CN1124474A - 切削镶刀 - Google Patents

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Abstract

一种用于切削刀具的镶刀有上表面(2)，下表面(3)和侧表面(4)和至少一个形成在其上表面和侧表面的交线上的切削刃(10)。刀片的前面(13)带有起伏的切屑形成沟槽(15)，该切屑形成沟槽沿切削刃(10)延伸并包括一系列交替着的凹陷(20)和凸起(21)。每个切屑形成沟槽部分(15)带有截顶部分(22)，该截顶部分的宽度显著地小于两相邻截顶部分之间的距离。该凹陷(20)和凸起(21)最好在垂直于切削刃(10)的方向上沿切屑形成沟槽的整个宽度延伸。

Description

切削镶刀
发明的领域
本发明涉及一种用于形成切屑的切削加工用刀具、特别是用于像钻孔、镗孔和车削这样的操作的刀具的切削镶刀。
发明的背景
众所周知，在切削镶刀的设计和它在切削刀具上的安装中，必须提供合适的切削前角和后角以确保最小能量消耗与过度削弱切削刃相平衡的有效切削。与此同时必须保证有效地清除切削过程中所产生的切屑。在切削刀具处于一个非常有限的空间的场合下(如钻孔操作)，后面的这个要求特别重要。
有效地去除所产生的切屑在很大程度上依赖于提供有效的切屑控制，该控制被设计成确保以最低的能量消耗和有效的散热使切屑从已变形的切削区域移开并撕裂和破碎成相对较短的切屑。
为此目的，众所同知的是提供一种镶刀，在其或每个切削刃的区域带有适当成形的凹陷或沟槽或带有凸起，所有这些凹陷、沟槽和凸起都被设计成使切屑变形、转向和被撕裂以便达到上述的要求。
因此，例如在US4,215,957中揭示了一种镶刀的大体上平坦的前面，它在其切削刃附近形成一系列凹陷，为避免过大地削弱切削刃，这些凹陷被充分宽的前面的中间部分沿切削刃分隔开。
另一方面，在EP0,307,563中揭示了一种镶刀，该镶刀所具有的前面在切削刃和垂直于该切削刃的两个方向上呈波浪状地起伏，从而构成了一条连续的、平滑起伏的切屑形成沟槽以及随后的在其不同区域的平滑过渡，其设置是这样的，即在垂直于切削刃的方向上在切屑形成沟槽的不同区域的排屑角是不同的。
然而，由于该切屑形成沟槽的特殊形状和其不同部分之间的平滑过渡，这样一条切削形成沟槽在切削操作过程中提供有效的切屑方向控制的能力在很大程度上依靠镶刀在刀具中的定位。因此，特别是在切削镶刀被以负的前角定位于刀具上时，可能会经常发生被切削刃切下的切屑以向着而不是离开工件的方向偏转，随后可能损害工件和引起刀具振动。这种情形示意地图示在附图的图11中。
特别是在用双侧面可分度镶刀时将产生这样的问题。这种镶刀可以有一个负后面的几何形状，如US3,963,365所揭示的那样，或者可以有所谓的＂双正＂后面的几何形状，对于这些几何形状本发明特别但不是唯一地涉及，而且这些几何形状揭示在例如DE1,602,795中。对于这样的镶刀，为了有效地发挥其双侧面的特性以及使用最大数量的切削刃，该镶刀由相同的对置切削前面和支承表面以及在各自的前面附近的外周侧后表面或后面所形成，每个外周侧后表面或后面向内倾斜以便在一个假想的横向中央平面上与对应的对置切削前面的向内倾斜的外周侧后表面或后面会合。这样，在中央平面一侧的镶刀部分是在中央平面的另外的对置侧的部分的镜象。然而为了确保这种镶刀在各处都有足够的间隙，不得不将它们以负前角定位。从经济的角度来看使用这些镶刀是较好的，因为它们有最大数量的切削刃。然而在以上所详细说明的，在让切屑排出的空间非常有限的操作中，使用这种镶刀使有效地转移切屑的问题更加严重。
本发明的一个目的是提供一种用于切削刀具中的新的、改进了的镶刀，它具有能有效地进行切屑控制的切屑形成沟槽。
本发明的另一个目的是提供一种改进了的可分度切削镶刀，该镶刀具有一个双正后面(relief flank)的几何形状并带有能有效地进行切屑控制的切屑形成沟槽。发明的概述
根据本发明提供了一种用于切削刀具的切削镶刀，所说镶刀有上、下和侧表面和至少一条在其上表面和侧表面的交线上所形成的切削刃，靠近切削刃的上和侧表面分别构成前面和后面，该前面带有起伏的切屑形成沟槽，该沟槽沿至少一条所说切削刃延伸并包括一系列交替着的凹陷和凸起部分，其特征在于每个凸起部分带有基本上截去顶的部分，该截顶部分的宽度显著地小于两个相邻截顶部分之间的距离。
更好地，这些凹陷和凸起部分在垂直于切削刃的方向沿切屑形成沟槽的整个宽度上延伸。
在这种镶刀中起伏的切屑形成沟槽在其长度方向有一系列窄的截顶部分，每个截顶部分在沿切屑形成沟槽的宽度上延伸，在相邻的截顶部分之间形成了将切屑流导向希望的离开切削刃的方向的通道，在工件加工过程中所产生的切屑与该通道接触的面积受到了充分的限制，从而使镶刀的热负荷得以减小。
每个截顶部分的宽度在其长度方向上可以是不变的或在离开切削刃的方向上可以是减小的，或在沿其长度方向上带有不同形状的弯曲部分以改变其宽度。该截顶部分可形成有凹陷或凸出。
在一个本发明的较优实施例中，切屑形成沟槽在垂直于切削刃的方向上的形状大体上是凹形，该切屑形成沟槽有倾斜的表面，该倾斜的表面向下延伸离开切削刃并平滑地与在离开该倾斜表面的方向上向上升起的切屑偏转表面汇合。
更好地，由刃带把该切屑形成沟槽与镶刀的切削刃隔开。该刃带相对于镶刀对置表面的倾斜角沿切削刃变化，这样在对着截顶部分部位的地方镶刀的切削楔角有最大值，从而确保镶刀的切削刃在那些长时间与工件接触的地方得到加强。
在一个较优的本发明的实施例中，切削刃有与切屑形成沟槽相对应的起伏形状，然而该切削刃也可以是直的或连续的弯曲状，例如凹形。
根据一个本发明的较优实施例，该切削镶刀是大体上为多角形的可分度切削镶刀，它有一组在镶刀的侧表面和它的上和下表面的交线上所形成的切削刃，所说上和下表面和所说侧表面在靠近镶刀的每条切削刃的地方分别构成了镶刀的前面和后面。这样在一个本发明的较优实施例中该切削镶刀是双侧面的。
按规定设计的镶刀可以有一个负后面的几何形状，该后面垂直于镶刀的上和下表面，或者该镶刀是双正面的类型。这种双正面的设计是较优的因为它带有增加了的前角和轴向以及径向的间隙，而且镶刀安装的前角小于传统的负面镶刀所要求的前角。由于增加了间隙，其结果是在不过度地削弱镶刀的切削刃的情况下有可能改善镶刀在刀具中的夹持条件并提供有效的冷却液供给和切屑的控制及排出。
这样，根据本发明对切屑形成沟槽的特殊设计，使得在上述类型即切屑的排出空间极有限从而适当的切屑控制是关键的操作中，一般可以使用双侧面的镶刀，并特别可以使用双正面的镶刀。
附图的简述
为了更好地理解本发明并显示本发明在实际中是如何实现的，仅通过实施例的形式，参考附图，其中：
图1是一个根据本发明的切削镶刀的透视图；
图2是一个图1所示的镶刀在II方向上的示意侧视图；
图2a和2b示意地图示了图2所示的切削镶刀的另一改进的切削刃。
图3是一个图1所示的切削镶刀沿III-III线的截面图；
图4和5分别是使用根据本发明的切削镶刀的钻孔刀具的透视和前视图；
图6是一个图5所示的切削刀具沿VI-VI线的截面图；
图7是一个当图1所示的切削镶刀位于工件上所钻孔中时的示意前视图；
图8是一个在钻孔操作过程中的切削镶刀的切削刃在平行于该切削刃并垂直于切削刃基面的方向上的截面图；
图9和10是镶刀的示意径向和轴向的截面视图，它图示了根据本发明的镶刀在钻孔操作过程中的布置；和
图11是传统的切削镶刀在钻孔操作中的示意前视图。    
对优选实施例的详细描述
根据本发明的具有切屑形成装置的切削镶刀1由图1所示。该镶刀1通常是已知外轮廓的多角、等边三角形的结构，并具有相同的平行的上和下表面2和3以及一个外周侧表面4。该镶刀有一条垂直于其上和下表面的中央轴Y并关于一个假想的横向中央平面(没有显示出)镜像对称，该假想的横向中央平面与中央轴Y垂直并沿镶刀的高度将镶刀分成两个相同的称之为上部和下部的部分。该镶刀有一个中央通孔5以便通过它插入一个夹紧螺杆。
每个镶刀一般有三条在镶刀的上表面2或下表面3与侧表面4的交线上形成的切削刃10，以及三个在两个相邻切削刃10的相交处形成的主切削尖(corner)11。依靠这样的设计，镶刀的每一条上和下切削刃可以被转位到刀具中的工作位置从而被有效地加以利用。每条切削刃10都有一个中间切削尖12，该中间切削尖将切削刃10分成两个相同的切削刃部分10a和10b，从而使镶刀的每个表面2，3呈六角形。这样，每个表面2，3都由六个相同的限定在相邻的主和中间切削尖的平分线之间并相对于中央轴Y对称的部分组成。
镶刀的上和下表面2，3带有中央配置的，基本上为平面的基面9(只有一个可见)，该基面突出到主切削尖11之上。该基面9离切削尖有一定高度，最好为0.05mm至0.4mm。当镶刀被定位在刀具上时该基面9作为镶刀的支撑表面。
表面2，3和侧表面4的靠近每条切削刃10的区域分别构成了镶刀部分的前面(rake face)13和后面(relief flank)14。每个后面14有一个正的几何形状并且最好是平面。这样，如图9和10所见，后面14与前面13呈锐角。结果，镶刀的外周侧表面4构成上和下部分的正的后面14，即有一个双正后面的几何形状。上和下部后面14通过一个最好是弧形的中间部分14＇结合。
镶刀1的每个前面13都带有沿切削刃10延伸的切屑形成沟槽15。该切屑形成沟槽15的宽度在沿切削刃的长度方向上可以是变化的。该切削形成沟槽的宽度最好在1.0毫米到3.5毫米的范围内。
如图1，2，3和8所示，该切屑形成沟槽15在切削刃的方向上是起伏的，并包括一系列与凸起部分21平滑汇合并被凸起部分21相互地分开的凹陷部分20。如图8所示，切削形成沟槽起伏的周期为T，幅度为A。每个凸起的部分21都带有一个截顶部分22，该截顶部分的宽度为a，它显著地小于两个相邻凸起部分21的截顶部分22的中点之间的距离，即周期T。如图1和图3所见，凹陷和凸起部分20，21基本上垂直于切削刃并在该切屑形成沟槽15的整个宽度上延伸，这样在每对相邻的截顶部分22之间限定了一个在垂直于切削刃10的方向上延伸的切屑导向通道23。每个截顶部分的宽度至少在离开该切削刃的方向上不增加。这样，在本发明的优选实施例中，截顶部分22的宽度a以及它们之间的距离T在切屑形成沟槽的宽度方向上基本上是不变的。距离T最好在1.0毫米至2.5毫米的范围内，幅度A最好在0.07毫米至0.50毫米的范围内，宽度a最好在0.12毫米至0.50毫米的范围内。
如图2所示，切削刃10最好和切屑形成沟槽15相一致地起伏。这样切削刃10起伏的周期T＇和幅度A＇基本上等于切屑形成沟槽15起伏的相应尺寸T和A。如图2a所示，切削刃可以是直的，或如图2b所示，切削刃也可以是凹形的。
从切削刃的方向看，该切屑形成沟槽的截面形状如图3所示。可见在这个方向上切屑形成沟槽15是弯曲、基本上呈凹形的，并且带有倾斜向下地向着限定了切屑形成沟槽深度的中间部分25的表面24和向着基面9上升的切屑偏转表面26，在各表面之间的过渡基本上是平滑的。切屑形成沟槽相对于主切削尖11的深度最好在0.05毫米至0.25毫米的范围内。可以看出20，21和22部分在切削刃方向上的轮廓基本相似，在倾斜和切屑偏转表面24和26的区域尤为如此。然而，为了提供更多的切屑变形，最好是使截顶部分22的轮廓，特别是在中间部分25的部位，稍微偏离其正常形状。这样，如图3所见，截顶部分22在区域25的形状为凸起区域27。另外，这个截顶部分的横向尺寸可以是变化的，例如可以在离开切削刃的方向上是减少的或者可以在沿其长度方向上带有不同形状的弯曲部分以改变其宽度。该截顶部分可以由凹陷或凸起形成。
如图所示，最好由刃带(narrow land)28把切屑形成沟槽15与镶刀切削刃10隔开，该刃带以一个变化的角度β相对于镶刀的基面9倾斜，该β角在截顶部分22处最好为负值例如从-5°至-9°，而在凹陷部分20处最好为零或有一点正值如从0°至3°。角度β的值可根据被加工工件的材料而变化。
图4至6图示了根据本发明的安装在钻孔刀具的刀杆32的引导端31的凹座30中的切削镶刀1＇和1＂。鉴于它们的双正后面几何形状，两个镶刀1＇和1＂都以负的轴向前角(仅仅镶刀1＇的α2是可见的)而且外周配置的镶刀1＇还以负的径向前角α1被安装，中央配置的镶刀1＂沿刀具的中央平面定位，即它的径向前角为零。镶刀1＇的轴向前角α2最好在3.5°至6.5°的范围内，例如大约为5°。
图7，8，9和10示意地图示了切削镶刀1＇在钻孔过程中相对于工件W的配置，其中孔H有一个端面W＇和一个基本上与钻孔刀具的旋转轴线(没有显示出)同轴的圆柱形侧表面W＂。
如图9和10所见，由于镶刀1＇的双正后面几何形状，角α1＇和α2＇大于镶刀安装在刀具上的轴向和径向角α1和α2。这样，镶刀带有增大的有效的间隙以及增大的有效径向和轴向切削角，而且没有过度地削弱切削刃。除此之外并由于这些优点的缘故，镶刀的双正后面几何形状有助于延长镶刀的寿命，因为以这样一种几何形状后面的径向磨损R得以减小。
在图7和8中示意地图示了根据本发明的镶刀的特别是其前面的特殊设计确保了当切削操作开始，镶刀开始进入工件中时，切屑形成沟槽15的截顶部分22首先接触工件。由于切屑形成沟槽15的特殊设计，切屑导向通道23将在切削操作过程中切下的切屑条S导向离开工件W(图7)。这可以与由图11所示的传统的镶刀的操作形成对比，在图11中切削条的方向是朝着工件的。由于切削镶刀1和切屑条S之间的接触发生在预定的窄小部位，即在沿截顶部分22及其附近(图8)的地方的事实，还能确保镶刀的热负荷得到减小。另外，对截顶部分的设计和在其附近提供的特殊倾斜的刃棱使镶刀在其接触的特殊部位得到加强。
这样，所有上述的根据本发明的切屑形成沟槽的优点使得双侧面的镶刀，特别是双正面镶刀，在特别是上述类型的操作中得以有效的应用，并且在这些操作过程中由于以一个理想的方式对切屑流的引导，确保了切屑发生强烈变形及其随后的脆化。
必须提及的是根据本发明的镶刀可以有与在对本发明的优选实施例的描述中以实施例的方式揭示的特点所不同的特点。这样，镶刀可以有一个不同于三角形的形状，例如它可以是正方形的。该镶刀也可以是单侧面和/或是有任何合适类型的后面几何形状。镶刀具体的形状和尺寸根据所加工的材料而变化。这样，起伏的切削刃被推荐加工钢，直线的切削刃被推荐加工铸铁而正前角的切削刃被推荐加工奥氏体钢和铝。
该切屑形成沟槽的形状可以在沿着和垂直于切削刃的方向上变化。这样，参数T，A和a可在这两个方向上变化。

Claims (14)

1.一种用于切削刀具的切削镶刀(cutting insert)，所说镶刀有上、下和侧表面和至少一条在其上表面和侧表面的交线上所形成的切削刃，靠近切削刃的上和侧表面分别构成前面和后面，该前面带有起伏的切屑形成沟槽，该沟槽沿至少一条所说切削刃延伸并包括一系列交替着的、相互平滑汇合的凹陷和凸起部分，其特征在于：每个凸起部分带有基本上截顶的部分，该截顶部分的宽度显著地小于两个相邻截顶部分之间的距离。
2.根据权利要求1的切削镶刀，其特征在于：凹陷和凸起部分在垂直于切削刃的方向沿切屑形成沟槽的整个宽度上延伸。
3.根据权利要求1或2的切削镶刀，其特征在于：截顶部分的宽度和它们之间的距离沿切屑形成沟槽的宽度变化。
4.根据权利要求1或2的切削镶刀，其特征在于：截顶部分的宽度和它们之间的距离沿切屑形成沟槽的宽度是不变的。
5.根据任何前述权利要求的切削镶刀，其特征在于：切屑形成沟槽在切削刃方向上看的形状大体上为凹形，该切屑形成沟槽有倾斜的表面，该倾斜的表面向下延伸离开切削刃并平滑地与在离开该倾斜表面的方向上向上升起的切屑偏转表面汇合。
6.根据任何前述权利要求的切削镶刀，其特征在于：由刃带把该切屑形成沟槽与镶刀的切削刃隔开。
7.根据权利要求6的切削镶刀，其特征在于：该刃带相对于镶刀对置表面的倾斜角沿切削刃变化，这样在基本上对着截顶部分的部位镶刀的切削楔角有最大值。
8.根据权利要求1至7的切削镶刀，其特征在于：镶刀的切削刃与切屑形成沟槽的起伏相对应地起伏。
9.根据权利要求1至7中任一项的切削镶刀，其特征在于：镶刀的切削刃基本上是直线形。
10.根据权利要求1至7中任一项的切削镶刀，其特征在于：镶刀的切削刃基本上是凹形。
11.根据任何前述权利要求的切削镶刀，其特征在于：该切削镶刀是大体为多角形的可分度切削镶刀，所说镶刀有一组在镶刀的侧表面和它的上和下表面的交线上所形成的切削刃，所说上和下表面和所说侧表面在靠近镶刀的每条切削刃的部位分别构成了镶刀的前面和后面。
12.根据权利要求11的切削镶刀，其特征在于：该镶刀的后面垂直于其上和下表面。
13.根据权利要求11的切削镶刀，其特征在于：每个后面相对于其相关的前面以一个锐角倾斜。
14.根据权利要求13的切削镶刀，其特征在于：该镶刀适宜于以一个在3.5°至6.5°的范围内的轴向前角安装在所说刀具上。
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