CN112676620A - 旋转切割工具及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了旋转切割工具及其应用。一方面，本文中描述了旋转切割工具，其包括多组冷却剂通道，所述多组冷却剂通道具有所述工具的凹槽中的出口孔，以将冷却剂有效地递送到多个切割表面。简单来说，一种旋转切割工具包括柄部部分和从所述柄部部分沿着纵向轴线延伸的切割部分，所述切割部分包括沿着所述纵向轴线成螺旋形延伸的凹槽和包括所述凹槽中的出口孔的内部冷却剂通道。第一组内部冷却剂通道的出口孔的突出部与延伸到所述旋转切割工具的角刃下方的前刀面相交，并且第二组内部冷却剂通道的出口孔的突出部与所述旋转切割工具的径向切割刃下方的前刀面相交。
Description
技术领域
本发明涉及旋转切割工具，并且具体地说，涉及包括冷却剂通道的旋转切割工具，所述冷却剂通道具有沿着旋转切割工具的轴向部分的冷却剂出口孔。
背景技术
端铣刀是用于加工从金属到塑料等许多类型的材料的旋转工具。端铣刀由通常为圆柱形的柄部支撑，且适于由电动机驱动的卡盘或功能上类似的装置以可拆卸方式夹持。柄部逐渐变成单端铣刀上的一个切割部分或双端铣刀上的两个切割部分。切割部分延伸到端铣刀的末端。切割部分具有多个切割刀片，所述切割刀片由凹槽间隔开，以带走切割操作所产生的切屑。切割刀片和凹槽可平行于端铣刀的纵向轴线，但更多情况下是螺旋形的。切割部分通常终止于径向切割部件，所述径向切割部件被设计成补充由切割刀片的轴向部分提供的切割动作。
端铣刀和其它旋转切割工具通常在切割区中的高切割温度下操作。高切割温度是有益的，因为它们可以使正被切割的材料更容易流动，从而提高金属去除速率并降低切割材料所需的力量。然而，高切割温度和热循环会使端铣刀疲劳，从而引起各种失效机理。作为响应，已使用通道将冷却剂递送到端铣刀的端面。在许多情况下，冷却剂通道无法将冷却剂有效递送到关键切割表面。此外，当前冷却剂通道设计常常浪费大量冷却剂，由此增加加工成本。
发明内容
一方面，本文中描述了旋转切割工具，其包括多组冷却剂通道，所述多组冷却剂通道具有所述工具的凹槽中的出口孔，以将冷却剂有效地递送到多个切割表面。简单来说，旋转切割工具包括柄部部分和从所述柄部部分沿着纵向轴线延伸的切割部分，所述切割部分包括沿着所述纵向轴线成螺旋形延伸的凹槽和包括所述凹槽中的出口孔的内部冷却剂通道。第一组内部冷却剂通道的出口孔的突出部与延伸到所述旋转切割工具的角刃下方的前刀面相交，并且第二组内部冷却剂通道的出口孔的突出部与所述旋转切割工具的径向切割刃下方的前刀面相交。在一些实施例中，所述旋转切割工具还包括具有所述凹槽中的出口孔的第三组内部冷却剂通道。所述第三组内部冷却剂通道的出口孔的突出部与所述纵向轴线平行或大体上平行。
另一方面，本文中描述了切割工件的方法。在一些实施例中，一种方法包括：提供旋转切割工具，所述旋转切割工具包括柄部部分和从所述柄部部分沿着纵向轴线延伸的切割部分，所述切割部分包括沿着所述纵向轴线成螺旋形延伸的凹槽和包括所述凹槽中的出口孔的内部冷却剂通道；以及使所述工件与所述旋转切割工具接触。从第一组内部冷却剂通道排放冷却剂以冲击所述旋转切割工具的角刃下方的前刀面，并且还从第二组内部冷却剂通道排放冷却剂以冲击所述旋转切割工具的径向切割刃下方的前刀面。在一些实施例中，另外从第三组内部冷却剂通道沿着所述旋转切割工具的所述纵向轴线排放冷却剂。
在以下详细描述中进一步详细描述这些和其它实施例。
附图说明
图1示出根据本文中所描述的一些实施例的旋转切割工具的透视图。
图2是图1的旋转切割工具的剖视图。
图3示出根据一些实施例的与延伸到旋转切割工具的角刃下方的前刀面相交的第一组内部冷却剂通道的出口孔的突出部。
图4A是沿着图3的线F-F截取的横截面。
图4B放大图4A的突出显示的圆形区域，其还示出根据一些实施例的与延伸到角刃下方的前刀面相交的第一组内部冷却剂通道的出口孔的突出部。
图5示出根据一些实施例的与旋转切割工具的径向切割刃下方的前刀面相交的第二组内部冷却剂通道的出口孔的突出部。
图6示出根据一些实施例的与旋转切割工具的纵向轴线平行或大体上平行的第三组内部冷却剂通道的出口孔的突出部。
具体实施方式
本文所描述的实施例可以通过参考以下详细描述和实例以及其先前描述和以下描述而更容易地理解。然而，本文所描述的元件、装置和方法不限于详细描述和实例中呈现的具体实施例。应当认识到，这些实施例仅仅说明本发明的原理。本领域的技术人员将在不脱离本发明的精神和范围的情况下容易地显而易知许多修改和调整。
I.旋转切割工具
现参考图1，本文中所描述的旋转切割工具10包括柄部部分11和从柄部部分11沿着纵向轴线13延伸的切割部分12。切割部分12包括沿着纵向轴线13成螺旋形延伸的凹槽14和包括凹槽14中的出口孔15、16、17的内部冷却剂通道。图2是图1的旋转切割工具的剖视图。第一组内部冷却剂通道15a与接近旋转切割工具10的端面的出口孔15相关联。第一组内部冷却剂通道15a的出口孔15的突出部15c与延伸到旋转切割工具10的角刃19下方的前刀面18相交。如本文中进一步描述，出口孔的突出部是沿着垂直于出口孔的横截面的轴线延伸的出口孔的图像。图3示出与延伸到旋转切割工具10的角刃下方的前刀面18相交的突出部15c。如图3所示出，突出部15c是沿着垂直于出口孔15的横截面的轴线15d延伸的出口孔15的图像。图4A是沿着图3的线F-F截取的横截面，其还示出与延伸到角刃19下方的前刀面18相交的突出部15c。图4B放大图4A的突出显示的圆形区域。在一些实施例中，第一组内部冷却剂通道15a的每个出口孔15具有与延伸到旋转切割工具10的角刃19下方的前刀面18相交的突出部15c。
第二组内部冷却剂通道16a与出口孔16相关联。第二组内部冷却剂通道16a的出口孔16的突出部16c与旋转切割工具10的径向切割刃21下方的前刀面20相交。图5示出与旋转切割工具10的径向切割刃21下方的前刀面20相交的出口孔16的突出部16c。在图5的实施例中，与突出部16c相交的前刀面20邻近于角刃19。在一些实施例中，第二组内部冷却剂通道16a的每个出口孔16具有与旋转切割工具10的径向切割刃21下方的前刀面20相交的突出部16c。
在一些实施例中，旋转切割工具还包括与出口孔17相关联的第三组内部冷却剂通道17a。第三组内部冷却剂通道的出口孔17的突出部17c与旋转切割工具10的纵向轴线13平行或大体上平行。图6示出与旋转切割工具10的纵向轴线13平行或大体上平行的出口孔17的突出部17c。在图6的实施例中，第三组内部冷却剂通道17a的出口孔17邻近于切割工具10的柄部部分11而定位。在出口孔17的突出部17c大体上平行的实施例中，突出部17c可与旋转切割工具10的纵向轴线13形成0.1°-10°的角。
经考虑，只要冷却剂出口轴保持本文所描述的相交点，多组内部冷却剂通道和相关联的冷却剂出口孔就可沿着切割工具的纵向轴线移动到各种位置。在一些实施例中，第三组内部冷却剂通道17a的每个出口孔17具有与旋转切割工具10的纵向轴线13平行或大体上平行的突出部17c。
如图所示，内部冷却剂流动通道的出口孔具有不同的几何形状。可根据若干考虑因素选择出口孔的几何形状，所述考虑因素包含但不限于由流动通道提供的冷却剂的量、要被冷却剂润湿的切割工具的面积、冷却剂流的所要几何形状和所要冷却剂排放压力。第一组内部冷却剂通道15a的出口孔15例如展现相对小的直径，以将冷却剂引导到延伸到旋转切割工具10的角刃19下方的前刀面18。以此方式，冷却剂沿着突出部15c行进以冲击前刀面18，且可在角刃19上流动。出口孔15的小出口直径还相对于第二组内部冷却剂通道16a和第三组内部冷却剂通道17a的冷却剂出口孔16、17产生更高的冷却剂排放压力。
第二组内部冷却剂通道16a的出口孔16呈现不同几何形状，以润湿前刀面和相关联的径向切割刃。如图所示，出口孔16展现狭槽状几何形状，所述狭槽状几何形状具有在一个维度上的宽直径和垂直于宽直径的较短直径。这种几何形状可将冷却剂有效地提供到径向切割刃21和延伸到径向切割刃21下方的前刀面20。出口孔16的长且窄的尺寸提供足够的冷却剂排放压力。然而，相对于第一组内部冷却剂通道15a的出口孔15，冷却剂排放压力较低。
此外，第三组内部冷却剂通道17a的出口孔17呈现适合于用冷却剂润湿凹槽表面的几何形状。在一些实施例中，出口孔17的几何形状足以润湿整个凹槽表面。在图中所示出的实施例中，第三组内部冷却剂通道17a的冷却剂出口孔17邻近于旋转切割工具10的柄部部分11而定位。以此方式，冷却剂离开孔17并且沿着凹槽14的谷流动。由于第三组内部流体通道17a终止于具有与旋转切割工具的纵向轴线13平行或大体上平行的突出部17c的出口孔17中，因此冷却剂在凹槽表面上的流动可由重力辅助。因此，举例来说，相对于第一组内部冷却剂通道15a的出口孔15，出口孔17可具有较低的冷却剂排放压力。
如本文所描述，多组内部冷却剂通道15a、16a、17a的出口孔15、16、17位于旋转切割工具10的凹槽14中。出口孔可具有凹槽中与如本文所描述的将冷却剂递送到旋转切割工具的相应区域相符的任何位置。在一些实施例中，例如，出口孔15、16、17定位在凹槽的底部处。在一些实施例中，多组内部冷却剂通道15a、16a、17a的出口孔15、16、17位于旋转切割工具10的凹槽14中的每一个中。
三组冷却剂通道和相关联出口孔的放置和几何形状的组合在切割操作期间以大体上较少的冷却剂消耗对旋转切割工具进行有效冷却。第一组冷却剂通道15a例如以角鼻状物(corner nose)区域为目标，而第二组冷却剂通道16a以径向切割刃为目标。此外，在一些实施例中，第三组冷却剂通道17a用以润湿基本上所有凹槽表面。
在一些实施例中，多组内部冷却剂通道从旋转切割工具的中心内部冷却剂通道径向延伸。多组内部冷却剂通道可以任何所要方式径向延伸到其相关联的出口孔。在一些实施例中，多组内部冷却剂通道中的至少一组内部冷却剂通道从中心冷却剂通道线性地延伸到冷却剂出口孔。在其它实施例中，当径向延伸到出口孔时，多组内部冷却剂通道中的至少一组内部冷却剂通道包括一个或多个弯曲区段。
每组内部冷却剂通道可从中心内部冷却剂通道接收冷却剂。中心内部冷却剂通道可具有与将足够冷却剂供应到多组内部冷却剂通道相符的任何几何形状和/或尺寸。在一些实施例中，中心内部冷却剂通道包括一个或多个锥形和/或弯曲区段。另外，在一些实施例中，中心内部冷却剂通道延伸穿过旋转切割工具的柄部部分。参考图2，多组内部冷却剂通道15a、16a、17a从中心内部冷却剂通道23径向延伸。第一组内部冷却剂通道15a和第二组内部冷却剂通道16a以大体上线性的方式径向延伸。第三组内部冷却剂通道17a使用弯曲区段以使冷却剂出口孔与旋转切割工具10的纵向轴线13对准。或者，在一些实施例中，多组内部冷却剂通道15a、16a、17a彼此独立并且不连接到中心内部冷却剂通道。
本申请的旋转切割工具可通过实现本文所描述的技术和结构特征的任何技术制造。在一些实施例中，旋转切割工具是通过一种或多种增材制造技术制造的。本文所涵盖的增材制造技术包括但不限于粘合剂喷射、材料喷射、激光粉末床、电子束粉末床和定向能量沉积，如ASTM F-42中所描述。另外，旋转切割工具可由任何所要材料制造。可根据若干考虑因素选择旋转切割工具的材料，所述考虑因素包括但不限于工具的特定设计、工具保持器设备的夹持要求、工具保持器主体的材料和/或与制造技术的兼容性，所述制造技术包含增材制造技术。在一些实施例中，旋转切割工具由与工具保持器主体相同的材料制造。在其它实施例中，旋转切割工具和工具保持器主体包括不同的材料。例如，旋转切割工具可由具有低导热性的材料构造成，这可减少到腔室的热传递，并防止例如液压流体、有机流体或硅酮流体等流体在切割操作期间过热。在一些实施例中，旋转切割工具由例如工具钢等钢制造。在其它实施例中，旋转切割工具由钴基合金、镍基合金或各种铁基合金制造。或者，旋转切割工具可由固体碳化物制造，所述固体碳化物包含烧结的硬质合金，例如具有铁基粘合剂的碳化钨。在一些实施例中，旋转切割工具是通过增材制造由美国专利申请序列号15/437,153中描述的碳化物粉末组合物制造的，所述专利申请以全文引用的方式并入本文中。具有本文所描述的设计、结构和特性的旋转切割工具包含端铣刀和钻头。
II.切割工件的方法
另一方面，本文中描述了切割工件的方法。在一些实施例中，一种方法包括：提供旋转切割工具，所述旋转切割工具包括柄部部分和从柄部部分沿着纵向轴线延伸的切割部分，切割部分包括沿着纵向轴线成螺旋形延伸的凹槽和包括凹槽中的出口孔的内部冷却剂通道；以及使工件与旋转切割工具接触。从第一组内部冷却剂通道排放冷却剂以冲击旋转切割工具的角刃下方的前刀面，并且还从第二组内部冷却剂通道排放冷却剂以冲击旋转切割工具的径向切割刃下方的前刀面。在一些实施例中，另外从第三组内部冷却剂通道沿着旋转切割工具的纵向轴线排放冷却剂。
本文所描述的方法的旋转切割工具可具有上文I部分中描述且在参考图中示出的任何设计、结构和/或特性。
已经描述了本发明的各种实施例以实现本发明的各种目的。应当认识到，这些实施例仅仅说明本发明的原理。所属领域的技术人员将在不脱离本发明的精神和范围的情况下容易地显而易知许多修改和调整。
Claims (24)
1.一种旋转切割工具，其包括：
柄部部分；以及
从所述柄部部分沿着纵向轴线延伸的切割部分，所述切割部分包括沿着所述纵向轴线成螺旋形延伸的凹槽和包括所述凹槽中的出口孔的内部冷却剂通道，其中第一组内部冷却剂通道的出口孔的突出部与延伸到所述旋转切割工具的角刃下方的前刀面相交，并且第二组内部冷却剂通道的出口孔的突出部与所述旋转切割工具的径向切割刃下方的前刀面相交。
2.根据权利要求1所述的旋转切割工具，其还包括第三组内部冷却剂通道，其中所述第三组内部冷却剂通道的出口孔的突出部与所述纵向轴线平行或大体上平行。
3.根据权利要求2所述的旋转切割工具，其中所述第二组内部冷却剂通道的所述出口孔沿着所述纵向轴线存在于所述第一组内部冷却剂通道和所述第三组内部冷却剂通道的所述出口孔之间。
4.根据权利要求2所述的旋转切割工具，其中所述第三组冷却剂通道的所述出口孔接近所述柄部部分。
5.根据权利要求1所述的旋转切割工具，其中所述第一组内部冷却剂通道和所述第二组内部冷却剂通道的所述出口孔的形状不同。
6.根据权利要求2所述的旋转切割工具，其中所述第一组内部冷却剂通道、所述第二组内部冷却剂通道和所述第三组内部冷却剂通道的所述出口孔的形状互不相同。
7.根据权利要求2所述的旋转切割工具，其中所述第一组内部冷却剂通道、所述第二组内部冷却剂通道和所述第三组内部冷却剂通道从中心内部冷却剂通道径向延伸。
8.根据权利要求1所述的旋转切割工具，其中所述第一组内部冷却剂通道和所述第二组内部冷却剂通道的所述出口孔定位在所述凹槽的底部处。
9.根据权利要求1所述的旋转切割工具，其中所述第一组内部冷却剂通道、所述第二组内部冷却剂通道和所述第三组内部冷却剂通道的所述出口孔定位在所述凹槽的底部处。
10.根据权利要求7所述的旋转切割工具，其中所述中心内部冷却剂通道延伸穿过所述柄部部分。
11.根据权利要求7所述的旋转切割工具，其中所述中心内部冷却剂通道包括一个或多个锥形区段。
12.根据权利要求2所述的旋转切割工具，其中所述第一组内部冷却剂通道、所述第二组内部冷却剂通道和所述第三组内部冷却剂通道中的至少一个包括弯曲区段。
13.根据权利要求2所述的旋转切割工具，其中所述第一组内部冷却剂通道、所述第二组内部冷却剂通道和所述第三组内部冷却剂通道中的至少一个是线性的。
14.根据权利要求1所述的旋转切割工具，其中所述第一组内部冷却剂通道和所述第二组内部冷却剂通道展现不同的冷却剂排放压力。
15.根据权利要求2所述的旋转切割工具，其中所述第一组内部冷却剂通道、所述第二组内部冷却剂通道和所述第三组内部冷却剂通道展现不同的冷却剂排放压力。
16.根据权利要求15所述的旋转切割工具，其中所述第一组冷却剂通道展现最高冷却剂排放压力。
17.根据权利要求1所述的旋转切割工具，其中所述旋转切割工具是端铣刀。
18.根据权利要求1所述的旋转切割工具，其中所述旋转切割工具是通过增材制造方法制造的。
19.根据权利要求1所述的旋转切割工具，其中所述旋转切割工具由烧结的硬质合金形成。
20.一种切割工件的方法，其包括：
提供旋转切割工具，所述旋转切割工具包括柄部部分和从所述柄部部分沿着纵向轴线延伸的切割部分，所述切割部分包括沿着所述纵向轴线成螺旋形延伸的凹槽和包括所述凹槽中的出口孔的内部冷却剂通道；
使所述工件与所述旋转切割工具接触；
从第一组内部冷却剂通道排放冷却剂以冲击所述旋转切割工具的角刃下方的前刀面；以及
从第二组内部冷却剂通道排放冷却剂以冲击所述旋转切割工具的径向切割刃下方的前刀面。
21.根据权利要求20所述的方法，其还包括从第三组内部冷却剂通道沿着所述旋转切割工具的所述纵向轴线排放冷却剂。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述第一组内部冷却剂通道、所述第二组内部冷却剂通道和所述第三组内部冷却剂通道的所述出口孔彼此不同。
23.根据权利要求20所述的方法，其中所述第一组内部冷却剂通道、所述第二组内部冷却剂通道和所述第三组内部冷却剂通道的所述出口孔定位在所述凹槽的底部处。
24.根据权利要求21所述的方法，其中所述冷却剂是在不同压力下从所述第一组内部冷却剂通道、所述第二组内部冷却剂通道和所述第三组内部冷却剂通道排放的。
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