CN111659933A

CN111659933A - 具有内部冷却剂通道的旋转切削工具

Info

Publication number: CN111659933A
Application number: CN202010146173.XA
Authority: CN
Inventors: X.方; R.F.D.S.菲尔霍; J.斯卢萨茨克; M.瓦辛斯基; D.威尔斯
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2019-03-07
Filing date: 2020-03-05
Publication date: 2020-09-15
Also published as: DE102020105235B8; DE102020105235B4; US11110524B2; DE102020105235A1; US20200282475A1

Abstract

本发明公开了具有内部冷却剂通道的旋转切削工具。旋转切削工具包括：可更换的切削刀片；用于容纳所述切削刀片的凹口部分；以及具有多个螺旋沟槽的切屑沟槽部分。内部冷却剂通道在所述切屑沟槽部分中形成并且具有扭曲的几何形状和“透明”中心部分。所述内部冷却剂通道的横截面形状为多边形，其尖端的数量等于沟槽的数量。所述内部冷却剂通道大大增大了冷却剂流动面积，同时又能保持所述切削工具的刚度和硬度。一种方法包括使用增材制造形成所述内部冷却剂通道，使得所述内部冷却剂通道具有“透明”中心部分和扭曲的几何形状。

Description

具有内部冷却剂通道的旋转切削工具

技术领域

本发明涉及具有内部冷却剂通道的旋转切削工具。

背景技术

一些行业，例如航空航天工业，通常需要小直径的旋转切削工具，例如钻头等。图31-33示出了常规旋转切削工具1000，例如钻头，其用于当切削工具1000围绕中心纵向轴线1102旋转时对工件(未示出)进行切削操作。切削工具1000包括第一端1104和相对的第二端1106。切削工具1000还包括：安装部分1108，其设置在第一端1104处或附近，用于将切削工具1000安装在机床(未示出)的卡盘机构中；切削尖端1110，其通常设置在第二端1106处，用于接合和切削工件(未示出)，以及大致圆柱形的主体部分1112，其设置在安装部分1108和切削尖端1110之间。切削尖端1110通常由碳化物1114或PCD(钻石车)刀片1115优选地，主体部分1112由钢材料形成。

切削工具1000还包括设置在主体部分1112中的两个沟槽1118。每个沟槽1118都包括第一部分(总体上以1120示出)和过渡部分(总体上以1124示出)，该过渡部分设置在第一部分1120和第二部分1122之间。每个沟槽1118的第一部分1120通常相对于中心纵向轴线1102均成第一螺旋角θ₁，每个沟槽1118的第二部分1122相对于中心纵向轴线1102均成第二螺旋角θ₂，每个沟槽1118的过渡部分1124相对于中心纵向轴线1102成第三螺旋角θ₃。优选地，第一螺旋角θ₁为或大约为30度(+/-2度)，第二螺旋角θ₂为或大约为15度至大约20度，过渡螺旋角θ₃为或大约为45度(+/-2度)。在任何情况下，第三螺旋角θ₃大于第一螺旋角θ₁，这种关系的必要性在下面进一步详细讨论。

如图31中的隐藏线所示，切削工具1000还包括限定在大致圆柱形的主体1112中的两个冷却剂通道130。每个冷却剂通道1130都相对于中心纵向轴线成螺旋角α₁。优选地，冷却剂通道1130的螺旋角α₁与沟槽1118的第一螺旋角θ₁相同或大约相同的角度。容易理解的是，这样的布置使每个冷却剂通道1130与相应的沟槽1118的第一部分1120大致平行地延伸。

如图31和33所示，每个冷却剂通道1130都包括开口1132，其通常设置在相应的沟槽1118的过渡部分1124中或附近。换句话说，由于每个沟槽的第一部分1120的第一螺旋角θ₁(和冷却剂通道1130的螺旋角α₁)与过渡部分1124的过渡角θ₃之间的差，每个冷却剂通道1130大体在过渡部分1124中或附近从钻头主体1112中出来，从而向切削工具1000的外围(未编号)和切削尖端1110提供冷却剂，而不需要对切削工具1000的任何EDM处理。

尽管切削工具1000在大多数应用中提供了足够的冷却剂，但是对于诸如钻头之类的具有小切削直径的切削工具来说，通常的困难在于是否可以提供足够的冷却剂(H₂O、CO₂、LN₂等)，以改进加工工艺，特别是在加工难切削的材料(例如钛等)时。

对于具有内部冷却剂通道的较小直径的切削工具，挑战在于：(1)如何设计内部冷却剂通道，以便在非常有限的空间内提供足够的冷却剂；(2)如何以成本有效的方式制造切削工具。当使用3D打印来制造较小直径的切削工具时，另一个挑战是如何有效地去除3D打印坯料的粉末，特别是非常小的截面积和弯曲的(即，螺旋形的)冷却剂通道。

发明内容

通过提供具有连续、扭曲或螺旋形的几何形状，并具有“透明”中心部分的内部冷却剂通道来解决在较小直径的旋转切削工具中提供足够的冷却剂流的问题。换句话说，冷却剂通道沿中心纵向轴线旋转并遵循沟槽的螺旋或扭曲几何形状，同时在冷却剂通道和每个沟槽之间保持恒定的壁厚。结果，与具有圆形冷却剂通道的常规切削工具相比，极大地增大了通过切削工具的冷却剂流量。另外，当通过激光增材制造(即3D打印)形成冷却剂通道时，“透明”中心部分极大地简化了坯料的去粉工艺，由此降低了制造成本。

在一个方面，一种旋转切削工具包括切削刀片；工具主体，其包括用于容纳切削刀片的凹口部分和具有多个螺旋切屑沟槽的切屑沟槽部分；以及在切屑沟槽沟部分中形成的第一内部冷却剂通道，其中第一内部冷却剂通道具有扭曲的几何形状。

在另一方面，一种用于旋转切削工具的工具主体包括：用于容纳切削刀片的凹口部分；以及具有多个螺旋切屑沟槽的切屑沟槽部分；在切屑沟槽部分中形成内部冷却剂通道，其中内部冷却剂通道具有“透明”中心部分和扭曲的几何形状。

在又一方面，一种在旋转切削工具中提供冷却剂的方法包括在切屑沟槽部分中形成第一内部冷却剂通道，使得第一内部冷却剂通道为螺旋形并具有“透明”中心部分。

附图说明

虽然示出了本发明的各种实施方案，但是所示出的特定实施方案不应被解释为限制权利要求。预期在不脱离本发明范围的情况下可以进行各种改变和修改。

图1是根据本发明实施方案的具有两个沟槽的旋转切削工具(例如模块化钻头)的侧视图；

图2是沿图1的2-2线截取的图1的切削工具的剖视图；

图3是沿图1的3-3线截取的图1的切削工具的剖视图；

图4是沿图1的4-4线截取的图1的切削工具的剖视图；

图5是沿图1的5-5线截取的图1的切削工具的剖视图；

图6是沿图1的6-6线截取的图1的切削工具的剖视图；

图7是第一冷却剂通道的立体绘制的侧视图，示出了第一冷却剂通道的扭曲的几何形状；

图8是图7的第一冷却剂通道的立体绘制的透视图，示出了第一冷却剂通道的扭曲的几何形状；

图9是图7的第一冷却剂通道的立体绘制的端视图，示出了第一冷却剂通道的扭曲的几何形状；

图10是简单圆柱体的立体绘制的侧视图，其中第一冷却剂通道通过减去图7-9的立体绘制而形成，示出了螺旋形第一冷却剂通道的“透明”中心部分；

图11是图10的第一冷却剂通道的立体绘制的透视图，示出了螺旋形第一冷却剂通道的“透明”中心部分；

图12是图10的第一冷却剂通道的立体绘制的端视图，示出了第一冷却剂通道的“透明”中心部分；

图13是根据本发明实施方案的切削刀片的侧视图；

图14是图13的切削刀片的仰视图；

图15是沿图14的15-15线截取的图13的切削刀片的剖视图；

图16是本发明的另一实施方案的切削刀片的侧视图；

图17是图16的切削刀片的仰视图；

图18是沿图17的18-18线截取的图16的切削刀片的剖视图；

图19是根据本发明的另一实施方案的具有两个沟槽的旋转切削工具(例如模块化钻头)的侧视图；

图20是沿图19的20-20线截取的图19的切削工具的剖视图；

图21是沿图19的21-21线截取的图19的切削工具的剖视图；

图22是沿图19的22-22线截取的图19的切削工具的剖视图；

图23是沿图19的23-23线截取的图19的切削工具的剖视图；

图24是沿图19的24-24线截取的图19的切削工具的剖视图；

图25是第一冷却剂通道的立体绘制的侧视图，示出了第一冷却剂通道的螺旋几何形状；

图26是图25的第一冷却剂通道的立体绘制的透视图，示出了第一冷却剂通道的螺旋几何形状；

图27是图25的第一冷却剂通道的立体绘制的端视图，示出了第一冷却剂通道的螺旋/扭曲的几何形状；

图28是简单圆柱体的立体绘制的侧视图，其中第一冷却剂通道通过减去图25-27的立体绘制而形成，示出了螺旋形第一冷却剂通道的“透明”中心部分；

图29是图28的第一冷却剂通道的立体绘制的透视图，示出了螺旋形第一冷却剂通道的“透明”中心部分；

图30是图28的第一冷却剂通道的立体绘制的端视图，示出了第一冷却剂通道的“透明”中心部分；

图31是常规旋转切削工具的侧视图；

图32是沿图31的32-32线截取的图31的常规切削工具的剖视图；

图33是沿切削工具的纵向轴线朝第二端看的图31的常规切削工具的端视图。

具体实施方式

下面是对带有右旋盘旋或螺旋沟槽和左旋盘旋或螺旋槽两者的切削工具型式诸如轨道式钻头等的图示和说明，这些切削工具用于机加工由多种材料制成的工件(未示出)。但是，应当注意，切削工具可被构造为适合任何特定的应用，诸如括孔、端铣等，并且不仅限于图示中的实例。

本文中对特定应用的描述不应限制使用切削工具的范围和程度。

本文所使用的方向性短语，例如，左、右、前、后、顶部、底部及其派生词，与附图中所示的元件的方向有关，并且不限制权利要求，除非其中明确陈述。在所有附图中，相同的部件具有相同的附图标记。

如本文在整个说明书和权利要求中所使用的，近似语言可以被用来修改可以允许变化的任何定量表示，而不引起它所涉及的基本功能的变化。因此，由一个或多个术语诸如“约”、“大约”和“基本上”修饰的值不限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。在此以及整个说明书和权利要求中，范围限制可以组合和/或互换，除非上下文或语言另有说明，否则这些范围被识别并且包括其中包含的所有子范围。

在整个文本和权利要求中，相对于值的范围(例如，“约22重量％至35重量％”)使用词“约”旨在修饰所列举的高值和低值两者，并反映与测量值、有效数字和互换性相关联的变化的模糊程度，这些全是如本发明所属领域的普通技术人员应当理解的。

出于本说明书的目的(除在操作实例中之外)，除非另有说明，否则表示成分的数量和范围、工艺条件等的所有数值在所有情况下均应理解为由术语“约”修饰。因此，除非有相反的说明，否则本说明书和所附权利要求中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可以根据本发明寻求获得的期望结果而变化。最低限度，并且不试图将等同原则的应用限制在权利要求的范围，每个数值参数应至少根据所报告的有效数字的数值并通过采用一般的舍入技术进行解释。此外，如本说明书和所附权利要求中所用，除非明确且不含糊地限于一个指代，否则单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在包括复数指代。

尽管列出本发明的广泛范围的数值范围和参数均为近似值，但是在具体实例中列出的数值被尽可能精确地报告。然而，任何数值都固有地包含某些误差，这些误差必定是由它们各自的测试测量中发现的标准偏差(包括测量仪器中发现的标准偏差)引起的。同样，应当理解，本文列举的任何数值范围旨在包括其中包含的所有子范围。例如，范围“1至10”旨在包括在所列举的最小值1与所列举的最大值10之间的所有子范围，即，具有等于或大于1的最小值以及等于或小于10的最大值的范围。因为公开的数值范围是连续的，所以它们包括最小值和最大值之间的每个值。除非另有明确说明，否则本申请中指定的多种数值范围均为近似值。

在以下说明书和权利要求中，引用了具有以下含义的多个术语。

除非上下文另有明确说明，否则单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数指代。

“任选的”或“任选地”是指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，并且该描述包括事件发生的实例和事件不发生的实例。

如本文所使用的，术语“螺旋形”被定义为涉及或具有螺旋的形式。“螺旋”或“螺旋形”定义为当一个平面围绕任何种类的圆柱面(尤其是直圆柱)缠绕时在该平面上绘制的直线形成的三维空间中的曲线，如螺钉的曲线。通过以下参数化来描述半径为a且斜率为b/a(或螺距2πb)的圆形螺旋：

x(θ)＝a sinθ,

y(θ)＝a cosθ,

z(θ)＝bθ.

如本文所用，短语“螺旋角”定义为任何螺旋与其直圆柱或圆锥上的轴线之间的角度。螺旋角以圆柱的轴线作参考，这将其与螺旋升角区分开来，螺旋升角以垂直于轴线的线作参考。因此，螺旋角是螺旋升角的几何互补。螺旋角以度为单位。

如本文所用，术语“肾形”定义为具有两个尖端的外摆线。

如本文所用，术语“三角形”，也称为三尖形或斯坦纳曲线，是三个尖端的内摆线。换句话说，它是由圆的圆周上的一个点滚动而不会沿半径为3倍或1.5倍的圆内部滑动而创建的旋轮线。更广泛地说，三角形可以指代任何具有三个顶点的闭合图形，这些顶点通过向外凹的曲线相连，从而使内部点成为非凸集合。

如本文所用，术语“星形”是具有四个尖端的内摆线。具体来说，它是一个圆上的一个点在半径为四倍的固定圆内滚动时的轨迹。

术语“3D打印”是各种过程中的任何一种，在这种过程中，材料在计算机控制下被接合或固化以创建三维物体，材料被结合到一起，例如液体分子或粉末颗粒被融合在一起，通常一层一层地。在1990年代，人们认为3D打印技术仅适用于功能性或美学原型的生产，而那时，更广泛的3D打印术语是快速成型。如今，精度、可重复性和材料范围已增大到3D打印被视为工业生产技术的地步，正式术语为“增材制造”。

如本文中所使用的，“透明”几何形状被定义为冷却剂通道几何形状，其允许观察者在沿着中心纵向轴线朝向切削工具的第二端向下看切削工具的第一端时完全透过冷却剂通道。

如本文所使用的，术语“数量”将用于指代任何非零数量(即，一或大于一的任何数量)。

如本文所使用的，短语“小直径”被定义为切削直径为10mm或更小的切削工具。

如本文所使用的，术语“透明”被定义为沿着中心纵向轴线的连续的，不间断的视线，其允许冷却剂直接流过切削工具的切屑沟槽部分。

如本文中所使用的，沟槽的螺旋可以在两种可能的方向上扭曲，这被称为偏手性。多数切屑沟槽的方向都是这样的，使得切削工具在通过螺旋中心的轴上的视点观察时，沿顺时针方向旋转时会远离观察者移动，沿逆时针方向旋转时会朝观察者方向移动。这被称为右手(RH)性沟槽几何形状，因为它遵循右手抓握规则。方向相反的沟槽称为左手(LH)性。

图1和2示出了根据本发明的示例性实施方案的当旋转切削工具10绕着中心纵向轴线12旋转时用于对工件(未示出)进行切削操作的旋转切削工具10。尽管在本文所述的示例实施方案中被描述为模块化钻头，但是应当理解，本文所述的本发明的原理可应用于其他旋转切削工具，例如但不限于铣刀、铰刀、丝锥、立铣刀等。

旋转切削工具10通常是圆柱形的，并且包括第一端或前端14以及相对的第二或后端16。旋转切削工具10具有工具主体11，该工具主体包括靠近第一端14的用于牢固地保持可更换切削刀片50的凹口部分17，以及具有一个或多个内部冷却剂通道的切屑沟槽部分18，如下文更详细地描述。工具主体11还包括靠近第二端16的安装部分20，用于将旋转切削工具10安装在机床(未示出)的卡盘机构中。

切屑沟槽部分18还包括从切屑沟槽部分18的第一端14向后延伸到安装部分20的多个螺旋切屑沟槽22。每个切屑沟槽22都允许在切削操作期间由旋转切削工具10形成的切屑从切屑沟槽部分18离开。每个切屑沟槽22都具有螺旋几何形状或图案，并且相对于中心纵向轴线12成螺旋角24。在一个实施方案中，例如，螺旋角24为或大约为30度(+/-2度)。然而，应当理解，本发明不受螺旋角24的大小的限制，并且本发明可以利用在大约大于0度与大约75度之间的范围内的任何期望的螺旋角24来实施。

如图2所示，旋转切削工具10的切屑沟槽部分18包括第一内部冷却剂通道30，该第一内部冷却剂通道，通过切屑沟槽部分18，从凹口部分17整个地延伸到旋转切削工具10的安装部分20。另外，旋转切削工具10还包括第二内部冷却剂通道32，该第二内部冷却剂通道穿过安装部分20从第二端16整个地延伸到切屑沟槽部分18。因此，第一和第二内部冷却剂通道30、32允许冷却剂完全穿过旋转切削刀具10的切屑沟槽部分18和安装部分20。

在所示的实施方案中，第二冷却剂通道32的横截面形状通常是圆形的，并且可以与加压的冷却剂源(未示出)流体连通。供应到旋转切削工具10的冷却剂进入第二冷却剂通道32，然后进入第一冷却剂通道30，然后离开旋转切削工具10的第一端14。

本发明的一个方面是第一冷却剂通道30具有“透明”扭曲的几何形状，该几何形状增大了冷却剂流动面积，同时又能保持切削工具的刚度和硬度。结果，与具有圆形截面的冷却剂通道的常规切削工具相比，通过旋转切削工具10的冷却剂的流速显著增大。在一些实施方案中，与常规切削工具中的冷却剂流速相比，“透明”扭曲的几何形状将流速增大至少三倍。

现在参考图3-6，第一冷却剂通道30具有多边形横截面形状，其侧壁的数量n与沟槽22的数量相同。在所示的实施方案中，第一冷却剂通道30是大体矩形的，具有两个圆形的末端尖端30a、30b，其位于相邻的沟槽22和两个大致平坦的侧壁34之间。换句话说，对于具有两个沟槽22的旋转切削工具10，第一冷却剂通道30的横截面形状通常为肾形。应当注意，本发明可以用非圆形的尖端来实施。例如，尖端30a、30b可以是尖的。另外，还应当理解，本发明的原理可以用具有任何期望数量的沟槽22的旋转切削工具来实施。例如，第一冷却剂通道30对于具有三个沟槽22的切削工具可以具有三角形的横截面形状(如下所述)，对于具有四个沟槽22的旋转切削工具来说可以具有星形的横截面形状等。

另外，当沿着旋转切削工具10的中心纵向轴线12观察时，延伸穿过切削工具10的切屑沟槽部分18的第一冷却剂通道30具有“透明”中心部分36。当沿着中心纵向轴线12观察时，“透明”中心部分36可提供通过旋转切削工具10的整个切屑沟槽部分18的直接视线。可以理解的是，“透明”中心部分36为冷却剂直接通过旋转切削工具10的流动提供了连续且不间断的路径。

如在图3-6中可以看到的，第一冷却剂通道30增大了冷却剂的流动面积，同时在第一冷却剂通道30和相应的沟槽22之间保持基本恒定的厚度T。结果，第一冷却剂通道30大大提高了由旋转切削工具10提供的冷却剂的流动面积，而不会损害旋转切削工具10的刚度和硬度。本发明的这个方面对于具有小直径(即，切削直径为6mm或更小的切削工具)特别有用。

图7-9示出了旋转切削工具10的切屑沟槽部分18的第一冷却剂通道30的扭曲几何形状的立体绘制。如图7-9所示，第一冷却剂通道30具有遵循螺旋切屑沟槽22的图案或几何形状的扭曲几何形状。换句话说，第一冷却剂通道30沿着切削工具10的中心纵向轴线12在与螺旋沟槽22相同的方向上扭转。在所示的实施方案中，例如，当沿中心纵向轴线12观察(即右手)时，当切削工具10沿顺时针方向转动时，第一冷却剂通道30远离观察者移动；当切削工具10沿逆时针方向转动时，第一冷却剂通道朝观察者移动。应当注意的是，对于具有相反的沟槽22的旋转切削工具，第一冷却剂通道30可以沿相反的方向扭转。还应当指出，本发明可以用具有直沟槽的旋转切削工具来实施。在这种情况下，第一冷却剂通道30将遵循沟槽22的笔直几何形状。

第一冷却剂通道30相对于旋转切削工具10的中心纵向轴线12形成有螺旋角38，如图8所示。在一个实施方案中，第一冷却剂通道30的螺旋角38与沟槽22的螺旋角24是相同或大约相同的角度。

为了清楚起见，图10-12示出了简单的圆柱体的立体绘制，其中去除了螺旋沟槽22。在图10和图11中，虚线是通过减去图7-9所示的第一冷却剂通道30的扭曲的固体绘制而形成的第一冷却剂通道30的轮廓。如图12所示，第一冷却剂通道30具有扭曲的几何形状和“透明”中心部分36。

现在参考图13-15，可更换的切削刀片50具有前切削部分52和沿轴向延伸远离前切削部分52(因此，沿轴向向后的方向)的联接销54。切削刀片50的前切削部分52限定切削直径DC。切削刀片50在其圆周上具有外周表面56，该外周表面被相对的沟槽58中断，所述相对的沟槽始于切削刀片50，并且连续地合并成设置在切屑沟槽部分18中的螺旋沟槽22中。在示例性实施方案中，沟槽58是基本上螺旋形的。切削刀片50的联接销54相对于前切削部52沿轴向后方向延伸。联接销54从外周表面56沿径向向内的方向偏移。可更换的切削刀片50还包括底表面60，底表面带有冷却液开口62，该冷却液开口与第一冷却液通道30流体连通，用于向切削刀片50的切削刃提供冷却液。在所示的实施方案中，与具有圆形横截面形状的常规切削刀片相比，冷却剂开口62具有与第一冷却剂通道30相同的横截面形状，以向切削刃提供增大的流速。冷却剂开口62与一个或多个延伸到切削刀片50的前切削部分52的冷却剂导管64流体连通。冷却剂导管64可以具有任何期望的横截面形状，例如圆形等。

图16-18示出了根据本发明的另一实施方案的切削刀片50。切削刀片50与图13-15所示的切削刀片50相同，在底表面60和冷却剂开口62的周围添加了垫66。垫66在切削刀片50和切削工具10的凹口部分17之间提供密封，并且可以由诸如聚四氟乙烯(PTFE)等之类的任何合适的非金属材料制成。

如上所述，本发明的提高冷却剂流速，同时保持刚度和硬度的原理可以应用于具有任意数量的沟槽的旋转切削工具。

图19和20示出了根据本发明的另一示例性实施方案的当旋转切削工具100绕着中心纵向轴线112旋转时用于对工件(未示出)进行切削操作的旋转切削工具100。

旋转切削工具100通常是圆柱形的，并且包括第一端或前端114以及相对的第二后端116。旋转切削工具100还包括：切屑沟槽部分118，其设置在第一端114处或附近；以及安装部分120，其设置在第二端116处或附近，用于将旋转切削工具100安装在机床(未示出)的卡盘机构中。

旋转切削工具100的切屑沟槽部分118还包括从切屑沟槽部分118的第一端114向后延伸到安装部120的多个螺旋沟槽122。每个沟槽122都允许在切削操作期间由旋转切削工具100形成的切屑从切屑沟槽部分118离开。每个沟槽122都相对于中心纵向轴线112通常成螺旋角124。在一个实施方案中，例如，螺旋角124为或大约为30度(+/-2度)。然而，应当理解，本发明不受螺旋角124的大小的限制，并且本发明可以利用在大约大于0度与大约75度之间的范围内的任何期望的螺旋角124来实施。

如图20所示，旋转切削工具100还包括第一内部冷却剂通道130，该第一内部冷却剂通道从第一端114开始并且整个地延伸穿过切屑沟槽部分118到旋转切削工具100的安装部分120。另外，旋转切削工具100还包括第二内部冷却剂通道132，该第二内部冷却剂通道从第二端16开始并且整个地延伸穿过安装部分120到旋转切削工具100的切屑沟槽部分118。换句话说，第一和第二冷却剂通道130、132完全穿过旋转切削工具100延伸。

在所示的实施方案中，第二冷却剂通道132的横截面形状通常是圆形的，并且可以与加压的冷却剂源(未示出)流体连通。供应到旋转切削工具100的冷却剂进入第二冷却剂通道132，然后进入第一冷却剂通道130，然后离开旋转切削工具100的第一端114。尽管在图19和20中未示出，一个或多个切削刀片50(如图1和2所示)可以安装到旋转切削工具100的第一端114，并且可以与第一冷却剂通道130流体连通，以向切削刀片50的切削刃提供冷却剂。

类似于第一冷却剂通道30，第一冷却剂通道130具有“透明”、扭曲/螺旋/螺旋形的几何形状，该几何形状增大了冷却剂流动面积，同时又能保持切削工具的刚度和硬度。结果，与具有圆形截面的冷却剂通道的常规切削工具相比，通过旋转切削工具100的冷却剂的流速显著增大。在一些实施方案中，与常规切削工具中的冷却剂流速相比，“透明”、扭曲/螺旋/螺旋形几何形状将流速增大至少三倍。

现在参考图21-24，第一冷却剂通道130具有多边形横截面形状，其侧壁的数量n与沟槽122的数量相同。在所示的实施方案中，第一冷却剂通道130通常是细长的多边形，其具有位于相邻的沟槽122之间的三个圆形的尖端130a，130b、130c，并且具有三个基本弯曲的侧壁134。换句话说，第一冷却剂通道130的横截面形状通常为三角形。应当注意，本发明也可以用非圆形的尖端，例如尖的尖端来实践。

类似于第一冷却剂通道30，第一冷却剂通道130具有“透明”中心部分136，该中心部分沿着旋转切削工具10的中心纵向轴线112延伸。当从第一端或第二端114、116观察并且与中心纵向轴线112直接对准时，“透明”中心部分136可提供通过旋转切削工具100的整个切屑沟槽部分118的直接视线。可以理解的是，“透明”中心部分136为冷却剂直接通过旋转切削工具100的流动提供了连续且不间断的路径。如在图21-24中可以看到的，与具有圆形冷却剂通道的常规切削工具相比，第一冷却剂通道130为冷却剂提供了增大的流动面积，同时在第一冷却剂通道130和相应的沟槽122之间保持恒定的厚度T。结果，第一冷却剂通道130大大提高了由旋转切削工具100提供的冷却剂的流速，而不会损害旋转切削工具100的刚度和硬度。本发明的这个方面对于具有小直径(即，切削直径为6mm或更小的切削工具)特别有用。

如图21-24所示，第一冷却剂通道130沿着中心纵向轴线112在与螺旋沟槽122相同的方向上旋转。换句话说，第一冷却剂通道130具有螺旋或扭曲的几何形状。在所示的实施方案中，例如，第一冷却剂通道130沿着中心纵向轴线112向左旋转。应当注意的是，对于具有相反的沟槽122的旋转切削工具，第一冷却剂通道130可以向右旋转。还应当指出，本发明可以用具有直沟槽的旋转切削工具来实施。在这种情况下，第一冷却剂通道130将不会旋转并且不会遵循沟槽122的笔直几何形状。

图25-27示出了旋转切削工具100的切屑沟槽部分118的第一冷却剂通道130的立体绘制。如图25所示，第一冷却剂通道130的每个尖端130a-130c相对于旋转切削工具100的中心纵向轴线112成螺旋角138。在一个实施方案中，第一冷却剂通道130的螺旋角138与沟槽122的螺旋角124是相同或大约相同的角度。因此，第一冷却剂通道130是扭曲的或螺旋形的，其遵循与沟槽122相同的几何形状。容易理解的是，这样的布置使第一冷却剂通道130沿着相应的沟槽128，大体平行地延伸，并沿着整个切屑沟槽部分118保持第一冷却剂通道130和相应的沟槽128之间的厚度T(图21-24)。结果，在保持切削工具100的刚度和硬度的同时，增大了冷却剂流速。

图28-30示出了简单圆柱体的立体绘制，其具有通过减去图25-27的扭曲的立体绘制而形成的第一冷却剂通道310。如图28-30所示，螺旋形的第一冷却剂通道130具有“透明”中心部分136。

如上所述，这里提出的发明构思是一种创新设计，其可以显著增大通过切削工具的冷却剂流量，同时降低制造成本。这是通过将常规圆形横截面形状放大为多边形(即非圆形)几何横截面形状来实现的，该多边形形状大大增大了截面面积，从而显著提高了通过切削工具10、100的流速。另外，第一冷却剂通道30、130旋转以跟随沟槽的表面，从而在第一冷却剂通道30、130和沟槽之间保持恒定的厚度T。结果，即使通过切削工具10、100的截面流通面积已经大大增加，切削工具10、100仍保持其刚度和硬度。此外，第一冷却剂通道30、130具有“透明”部分36、136，该“透明”部分是透视切削工具10、100的整个切屑沟槽部分的连续、无障碍的视线。结果，通过提高3D打印后的粉末去除效率并降低制造过程的成本，大大改善了切削工具和第一冷却剂通道在通过增材制造(即3D打印)形成时的去粉过程。

本文提及的专利和公开文件据此通过引用并入。

尽管已经描述了当前的优选实施方案，但是本发明可以在所附权利要求的范围内以其他方式实施。

Claims

1.一种旋转切削工具，包括：

切削刀片；

工具主体，其具有用于容纳所述切削刀片的凹口部分和具有多个螺旋切屑沟槽的切屑沟槽部分；以及

在所述切屑沟槽部分中形成的第一内部冷却剂通道，其中所述第一内部冷却剂通道具有扭曲的几何形状。

2.如权利要求1所述的旋转切削工具，其中所述第一内部冷却剂通道还包括“透明”中心部分。

3.如权利要求1所述的旋转切削工具，其中所述第一内部冷却剂通道的横截面形状为多边形。

4.如权利要求3所述的旋转切削工具，其中所述第一内部冷却剂通道的横截面形状为肾形。

5.如权利要求3所述的旋转切削工具，其中所述第一内部冷却剂通道的横截面形状为三角形。

6.如权利要求1所述的旋转切削工具，还包括：第二内部冷却剂通道，其与所述第一内部冷却剂通道流体连通，以将冷却剂供应至所述第一内部冷却剂通道。

7.如权利要求6所述的旋转切削工具，其中所述第二内部冷却剂通道具有与所述第一内部冷却剂通道不同的横截面形状。

8.如权利要求1所述的旋转切削工具，其中所述第一内部冷却剂通道的尖端的数量等于沟槽的数量。

9.如权利要求1所述的旋转切削工具，其中所述第一内部冷却剂通道通过增材制造形成。

10.如权利要求1所述的旋转切削工具，其中所述旋转切削工具包括模块化钻头。

11.如权利要求1所述的旋转切削工具，其中所述切削刀片包括底表面，其中具有与所述第一冷却剂通道流体连通的冷却剂开口，并且其中所述冷却剂开口具有与所述第一冷却剂通道基本相同的横截面形状。

12.如权利要求11所述的旋转切削工具，其中所述切削刀片还包括围绕所述底表面和所述冷却剂开口之一的周边的非金属垫。

13.一种用于旋转切削工具的工具主体，包括：

用于容纳切削刀片的凹口部分和具有多个螺旋切屑沟槽的切屑沟槽部分；以及

在所述切屑沟槽部分中形成的内部冷却剂通道，

其中所述内部冷却剂通道具有“透明”中心部分和扭曲的几何形状。

14.如权利要求13所述的工具主体，其中所述内部冷却剂通道的横截面形状为多边形。

15.如权利要求14所述的工具主体，其中所述内部冷却剂通道的横截面形状为肾形。

16.如权利要求14所述的工具主体，其中所述内部冷却剂通道的横截面形状为三角形。

17.如权利要求13所述的工具主体，其中所述内部冷却剂通道的尖端的数量等于沟槽的数量。

18.如权利要求13所述的工具主体，其中所述内部冷却剂通道通过增材制造形成。

19.一种在旋转切削工具中提供冷却剂的方法，所述旋转切削工具包括具有多个沟槽的切屑沟槽部分和内部冷却剂通道，所述方法包括在所述切屑沟槽部分中形成所述内部冷却剂通道，使得所述内部冷却剂通道具有扭曲的几何形状并且具有“透明”中心部分。

20.如权利要求19所述的方法，其中所述内部冷却剂通道通过增材制造形成。