少一个凹槽的边缘与切削刃之间的最小距离取决于切削刀具的末端的几何结构。

在一些示例中，一个或多个凹槽可以与切削刃本身相交，以便将切削介质直接供应到切削刃。

从另一方面来看，提供了一种切削刀具，该切削刀具包括至少一个切削刃和与其相邻的至少一个后刀面，其中，该后刀面被布置成在切削刃后方在切削刀具和工件之间提供间隙，并且其中，该后刀面包括纹理化表面，该纹理化表面被布置成在使用中将切削介质传递跨过后刀面。

术语“纹理化表面”旨在表示对原本光滑或不间断的后刀面的改型。纹理可以是以预定截面形状延伸到该表面中的一系列凹部的形式，或替代地是从该表面延伸并且也具有预定截面形状的凸起部的形式。二者的组合也可应用于后刀面。此外，跨后刀面的突起或腔体的分布也可以实现纹理化表面。

例如，纹理化表面可以由延伸到该表面中的一系列重复形状形成，并且在使用中向切削介质可以流过的后刀面提供多孔表面。

从另一方面来看，提供了一种刀具，该刀具包括至少一个切削部，每个切削部包括：切削刃；末端表面，该末端表面包括与切削刃相邻的后刀面；通道，该通道延伸过刀具的长度，并且被构造成在使用中传递切削介质，其中，该通道的远端的至少一部分具有在与切削刃相邻的后刀面处的开口；该后刀面还包括从所述开口延伸的一个或多个凹槽；并且其中，所述凹槽中的至少一个凹槽的全部或一部分在与切削刃相邻的后刀面中延伸。

有利地，该后刀面可进一步被划分为靠近切削刃的主后刀面和在切削方向上尾随主后刀面的副后刀面，并且其中，所述凹槽中的至少一个凹槽的全部或一部分在与切削刃相邻的主后刀面中延伸。

该刀具可以是钻头。

从另一方面来看，提供了一种计算机数控(CNC)加工中心以及一种操作结合了本文所述发明的切削刀具或刀具的所述计算机数控加工中心的方法。

从又一方面来看，提供了一种制造切削刀具的方法，其中，该制造方法包括：形成至少一个凹槽，以从延伸过切削刀具长度的通道与切削刀具的末端表面的交点延伸到切削刀具的外周边缘，其中，切削刀具的末端表面包括与切削刃相邻的后刀面，并且至少一个凹槽中的一个凹槽沿着后刀面切削刃延伸。

该刀具可以例如通过磨削工艺或任何侵蚀方法(例如，激光束加工、磨料水射流加工)或通过化学材料去除方法来形成。

可以根据该方法形成或制造钻头。

附图说明

现在将参考以下附图，仅通过示例的方式描述本教导，在附图中，相同的部分由相同的附图标记表示：

图1A和图1B示出了根据本发明的切削刀具的侧视图；

图1C示出了在钻孔操作期间穿过切削区域的截面图；

图2是图1的钻头的末端的轴向视图；

图3A至图3E示出了跨后刀面的凹槽的替代路径；

图4A至图4D示出了跨后刀面的凹槽的替代路径；

图5A至图5D示出了凹槽的替代截面；并且

图6A至图6D图示了可以结合到后刀面中的不同类型的纹理化表面。

尽管本教导易于进行各种改型和替代形式，但在附图中以示例的方式示出了具体的实施例，并且在本文中对其进行了详细描述。然而，应当理解，附图及其详细描述并非旨在将范围限制为所公开的特定形式，而是相反，该范围将覆盖落入由所附权利要求书限定的精神和范围内的所有改型、等同物和替代方案。

如本说明书中所使用的，词语“包括”、“包含”和类似词语不应在排他性或穷举性的意义上来解释。换句话说，它们旨在表示“包括，但不限于”。

将认识到的是，本文描述的本发明的各个方面的特征可以以任何合适的组合方便地且可互换地使用。

具体实施方式

本教导涉及切削刀具和用于制造这种刀具的方法。在下面描述的实施例中，本发明被应用于旋转式切削刀具，即，钻头。将认识到的是，本发明也可应用于这里讨论的其他刀具。

根据本教导，提供了一种切削刀具，其具有改进的性能和延长的寿命。在使用时，该切削刀具允许提高生产率，这部分地是由于切削介质到切削刀具的末端以及切削介质离开切削刀具的末端的、改进的传递，更具体地是到切削刀具的特定区域的改进的传递。

参照附图，图1示出了根据本发明的切削刀具。在本示例中，切削刀具是用于在工件上钻孔的钻头1形式的旋转式切削刀具。

在其它示例中，根据本教导的切削刀具可以用于其他应用，例如铰孔或铣削。更具体地，将认识到的是，本文提供的教导可以应用于包括从切削刃延伸的后刀面(即，需要对切削区域的热控制的“楔形”几何结构)的任何刀具。

回到本示例，钻头1的形状是大致圆柱形的。这可以在图1A、图1B和图1C中看到，其中示出了钻头的末端的侧视图和轴向视图。

图1A是从侧面观察的切削末端的端部的放大图。图1B示出了钻头的全长度的侧视图，其示出了切削末端和被插入到钻头卡盘中的近端。图1B还示出了下文进一步描述的内部切削介质通道(以虚线示出)。

参照图1A和图1B，钻头1具有：中心轴线2，当钻头连接到旋转源(卡盘等)时，中心轴线2从近端延伸；和远端，切削动作发生在远端处。在使用中，使钻头1绕该中心轴线2旋转。

在本示例中，钻头1具有两个切削部3、4。切削部3、4在钻头1的远端处并且在刀具点6处汇合。刀具点6是钻头1的末端22的一部分。在本示例中，每个切削部3、4从钻头1的中心向钻头1的外周径向延伸。在本示例中，钻头1具有绕中心轴线2的旋转对称性，该旋转对称性的数量级等于切削部的数量，即，在本示例中为两个。

为了简洁起见，并且由于钻头1的旋转对称性，在下文中将仅描述单个切削部3的特征。

切削部3具有切削刃5，即，开始切削工件材料的刃。切削刃5从钻头1的在刀具点6处的中心径向延伸到切削部3的在钻头1的外周处的拐角刃7。在本示例中，切削刃5具有弯曲轮廓。将认识到的是，切削刃的精确形状将取决于各种参数而变化，这些参数包括例如被钻孔的材料。

图1C示出了在切削操作期间所述切削末端的切削区域的截面图。钻头1包括主后刀面10和副后刀面11。如图所示，所述凹槽形成在主后刀面中。从图1C可以看出，相对于工件20，副后刀面11比主后刀面10具有更大的角度。示出了具有半圆形截面轮廓的凹槽17。

切削刃5相对于工件20移动。图1C还示出了切削刀具与工件表面之间的间隙C。如本文所述，切削介质从凹槽17中被排出，并且被传递到由间隙C限定的区域中。

如图1B中所示，切削刃5相对于与沿着钻头的长度的轴线2垂直的平面成一定角度。切削刃5与该平面形成的角度由角度θ表示。

参照图2，从切削刃5延伸的表面被示为末端表面8。末端表面8从切削刃5周向延伸至尾刃9。术语“尾”旨在表示以下事实：刃9在切削操作期间尾随或跟随前刃。

末端表面8径向延伸到钻头1的在钻头1的外周处的边缘。该边缘在下文中称为末端表面边缘8。在该示例中，“外周”和“外周的”是指当沿轴向方向观察时(即，当观察钻头1的末端22时)钻头1的最外侧部分。

取决于本发明的实施方式和切削刀具的要求，切削刀具可以包括一个或多个后刀面。在图1C和图2所示的实施例中，末端表面8包括主后刀面10和副后刀面11。主后刀面10与切削刃5相邻。即，主后刀面10与切削刃5一体地形成并且从切削刃5沿“尾”方向延伸。副后刀面11从主后刀面10延伸到尾刃9。

在本示例中，主后刀面10以“间隙角”成角度，以在钻孔操作期间在刀具的远端表面和工件之间产生间隙(即，空间)(参见图1C中的标记C)。主后刀面10成一定角度，使得末端表面8的尾刃9与工件20的在钻头旋转期间刚刚被前刃切削的表面间隔开。副后刀面11以比主后刀面10更大的间隙角成角度。

主后刀面10和副后刀面11也以这种方式成角度，从而为在切削刃5后方或与切削刃5相邻的材料(切屑)的移除提供间隙。这还防止了该表面相对于工件或相对于来自工件20的碎屑的磨损。

参照图1A和图1B，可以看到，从每个切削部3、4，排屑槽19从末端表面8的尾刃9沿钻头1的一部分螺旋形地延伸。术语“排屑槽”是指钻头的螺旋线的技术术语。在下文中将该部分称为螺旋形部23。

排屑槽19是在切削刀具的主体的径向外表面中的大致半圆形的凹槽或凹部。排屑槽为在钻孔操作期间从切削区域快速且连续地去除切屑和切削介质提供了通路。排屑槽19的边缘相对于中心轴线2的方向延伸的角度是图1A中所示的前角α。

图1A还示出了通道13，其延伸过切削部3的长度并且在末端表面8处具有开口，使得：在使用中，切削介质能够沿着该通道从开口14流出并流到钻头1的末端表面8上。切削介质可以在切削刀具的近端处以常规方式被引入到该通道中。在本示例中，当沿轴向观察时，通道13具有圆形形状。

图1A还示出了可以可选地与本发明结合使用的加强刃带。如图所示，第一刃带15从切削刃5的拐角刃7沿钻头1的主体的径向外表面的侧面螺旋形地延伸。包括该第一刃带15是为了对钻头1的拐角刃7提供支撑。

在切削操作期间，由于由在钻头1的外周边缘处(即，最高切向速度发生的地方)的最高切削速度产生的持续的机械载荷和热载荷，拐角刃7是钻头1的受到高应力的部分。当使用钻头1时，第一刃带15沿着在工件20中产生的孔的内部行进。这引起由于摩擦而导致的热量积聚。因此，所述凹槽方便地将切削介质朝向所述拐角和刃带15引导，以抵抗由于摩擦而导致的热量积聚。

如本文中所述，根据本发明的凹槽17被布置成跨过后刀面，以从所述通道朝向切削刀具的经受最高温度和应力的部分传递切削介质(例如，切削液)。因此，本发明允许将这些区域处的温度更精确地控制在可接受的水平以下。此外，将切削介质引入到这些区域可确保最佳的润滑，从而进一步降低温度和磨损。另外，切削介质可以有效地将已经被切削的材料(切屑等)带离该区域。

因此，凹槽17与切削刃相邻地布置在后刀面中，并且从通道13的开口14朝向末端表面边缘18大致径向地延伸。如上所述，凹槽17提供了用于从通道13的开口14传递切削介质的路径。这导致切削介质被输送到与先前现有的切削刀具相比更靠近切削刃的位置，因而导致改进的散热。

凹槽17的轨迹或路径通常可以全部或部分地遵循切削刃5的形状(如下所述)。通过引导切削介质以遵循切削刃5的形状，切削介质可以连续地冷却切削刃5。以这种方式将所述通道的路径映射到后刀面上，缩小了切削刃5与携载切削介质的凹槽17之间的距离。通过使切削介质(充当冷却剂)的供应更靠近切削刃5，大大增强了对切削刃5的冷却。

结合有本发明的钻头的一个示例如下：

在一个示例中，钻头1具有：直径8mm的末端22，该末端22具有根据ISO286的h7公差等级；和直径8mm的柄21，该柄21具有根据ISO286的h6公差等级。取决于应用，钻头1可以具有比这大或小的直径。下文中使用的所有尺寸均用于具有直径8mm的末端22的钻头1。如果要使用不同尺寸的钻头1，本领域技术人员将认识到应相应地缩放钻头1的部件的尺寸。

顶角(point angle)θ可以为180度至90度之间的任何角度。在本示例中，顶角θ约为118度。

螺旋形部23从切削刀具的远端延伸大约60mm的长度。螺旋形部23与柄21一体地形成，该柄21从螺旋形部23的端部延伸40mm的长度。柄21用于将钻头1连接至机器，该机器在使用时引起刀具的旋转。本领域技术人员将理解的是，在其它示例中，螺旋形部23和柄21的尺寸可以不同于上文给出的尺寸。在本示例中，前角α约为4度。如上所述，排屑槽可以不沿着切削刀具螺旋形地延伸，而是可以是笔直的，即，前角α为0度。

在其它示例中，钻头1可以具有不止两个切削部。例如，钻头1可以具有三个或四个切削部。将认识到的是，钻头通常被限定为开有两个或三个排屑槽(一个切削部有一个排屑槽)。具有三个以上切削部的钻头被称为扩孔钻头(通常没有任何钻尖并且用来扩孔)。还将认识到的是，本发明可以同样应用于铰孔刀具。替代地，钻头1可以仅具有一个切削部。

在其它示例中，可以使用笔直的切削刃5。在又一些其它示例中，切削刃5可以由不止一个笔直的切削刃部段构成；即，切削刃5可以由以一定角度相交的两个笔直的部段构成。

在其它示例中，末端表面8可以包括一个后刀面或多于两个后刀面。例如，末端表面8可以包括主后刀面10、副后刀面11和第三或第三位的后刀面12。

后刀面可以是“无台阶的”，这意味着可以提供连续表面，其中在不同的后角或间隙角的区域之间有轮廓(contours)。

当使用不止一个后刀面时，主后刀面10相对于水平线的角度可以比副后刀面11相对于水平线的角度浅，并且副后刀面11相对于水平线的角度可以比第三或第三位的后刀面12相对于水平线的角度浅，依此类推。

主后刀面10和副后刀面11的定向角的较大差异导致更多的切削介质朝向副后刀面11离开切削刃5。

当在钻头1上使用不止一个后刀面时，开口14的至少一部分与主后刀面10相交，使得：在使用期间，切削介质在主后刀面10和副后刀面11之间的过渡区域处离开。在其它示例中，开口14均不可以与主后刀面10相交。

在其它示例中，前角α可以在2度和6度之间。在加工由软金属和其他低强度材料制成的工件时，钻头1使用较高的前角α。

在其它示例中，开口14的直径将取决于切削介质的粘度，但是例如可以为0.2mm或更大。在其它示例中，通道13可以具有非圆形截面形状。例如，通道13可以具有椭圆形截面或其他轮廓。

在又一示例中，冷却剂不在通道中行进过钻头1的长度，而是从钻头1的侧面注入。根据本发明的凹槽仍然允许冷却剂有效地行进穿过后刀面，从而提供本文所述的优点。

所述加强刃带可以是任何适当宽度的。较窄的刃带将减小摩擦，而较宽的刃带将为切削刃的拐角提供更大的机械强度。在排屑槽的与主刃带相反的一侧上的第二刃带可以具有比主刃带小的径向延伸。

所述凹槽的深度将尤其取决于所需的冷却以及切削介质的密度和粘度。凹槽17沿着凹槽17的长度可以具有变化的宽度或深度。在一个示例中，凹槽17在其从开口14延伸的点处最深，或者在沿着凹槽17的长度的点处最深。较深的凹槽17导致增加的散热速率，但导致减小的机械强度。在一个示例中，凹槽17在其从开口14延伸的点处最宽，或者在沿着凹槽17的长度的点处最宽。

该凹槽内的表面粗糙度也可以根据冷却要求而改变。凹槽17的表面粗糙度可以在凹槽17内沿该凹槽的宽度或长度方向变化。例如，在一些示例中，凹槽17的表面粗糙度在凹槽17的边缘处比在凹槽17的中心处大，而在其它示例中，凹槽17的表面粗糙度在凹槽17的中心处比在该凹槽的边缘处大。另外或替代地，在一些示例中，凹槽17的表面粗糙度在该凹槽的从开口14延伸的点处比沿着凹槽17的长度进一步延伸的点处大，或者凹槽17的表面粗糙度在沿着凹槽17的长度的点处比在与开口14相邻的点处大。增加的表面粗糙度将导致增加的散热速率。

在本示例中，该凹槽的表面粗糙度可以有利地小于6.3R_a，并且在整个凹槽17中可以是基本恒定的。可以通过在凹槽17内包括涂层来实现凹槽17中的增加的表面粗糙度。

如上所述，一个或多个凹槽17延伸到切削部3的圆周边缘。也可以方便地改变所述凹槽所遵循的路径。例如，凹槽17可以是弯曲的，以便接近切削部3的切削刃5并且大致平行于切削刃5延伸。

在其它示例中，凹槽17可以是笔直的，或者凹槽17可以具有从开口14延伸的弯曲部和大致平行于切削刃5延伸的笔直部。

在图3A至图3E中示出了该凹槽可以跨过后刀面的路径的示例。重要的是，在每个示例中，所述通道将切削介质直接引入到在切削刃后方的主后刀面上。在一些示例中，凹槽可以另外沿着副后刀面在尾方向上延伸(参见图3D和图3E)。

替代地，所述凹槽可以是笔直的、弯曲的或“腰子”形状的。这种复杂的形状可以使用非传统的构思来实现，例如从主制造过程中压制出的凹槽，或者通过后续的非传统构思的材料去除工艺(例如，激光烧蚀、超声波加工、化学(蚀刻)或增材制造技术)压制出的凹槽。

在其它示例中，凹槽17的一个边缘或两个边缘可以被制造为“锯齿”形状的。这将导致增大的散热表面积。

图4A至图4D进一步图示了如何调适每个凹槽。

图4A示出了具有一个平滑侧和相对的锯齿形侧的凹槽。该侧可以例如与该凹槽的切削刃侧对齐以最大化热传递。它还可在凹槽内引起湍流，从而进一步增强热传递。图4B示出了具有相对的锯齿形侧壁的凹槽。图4C示出了平滑的弯曲凹槽，并且图4D示出了蛇形或正弦曲线形状。这些可以增强流体流动。

将会认识到的是，如图3A至图3E中所示以及如上所述，可以在后刀面中形成多个凹槽。每个凹槽不必相同，例如，更靠近切削刃的凹槽可以适于使热传递最大化，而更靠近尾刃的凹槽适于使流率最大。

图5A至图5D示出了每个凹槽可以具有的截面形状的示例。这些图示出了半圆形、三角形、不对称曲线和矩形截面。将认识到的是，可以使用其他形状。

如上所述，尽管本示例被示出为仅具有一个凹槽17，但在每个切削部3中可以使用不止一个凹槽17。上文关于单个凹槽17讨论的所有改型和变型也适用于任何其他凹槽17。

图6A至图6D图示了不同类型的纹理化表面，这些纹理化表面可以被结合到主后刀面10或副后刀面11中，以代替使用凹槽。在每个示例中，该纹理化表面的一部分在平均虚线上方延伸，并且一部分在平均虚线下方延伸。可以使用如图所示的各种表面形状，如图6A至6D中所示的示例(但不限于此)。这些复杂的形状可以使用增材制造技术方便地形成。

在使用中，本发明的钻头1由旋转的钻头保持器旋转，该旋转的钻头保持器附接到钻头1的柄21。在这些图中所示的本示例中，当观察钻头1的末端表面8时，旋转沿逆时针方向发生。在其它示例中，如果切削刃5和尾刃9的位置相反，则旋转可以沿顺时针方向发生。

在本示例中，使切削介质行进穿过通道13，该通道13延伸过切削部3的长度。这是通过将切削介质泵送通过钻头保持器到柄21中而实现的。在现有刀具中，切削介质离开通道13之后行进的方向不受控制。在本示例中，在到达通道13的开口14时，切削介质行进穿过凹槽17(或多个凹槽)。诸如切削液(它可以是水基的)的切削介质在加工领域中是众所周知的。

在其它示例中，代替沿切削部3的长度携载切削介质穿过通道13，切削介质被从钻头1的在钻头1的末端表面8处的一侧引导到槽17(或多个凹槽)中。

如上所述，由于沿着主后刀面10延伸的一个或多个凹槽17，与传统钻头中相比，处于最大机械应力和热应力下的区域(即，切削刃5，特别是拐角刃7)中将输送更多的切削介质。这意味着，与传统钻头中相比，更少的切削介质在远离切削刃的方向上离开切削区域。因此，与传统钻头相比，将改善散热。此外，由于凹槽17(或多个凹槽)的定位，与传统钻头中相比，更多的切削介质将被引导到第一刃带处以进行散热。此外，切削介质将充当第一刃带15和工件20之间的润滑剂。

在本示例中，所述凹槽被结合到现有的传统钻头中。例如，这可以使用激光切削来实现。在其它示例中，所述凹槽可以通过磨削来形成。在其它示例中，钻头1可以根据第一原理制造，其中所述凹槽通过CNC加工而被结合在钻头中。

或者，该刀具可以通过以下方式形成：

固态硬质合金棒料：

粉末压制(短钻头)至几乎最终形状，所述最终形状用于以液压/收缩配合/“机械”夹头夹紧，或者以其他用于具有圆形截面的钻头的“包围”构思；或通过螺钉将钻头压向安装表面(非圆形钻头)来夹紧。

直接压制生坯，在烧结之前对坯体进行加工以形成刀具，然后最终对刀具进行烧结。

钎焊到钢轴上的钻头：

这样的钻头也可能看起来像有时称为“铲形钻头”(平头钻头)的东西；

通过非常规加工，它也可以是类似陶瓷、(多晶)金刚石和立方氮化硼等的材料。

如上所述，切削刀具可以由任何合适的材料制成。例如，硬质合金或其他粉末基材料或高速钢。如上所述，可以有利地使用增材制造概念来形成刀具，所述增材制造构思包括组合构思与(例如)焊接到钢轴上的焊接钻头的组合。

呈现本文描述的各种实施例仅是为了帮助理解和教导所要求保护的特征。提供这些实施例仅作为实施例的代表性示例，而并非是穷举性和/或排他性的。应当理解，本文中描述的优点、实施例、示例、功能、特征、结构和/或其他方面不应被认为是对由权利要求书限定的本发明的范围的限制或对权利要求书的等同物的限制，而且，在不背离所要求保护的发明的范围的情况下，可以利用其他实施例并且可以进行改型。本发明的各种实施例可以适当地包括所公开的元件、部件、特征、部分、步骤、装置等的适当组合，由或基本上由所公开的元件、部件、特征、零件、步骤、装置等的适当组合组成，而不是本文具体描述的那些。另外，本公开可以包括当前未要求保护但将来可能要求保护的其他发明。

Claims (39)

1.一种切削刀具，所述切削刀具包括：

至少一个切削部；

至少一个切削刃，所述至少一个切削刃从所述刀具的中心径向延伸到所述切削部的在所述刀具的外周处的拐角刃；和

与所述切削刃相邻的至少一个后刀面，

其中，所述后刀面被布置成在所述切削刃后方在所述切削刀具和工件之间提供间隙，并且

其中，与所述切削刃相邻的所述后刀面包括一个或多个凹槽，所述一个或多个凹槽被布置成在使用中将切削介质传递跨过所述后刀面，其中，所述凹槽中的至少一个凹槽与所述后刀面的径向最外周相交，

其中，所述切削刀具包括：

用于连接至驱动机构的近端，以及

远侧切削末端，所述远侧切削末端包括：

所述至少一个切削部，其中，所述切削刃形成所述切削部的前导部分并且从所述切削末端的中心区域延伸以与所述切削刀具的外周相交，

其中，每个切削部还包括大致螺旋形排屑槽，所述螺旋形排屑槽从所述远侧末端朝向近端部延伸，并且在使用中适于使来自所述切削刃的材料被传递远离所述末端，并且其中，每个螺旋形排屑槽进一步包括主刃带，所述主刃带沿着每个螺旋形排屑槽的外周布置。

2.根据权利要求1所述的切削刀具，其中，所述切削刃与所述切削刀具的所述外周之间的相交部分限定了所述切削部的拐角。

3.根据权利要求1所述的切削刀具，还包括一个或多个通道，所述一个或多个通道从所述近端穿过所述切削刀具延伸到所述远侧末端，并且被构造成在使用中将所述切削介质传递到所述切削刀具的后刀面。

4.根据权利要求3所述的切削刀具，其中，至少一个凹槽在后刀面处与所述通道的开口相交，以在使用中允许切削介质从所述通道流动到所述至少一个凹槽中。

5.根据权利要求1-4中的任一项所述的切削刀具，其中，每个凹槽的全部或一部分形成在后刀面中。

6.根据权利要求1所述的切削刀具，其中，每个后刀面被进一步划分为与所述切削刃相邻的主后刀面以及与所述主后刀面相邻的副后刀面。

7.根据权利要求6所述的切削刀具，其中，所述切削刃在切削操作的方向上限定所述切削部的前刃，并且所述副后刀面在切削操作的方向上限定尾刀面，并且其中，所述主后刀面被设置在所述前刃和所述尾刀面之间。

8.根据权利要求6或7所述的切削刀具，其中，所述切削部或每个切削部还包括第三后刀面，所述第三后刀面与所述副后刀面相邻并且在切削操作的方向上尾随所述副后刀面。

9.根据权利要求6所述的切削刀具，还包括通道，所述通道从所述近端穿过所述切削刀具延伸到所述远侧末端，其中，所述通道的开口与所述主后刀面或所述副后刀面相交，或者，所述通道的开口与主后刀面和副后刀面之间的相交线相交。

10.根据权利要求1-4、6-7和9中的任一项所述的切削刀具，其中，所述切削刀具是旋转式切削刀具。

11.根据权利要求3、4和9中的任一项所述的切削刀具，其中，当所述通道的开口与相应的后刀面和/或凹槽相交时，所述通道的开口被形成轮廓或被倒角。

12.根据权利要求3、4和9中的任一项所述的切削刀具，其中，多个凹槽独立地与所述通道的开口相交，以在所述多个凹槽之间分配切削介质。

13.根据权利要求1-4、6-7和9中的任一项所述的切削刀具，其中，所述驱动机构是旋转驱动机构。

14.根据权利要求13所述的切削刀具，其中，所述切削刀具是钻头。

15.根据权利要求7所述的切削刀具，其中，在所述切削操作的方向上的相邻的后刀面相对于与所述切削刀具的纵长轴线垂直的平面渐增地成角度，使得离所述切削刃远的后刀面比离所述切削刃近的后刀面相对于所述平面具有更大角度。

16.根据权利要求2所述的切削刀具，其中，所述主刃带从所述切削部的所述拐角沿着所述螺旋形排屑槽的外周延伸。

17.根据权利要求1-4、6-7、9和15-16中的任一项所述的切削刀具，其中，每个切削部进一步包括副刃带，其中，所述副刃带基本平行于所述主刃带延伸，并且从所述切削刀具的主体的径向最外侧表面的侧面突出，并且其中，所述副刃带的所述突出的径向延伸小于或等于所述主刃带。

18.根据权利要求2或16所述的切削刀具，其中，所述凹槽中的至少一个凹槽在所述拐角附近与后刀面的径向最外周相交。

19.根据权利要求17所述的切削刀具，其中，所述凹槽中的至少一个凹槽在所述主刃带和所述副刃带之间与所述后刀面的径向最外侧表面相交。

20.根据权利要求1-4、6-7、9和15-16中的任一项所述的切削刀具，其中，至少一个凹槽被布置成离开所述切削刃朝向后刀面的尾刃延伸。

21.根据权利要求1-4、6-7、9和15-16中的任一项所述的切削刀具，其中，所述至少一个凹槽的截面形状是大致半圆形的。

22.根据权利要求1-4、6-7、9和15-16中的任一项所述的切削刀具，其中，所述至少一个凹槽的截面形状是矩形或正方形的。

23.根据权利要求1-4、6-7、9和15-16中的任一项所述的切削刀具，其中，所述凹槽的表面粗糙度沿着所述凹槽的长度和/或宽度是不均匀的。

24.根据权利要求23所述的切削刀具，其中，所述凹槽的表面粗糙度在一端处比在另一端处大和/或在所述凹槽的边缘处比在所述凹槽的中心处大。

25.根据权利要求1-4、6-7、9和15-16中的任一项所述的切削刀具，其中，一个或多个所述凹槽的跨后刀面的路径的至少一部分的形状对应于所述切削刃的形状。

26.根据权利要求25所述的切削刀具，其中，多个相邻的凹槽均使其路径的至少一部分对应于所述切削刃的形状。

27.根据权利要求1-4、6-7、9和15-16中的任一项所述的切削刀具，其中，所述凹槽沿着所述凹槽的长度具有均匀的截面形状。

28.根据权利要求1-4、6-7、9和15-16中的任一项所述的切削刀具，其中，从所述刀具的端部观察，所述凹槽具有锯齿形或蛇形轮廓。

29.根据权利要求1-4、6-7、9和15-16中的任一项所述的切削刀具，其中，所述至少一个凹槽的边缘与所述切削刃之间的距离不小于所述主刃带的周向宽度。

30.根据权利要求1-4、6-7、9和15-16中的任一项所述的切削刀具，其中，所述至少一个凹槽进入到后刀面中的深度沿着所述凹槽的长度的至少一部分是不均匀的。

31.根据权利要求30所述的切削刀具，其中，所述凹槽在靠近切削介质源的一端处比在远端处深，或者在靠近切削介质源的一端处比在远端处浅。

32.一种刀具，所述刀具包括至少一个切削部，每个切削部包括：

用于连接至驱动机构的近端；

切削部；

切削刃，所述切削刃从所述刀具的中心径向延伸到所述切削部的在所述刀具的外周处的拐角刃；

远侧切削末端，所述远侧切削末端包括所述至少一个切削部，其中，所述切削刃形成所述切削部的前导部分并且从所述切削末端的中心区域延伸以与所述切削刀具的外周相交，

末端表面，所述末端表面包括与所述切削刃相邻的后刀面，其中，所述后刀面被布置成在所述切削刃后方在所述刀具和工件之间提供间隙；

通道，所述通道延伸过所述刀具的长度，并且被构造成在使用中传递切削介质，其中，所述通道的远端的至少一部分在与所述切削刃相邻的所述后刀面处具有开口；

与所述切削刃相邻的所述后刀面还包括从所述开口延伸的一个或多个凹槽；并且

其中，所述凹槽中的至少一个凹槽在与所述切削刃相邻的所述后刀面中从所述通道的所述开口朝向所述末端表面的径向最外侧边缘大致径向地延伸，其中，每个切削部还包括大致螺旋形排屑槽，所述螺旋形排屑槽从所述远侧末端朝向近端部延伸，并且在使用中适于使来自所述切削刃的材料被传递远离所述末端，并且其中，每个螺旋形排屑槽进一步包括主刃带，所述主刃带沿着每个螺旋形排屑槽的外周布置。

33.根据权利要求32所述的刀具，其中，所述后刀面被进一步划分为靠近所述切削刃的主后刀面以及在切削方向上尾随所述主后刀面的副后刀面，并且其中，所述凹槽中的至少一个凹槽的全部或一部分在与所述切削刃相邻的所述主后刀面中延伸。

34.根据权利要求32或33所述的刀具，其中，所述刀具是钻头。

35.一种计算机数控加工中心，所述计算机数控加工中心包括根据任一前述权利要求所述的切削刀具或刀具。

36.一种制造根据权利要求1至31中的任一项所述的切削刀具的方法，其中，所述制造方法包括：

形成至少一个凹槽，以使其从延伸过所述切削刀具的长度的通道与所述切削刀具的末端表面的相交部分延伸，

其中，所述切削刀具的所述末端表面包括与切削刃相邻的后刀面，并且所述至少一个凹槽中的一个凹槽沿着后刀面切削刃延伸，其中，所述后刀面被布置成在所述切削刃后方在所述刀具和工件之间提供间隙。

37.根据权利要求36所述的制造方法，其中，使用磨削来形成所述至少一个凹槽。

38.根据权利要求36所述的制造方法，其中，使用激光切削来形成所述至少一个凹槽。

39.根据权利要求36至38中的任一项所述的制造方法，其中，在钻头中形成所述至少一个凹槽。

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