CN111050964B - 旋转切削工具 - Google Patents
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Abstract
本发明的旋转切削工具具有主体和柄。主体具有末端。柄在与末端相反的一侧与主体相接。主体设置有:具有正扭转角度的第一切削刃;和具有负扭转角度并且与第一切削刃分隔开的第二切削刃。第一切削刃和第二切削刃中的每一个从末端至柄连续地设置。
Description
技术领域
本发明涉及旋转切削工具。
背景技术
日本专利公开No.54-119198(PTL 1)描述了一种刳刨工具(router tool),其具有沿不同方向扭转的切削刃。在日本专利公开No.54-119198中描述的刳刨工具中,每个切削刃在有效切削长度区域被分成多个切削刃部分。
引用列表
专利文献
PTL 1:日本专利公开No.54-119198
发明内容
根据本发明一方面的旋转切削工具包括主体和柄。主体具有末端。柄在与末端相反的一侧与主体相接。主体设置有具有正扭转角度的第一切削刃、和具有负扭转角度并且与第一切削刃分隔开的第二切削刃。第一切削刃和第二切削刃中的每一个从末端连续地延伸至柄。
附图说明
图1是示出根据本实施例的旋转切削工具的构造的示意性透视图。
图2是根据本实施例的旋转切削工具的当从垂直于其旋转轴线的方向观看时的第一示意性侧视图。
图3是根据本实施例的旋转切削工具的当从垂直于其旋转轴线的方向观看时的第二示意性侧视图。
图4是根据本实施例的旋转切削工具的当从平行于其旋转轴线的方向观看时的示意性前视图。
图5是根据本实施例的旋转切削工具的当从沿着图2中的线V-V的方向观看时的示意性剖视图。
图6是图5中的VI区域的放大示意图。
图7是示出使用根据本实施例的旋转切削工具的工作方式的示意性局部剖视图。
具体实施方式
[本发明要解决的问题]
如果每个切削刃在有效切削长度区域被分成多个切削刃部分,则在切削工作期间,每个切削刃中的每一个切削刃间歇地咬合到工件中。这引起高的切削阻力,使得难以令人满意地抑制工件上的毛刺的产生。
本发明的一个方面的目的是可以抑制工件上的毛刺的产生。
[本发明的有益效果]
本发明的一个方面可以抑制工件上的毛刺的产生。
[本发明的实施例的概要]
首先,概述本公开的实施例。
(1)根据本发明的一方面的旋转切削工具1包括主体3和柄2。主体3具有末端7。柄2在与末端7相反的一侧与主体3相接。主体3设置有具有正扭转角度的第一切削刃11,和具有负扭转角度并且与第一切削刃11分隔开的第二切削刃21。第一切削刃11和第二切削刃21中的每一个从末端7连续地延伸至柄2。
在根据上述第(1)项的旋转切削工具1中,第一切削刃11和第二切削刃21中的每一个从末端7连续地延伸至柄2。因此,与第一切削刃11和第二切削刃21中的每一个间歇地设置的切削工具相比,根据上述第(1)项的旋转切削工具1能够在没有间歇咬合的情况下平滑地进行切削。结果,降低了切削阻力,从而抑制了工件上的毛刺的产生。
(2)在根据上述第(1)项的旋转切削工具1中,主体3的芯部厚度D2可以是主体3的直径D1的0.4倍以上且0.9倍以下。根据本实施例的旋转切削工具1如上所述具有降低的切削阻力,因此允许在主体3断裂风险低的同时减小主体3的芯部厚度D2。减小的芯部厚度D2允许在主体3中形成深槽。结果,提高了切屑排出效率。此外,加深槽导致槽的表面积增加。结果,改善了主体3的散热。这可以抑制主体3的温度升高,从而防止低熔点工件(例如,树脂)熔化。
(3)在根据上述第(1)或(2)项的旋转切削工具1中,主体3可以包括基材4以及覆盖基材4的涂层5。涂层5可以包括金刚石和类金刚石碳中的至少一种。在这种情况下,第一切削刃11和第二切削刃21中的每一个均具有提高的耐磨性或可滑动性(slidability)。结果,延长了旋转切削工具1的寿命。还有,可以抑制第一切削刃11和第二切削刃21中的每一个的锋利度的劣化,从而允许工件的切削面具有优异的表面纹理。此外,第一切削刃11和第二切削刃21中的每一个的锋利度得以提高,这进而允许在主体3断裂风险低的同时进一步减小主体3的芯部厚度D2。因此可以进一步减小芯部厚度D2,使得可以进一步提高切屑排出效率。还可以进一步改善主体3的散热。
(4)在根据上述第(3)项的旋转切削工具1中,涂层5可以是金刚石。在这种情况下,第一切削刃11和第二切削刃21中的每一个具有提高的耐磨性。结果,可以抑制第一切削刃11和第二切削刃21中的每一个的锋利度的劣化,从而允许工件的切削面具有优异的表面纹理。
(5)在根据上述第(4)项的旋转切削工具1中,涂层5的厚度可以为6μm以上且20μm以下。
(6)在根据上述第(5)项的旋转切削工具1中,金刚石可以是单晶金刚石或多晶金刚石。
(7)在根据上述第(6)项的旋转切削工具1中,金刚石可以是多晶金刚石。多晶金刚石可以具有表层5a,表层5a的平均粒径为0.1μm以上且5μm以下。
(8)在根据上述第(3)项的旋转切削工具1中,涂层5可以是类金刚石碳。在这种情况下,第一切削刃11和第二切削刃21中的每一个均具有提高的可滑动性。结果,可以抑制第一切削刃11和第二切削刃21中的每一个的锋利度的劣化,从而允许工件的切削面具有优异的表面纹理。
(9)在根据上述第(8)项的旋转切削工具1中,涂层5的厚度可以为0.2μm以上且2μm以下。
(10)在根据上述第(3)至(9)项中任一项的旋转切削工具1中,基材4的表面粗糙度可以为0.2μm以上且2.0μm以下。在这种情况下,提高了涂层5与基材4之间的附着性。
(11)在根据上述第(3)至(10)项中任一项的旋转切削工具1中,涂层5可以包括选自铁、钼和钨构成的组的至少一种元素。铁、钼和钨中的每一种均与碳反应生成碳化物,从而进一步提高了涂层5与基材4之间的附着性。
(12)在根据上述第(11)项的旋转切削工具1中,在涂层5的与基材4接触的部分中,至少一种元素的总含量可以为1.0×1015原子/cm3以上且1.0×1018原子/cm3以下。
(13)在根据上述第(1)至(12)项中任一项的旋转切削工具1中,在末端7处,沿周向从第一切削刃11到第二切削刃21的相位角度可以不同于沿周向从第二切削刃21到第一切削刃11的相位角度。由于第一切削刃11和第二切削刃21在不同的方向上扭转,所以来自这些切削刃的轴向切削力彼此抵消。第一切削刃11和第二切削刃21的切削周期也不同。因此,抑制了在工作期间颤动(chattering)的发生。
(14)在根据上述第(1)至(13)中任一项的旋转切削工具1中,正扭转角度和负扭转角度中的每一个的绝对值可以为3°以上且10°以下。
[本发明的实施例的细节]
现在将参考附图来描述本公开的实施例的细节。在下面的描述中,相同或相应的元件由相同的附图标记表示,并且不再重复对其的冗余描述。
首先,描述根据本实施例的旋转切削工具1的构造。
如图1、图2和图3所示,根据本实施例的旋转切削工具1例如是用于切削诸如碳纤维增强塑料(CFRP)等纤维增强树脂的立铣刀,并且主要包括主体3和柄2。旋转切削工具1可绕旋转轴线A(见图2)旋转。主体3具有末端7。柄2在与末端7相反的一侧与主体3相接。柄2具有基端6。柄2是附接至例如铣床主轴的部分。主体3具有例如第一前刀面13、第一底表面15、第一后刀面14、第二前刀面23、第二底表面25和第二后刀面24。第一前刀面13与第一底表面15和第一后刀面14中的每一个相接。第二前刀面23与第二底表面25和第二后刀面24中的每一个相接。由第一前刀面13和第一后刀面14限定的棱线构成第一切削刃11。由第一前刀面13和第一底表面15限定的棱线构成第一底部刃12。由第二前刀面23和第二后刀面24限定的棱线构成第二切削刃21。由第二前刀面23和第二底表面25限定的棱线构成第二底部刃22。
主体3设置有第一切削刃11和第二切削刃21。第一切削刃11和第二切削刃21中的每一个是设置在主体3的外周处的外周切削刃。第一切削刃11和第二切削刃21在周向上间隔开地交替设置。第一切削刃11和第二切削刃21中的每一个绕旋转轴线A螺旋状地延伸。第二切削刃21与第一切削刃11分隔开。第一切削刃11不与第二切削刃21交叉。第一切削刃11具有正扭转角度。第二切削刃21具有负扭转角度。换句话说,第一切削刃11和第二切削刃21在不同的方向上扭转。如果第一切削刃11向右扭转,那么第二切削刃21向左扭转。另一方面,如果第一切削刃11向左扭转,那么第二切削刃21向右扭转。
第一切削刃11的数量例如为但不限于2个以上。第二切削刃21的数量例如为但不限于2个以上。主体3可以设置有第一底部刃12和第二底部刃22。第一底部刃12可以与第一切削刃11相接。第二底部刃22可以与第二切削刃21相接。第一底部刃12和第二底部刃22在周向上交替设置。第一底部刃12的数量例如为但不限于2个以上。第二底部刃22的数量例如为但不限于2个以上。主体3可以具有第一槽16、第二槽26、第三槽17和第四槽27。第一槽16相对于第三槽17位于基端侧。第二槽26相对于第四槽27位于基端侧。第一槽16与第一前刀面13相接。第二槽26与第二前刀面23相接。柄2不具有与第一切削刃11或第二切削刃11相接的切削刃。
如图2所示,当从垂直于旋转轴线A的方向观看时,沿着第一切削刃11的延伸方向的直线18相对于旋转轴线A以正扭转角度θ1倾斜。正扭转角度θ1例如为3°以上且10°以下。在图2的侧视图中,正扭转角度θ1是相对于旋转轴线A的顺时针倾斜角度。在从末端7观看基端6的视图中,第一切削刃11顺时针扭转。如图3所示,当从垂直于旋转轴线A的方向观看时,沿着第二切削刃21的延伸方向的直线28相对于旋转轴线A以负扭转角度θ2倾斜。在图3的侧视图中,负扭转角度θ2是相对于旋转轴线A的逆时针倾斜角度。在从末端7观看基端6的视图中,第二切削刃21逆时针扭转。负扭转角度θ2例如为-10°以上且-3°以下。即,正扭转角度和负扭转角度中的每一个的绝对值例如为3°以上且10°以下。正扭转角度θ1和负扭转角度θ2可以具有大约相同的绝对值。具体地,正扭转角度θ1的绝对值与负扭转角度θ2的绝对值之差的绝对值可以例如为0.5°以下。
第一切削刃11和第二切削刃21中的每一个从末端7连续地延伸至柄2。换句话说,第一切削刃11和第二切削刃21中的每一个沿轴向从主体3的一端连续地延伸至另一端(即,延伸至主体3与柄2之间的边界)。换句话说,第一切削刃11和第二切削刃21中的每一个连续地存在于有效切削长度上。换言之,第一切削刃11和第二切削刃21中的每一个在中间均未分开。旋转切削工具1的末端7是主体3的外周在沿旋转轴线A的方向上的末端。
在图4中,第一周向B和第二周向C分别是向前旋转方向和向后旋转方向。如图4所示,在旋转切削工具1的末端7处,沿第二周向C从第一切削刃11到第二切削刃21的相位角度可以不同于沿第二周向C从第二切削刃21到第一切削刃11的相位角度具体地,在旋转切削工具1的末端7处,沿向后旋转方向设置的从第一切削刃11到第二切削刃21的相位角度可以不同于沿向后旋转方向设置的从第二切削刃21到第一切削刃11的相位角度相位角度例如大于相位角度相反,相位角度可以小于相位角度向后旋转方向是与向前旋转方向相反的方向。第一切削刃11可以在末端7处与第一底部刃12相接。同样,第二切削刃21可以在末端7处与第二底部刃22相接。
如图5所示,在主体3的垂直于旋转轴线A的横截面中,主体3的芯部厚度D2是主体3的内切圆的直径。在本实施例中,主体3的芯部厚度D2是例如主体3的直径D1的0.4倍以上且0.9倍以下。主体3的芯部厚度D2可以例如是主体3的直径D1的0.5倍以上,或0.6倍以上。主体3的芯部厚度D2可以例如是主体3的直径D1的0.8倍以下,或者0.7倍以下。
如图5所示,主体3包括例如基材4和涂层5。涂层5覆盖基材4。基材4的材料例如是包含粉末状碳化钨(WC)和粘合剂(例如,钴(Co))的硬质合金。然而,基材4不限于硬质合金,而可以是例如多晶金刚石、金属陶瓷或陶瓷。涂层5包括例如金刚石和类金刚石碳中的至少一种。涂层5覆盖例如主体3的整个有效切削长度。
如果涂层5是金刚石,则涂层5的厚度T(见图6)例如为6μm以上且20μm以下。涂层5的厚度T可以例如为6μm以上,或者9μm以上。涂层5的厚度T可以例如为20μm以下,或者18μm以下。可以通过使用扫描电子显微镜(SEM)或透射电子显微镜(TEM)观察沿着膜生长方向截取的涂层5的截面来测量涂层5的结构和厚度。
金刚石是例如单晶金刚石或多晶金刚石。可以使用拉曼光谱法来确定金刚石的结晶度。拉曼光谱法可以判断在1333cm-1处峰值(这是金刚石的特征)的存在,并根据光谱的半宽判断金刚石是单晶金刚石还是多晶金刚石。如果光谱的半宽大于10cm-1,则判断金刚石为多晶金刚石。如果光谱的半宽为10cm-1以下,则判断金刚石为单晶金刚石。
如图6所示,多晶金刚石可以包括表层5a和深层5d。深层5d位于表层5a与基材4之间。多晶金刚石的表层5a是指从多晶金刚石的表面朝向基材4的8μm以内的区域。在多晶金刚石的表层5a中的晶粒的平均粒径可以小于在多晶金刚石的深层5d(表层5a以外的部分)中的晶粒的平均粒径。
如果涂层5是多晶金刚石,则多晶金刚石的表层5a中的平均粒径例如为0.1μm以上且5μm以下。多晶金刚石的表层5a中的平均粒径可以例如为0.1μm以上,或者0.5μm以上。多晶金刚石的表层5a中的平均粒径可以例如为3μm以下,或者2μm以下。在多晶金刚石的表层5a中,可以使用透射电子显微镜(TEM)来测量晶粒的平均粒径。具体地,使用透射电子显微镜以5000倍以上且1000000倍以下的放大率观察沿着膜生长方向截取的涂层5的截面。此时,调整放大率以使得观察视野包括至少20个晶粒。然后,测量从观察视野中随机选择的10个晶粒的外接等效圆直径。将如上所述获得的但排除最大值和最小值的外接等效圆直径的测量值的算术平均值确定为“晶粒直径”。
如果涂层5是类金刚石碳,则涂层5的厚度T(见图6)例如为0.2μm以上且2μm以下。涂层5的厚度T可以为例如0.5μm以上,或者0.7μm以上。涂层5的厚度T可以例如为1.8μm以下,或者1.5μm以下。
基材4的表面粗糙度例如为0.2μm以上且2.0μm以下。表面粗糙度是最大高度粗糙度(Rz)。可以使用扫描白光干涉仪通过3D轮廓仪(Zygo Corporation制造)来测量基材4的表面粗糙度。具体地,可以通过从基材4上去除涂层5,然后通过3D轮廓仪测量基材4的表面来确定基材4的表面粗糙度。
涂层5可以包含选自铁、钼和钨构成的组的至少一种元素。具体地,涂层5可以包含铁、钼和钨这三种类型的元素中的一种、两种或全部。涂层5可以包含碳化铁、碳化钼和碳化钨中的至少一种。
如图6所示,涂层5的深层5d可以包括涂层5的与基材4接触的部分5c、以及中间层5b。涂层5的与基材4接触的部分5c是距基材4的表面3μm以内的部分。在涂层5的与基材4接触的部分中,上述元素中的至少一种的总含量可以为1.0×1015原子/cm3以上且1.0×1018原子/cm3以下。注意,上述元素中的至少一种的总含量是指上述三种类型的元素(铁、钼和钨)中的任何一种的总含量。总含量可以例如为1.0×1015原子/cm3以上,或者3.0×1015原子/cm3以上。总含量可以例如为1.0×1018原子/cm3以下,或者5.0×1017原子/cm3以下。诸如铁、钼和钨之类元素的含量可以使用二次离子质谱仪(SIMS)进行测量。
现在将描述根据本实施例的用于形成旋转切削工具的涂层的方法。
首先,对基材4的表面进行蚀刻。具体地,例如,使用过氧化氢溶液(H2O2)或盐酸(HCl)或硝酸(HNO3)来蚀刻由硬质合金制成的基材4的表面。因此,基材4的表面被粗糙化以增加其表面粗糙度。
然后,在基材4上形成涂层5。如果涂层5是金刚石,则例如通过化学气相沉积(CVD)形成涂层5。如果涂层5是类金刚石碳,则例如通过物理气相沉积(PVD)形成涂层5。蚀刻使基材4的表面粗糙化,从而增加了基材4的表面积。当在基材4的表面上形成涂层5时,这提高了涂层5与基材4之间的附着性。金属元素(例如,铁、钼或钨)附着于基材4的表面,并与碳反应生成碳化物。因此,提高了涂层5与基材4之间的附着性。
现在将描述根据本实施例的使用旋转切削工具的工作方式。
如图7所示,当使用根据本实施例的旋转切削工具1切削诸如CFRP等工件30时,第一切削刃11对工件30的上表面施加向上的切削力。因此,利用第一切削刃11进行的切削趋向于在工件30的上表面上产生毛刺31。另一方面,第二切削刃21在与第一切削刃11相反的方向上扭转。因此,第二切削刃21对工件30的上表面施加向下的切削力。利用第二切削刃21进行的切削去除了毛刺31。第一切削刃11主要用于进行切削,而第二切削刃21去除毛刺,从而抑制了工件30上的毛刺的产生。
尽管上面描述了工件30为CFRP的实例,但工件30不限于CFRP。工件30可以是例如玻璃纤维增强塑料(GFRP)、纤维素纳米纤维或陶瓷。此外,尽管上面描述了旋转切削工具1是立铣刀的实例,但旋转切削工具1不限于立铣刀。旋转切削工具1可以是例如刳刨工具。
现在将描述根据本实施例的切削工具的有益效果。
在根据本实施例的旋转切削工具1中,第一切削刃11和第二切削刃21中的每一个均从末端7连续地延伸至柄2。因此,与第一切削刃11和第二切削刃21中的每一个间歇地设置的切削工具相比,根据本实施例的旋转切削工具1能够在没有间歇咬合的情况下平滑地进行切削。结果,降低了切削阻力,从而抑制了工件上的毛刺的产生。
在根据本实施例的旋转切削工具1中,主体3的芯部厚度D2为主体3的直径D1的0.4倍以上且0.9倍以下。根据本实施例的旋转切削工具1如上所述具有降低的切削阻力,因此允许在主体3断裂风险低的同时减小主体3的芯部厚度D2。减小的芯部厚度D2允许在主体3中形成深槽。结果,提高了切屑排出效率。此外,加深槽导致槽的表面积增加。结果,改善了主体3的散热。这可以抑制主体3的温度升高,从而防止低熔点工件(例如,树脂)熔化。
此外,在根据本实施例的旋转切削工具1中,主体3包括基材4以及覆盖基材4的涂层5。涂层5可以包括金刚石和类金刚石碳中的至少一种。在这种情况下,第一切削刃11和第二切削刃21中的每一个均具有提高的耐磨性或可滑动性。结果,延长了旋转切削工具1的寿命。还有,可以抑制第一切削刃11和第二切削刃21中的每一个的锋利度的劣化,从而允许工件的切削面具有优异的表面纹理。此外,第一切削刃11和第二切削刃21中的每一个的锋利度得以提高,这进而允许在主体3断裂风险低的同时进一步减小主体3的芯部厚度D2。因此可以进一步减小芯部厚度D2,使得可以进一步提高切屑排出效率。还可以进一步改善主体3的散热。
在根据本实施例的旋转切削工具1中,涂层5可以是金刚石。在这种情况下,第一切削刃11和第二切削刃21中的每一个具有提高的耐磨性。结果,可以抑制第一切削刃11和第二切削刃21中的每一个的锋利度的劣化,从而允许工件的切削面具有优异的表面纹理。
此外,在根据本实施例的旋转切削工具1中,涂层5可以是类金刚石碳。在这种情况下,第一切削刃11和第二切削刃21中的每一个均具有提高的可滑动性。结果,可以抑制第一切削刃11和第二切削刃21中的每一个的锋利度的劣化,从而允许工件的切削面具有优异的表面纹理。
此外,在根据本实施例的旋转切削工具1中,涂层5可以包括选自铁、钼和钨构成的组的至少一种元素。铁、钼和钨中的每一种均与碳反应生成碳化物,从而进一步提高了涂层5与基材4之间的附着性。
此外,在根据本实施例的旋转切削工具1中,在末端7处,沿周向从第一切削刃11到第二切削刃21的相位角度θ1可以不同于沿周向从第二切削刃21到第一切削刃11的相位角度θ2。由于第一切削刃11和第二切削刃21在不同的方向上扭转,所以来自这些切削刃的轴向切削力彼此抵消。第一切削刃11和第二切削刃21的切削周期也不同。因此,抑制了在工作期间颤动的发生。
应该解释的是,本文公开的实施例在各个方面都是通过举例的方式给出,而不是通过限制的方式给出。旨在本发明的范围不是由上述实施例限定,而是由权利要求书限定,并且包括与权利要求书等同的含义和范围内的任何修改。
附图标记列表
1:旋转切削工具
2:柄
3:主体
4:基材
5:涂层
5a:表层
5b:中间层
5c:部分
5d:深层
6:基端
7:末端
11:第一切削刃
12:第一底部刃
13:第一前刀面
14:第一后刀面
15:第一底表面
16:第一槽
17:第三槽
18,28:直线
21:第二切削刃
22:第二底部刃
23:第二前刀面
24:第二后刀面
25:第二底表面
26:第二槽
27:第四槽
30:工件
31:毛刺
A:旋转轴线
B:第一周向
C:第二周向
D1:直径
D2:芯部厚度
T:厚度
Claims (7)
1.一种旋转切削工具,包括:
主体,其具有末端;以及
柄,其在与所述末端相反的一侧与所述主体相接,
所述主体设置有
第一切削刃,所述第一切削刃具有正扭转角度,和
第二切削刃,所述第二切削刃具有负扭转角度并且与所述第一切削刃分隔开,
所述第一切削刃和所述第二切削刃中的每一个从所述末端连续地延伸至所述柄,其中,
所述主体包括基材以及覆盖所述基材的涂层,
所述涂层是多晶金刚石,
所述多晶金刚石包括表层和深层,所述深层位于所述表层与所述基材之间,并且
所述表层的平均粒径小于所述深层的平均粒径,
所述基材的表面粗糙度为0.2μm以上且2.0μm以下,所述表面粗糙度为最大高度粗糙度Rz,
在所述涂层的与所述基材接触的部分中,所述涂层包括选自铁、钼和钨构成的组的至少一种元素,所述至少一种元素的总含量为1.0×1015原子/cm3以上且1.0×1018原子/cm3以下,其中所述涂层的与所述基材接触的所述部分是距所述基材的表面3μm以内的部分。
2.根据权利要求1所述的旋转切削工具,其中,所述主体的芯部厚度是所述主体的直径的0.4倍以上且0.9倍以下。
3.根据权利要求1所述的旋转切削工具,其中,所述表层的平均粒径为0.1μm以上且5μm以下。
4.根据权利要求2所述的旋转切削工具,其中,所述表层的平均粒径为0.1μm以上且5μm以下。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的旋转切削工具,其中,在所述末端处,沿周向从所述第一切削刃到所述第二切削刃的相位角度不同于沿所述周向从所述第二切削刃到所述第一切削刃的相位角度。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的旋转切削工具,其中,所述正扭转角度和所述负扭转角度中的每一个的绝对值为3°以上且10°以下。
7.根据权利要求5所述的旋转切削工具,其中,所述正扭转角度和所述负扭转角度中的每一个的绝对值为3°以上且10°以下。
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