CN113382816A - 切削镶刀和切削工具 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种将刀头附近的前刀面冷却的构造。切削镶刀(10)具备:前刀面(22);切削刃(20),其形成于前刀面(22)的外周;基部(24),其支承前刀面(22);以及内部冷却流路(40),冷却前刀面(22)的流体在该内部冷却流路(40)中流动。内部冷却流路(40)具有导入流路(44)和冷却流路(42),冷却流路(42)设于被切削件的切屑与前刀面(22)相接触的区域的背面侧。冷却流路(42)设置在距前刀面(22)1.5mm以内的深度范围内。
Description
技术领域
本发明涉及切削镶刀和切削工具。本发明基于2019年2月8日提出申请的日本专利申请2019-021386号,要求该优先权的权益,通过参考将该专利申请的全部内容引入本说明书。
背景技术
已知的是,切削时产生的摩擦热、剪切热使工具刀头温度上升,并产生热磨损。在切削加工中,以吸收所产生的摩擦热、剪切热为目的向工具刀头供给切削油剂,但由于成为最高温度的刀头附近的工具前刀面与切屑接触,因此,切削油剂未到达,不易充分地降低接触部位的温度。
非专利文献1公开了如下一种冷却切削装置,该冷却切削装置在供工具刀头装配的刀柄开设通孔,并具备供冷却液从冷却槽通过刀柄的通孔返回至冷却槽的冷却液的循环回路。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1:冈本定次等、“利用工具内部冷却法进行的切削(第1报)”、精密机械、1972年5月、38卷5号
发明内容
发明要解决的问题
非专利文献1公开了借助被冷却的刀柄来冷却工具刀头的构造,但由于成为最高温度的刀头附近的前刀面远离冷却液所通过的刀柄通孔,因此,不能说冷却效率较高。
本发明是鉴于这样的状况而做出的,其提供一种将刀头附近的前刀面冷却的构造。
用于解决问题的方案
为了解决上述课题,本发明的一技术方案提供一种切削镶刀,其中,该切削镶刀具备:前刀面;切削刃,其形成于前刀面的外周;基部,其支承前刀面;以及内部冷却流路,冷却前刀面的流体在该内部冷却流路中流动。
本发明的另一技术方案提供一种切削工具,其具备:工具主体;切削镶刀,其具有内部冷却流路;以及供给口,其用于向内部冷却流路供给流体。
发明的效果
根据本发明,能够提高一种将刀头附近的前刀面冷却的构造。
附图说明
图1是表示温度分布分析结果的图。
图2是表示实施方式的切削工具的概略结构的图。
图3是切削刃周边的放大图。
图4是表示切削工具的剖面的图。
图5是表示基部主体的结构的图。
图6是表示薄板构件的结构的图。
图7是表示切削工具的剖面的变形例的图。
图8是表示基部主体的上表面的图。
具体实施方式
在说明本发明的实施方式之前,说明刀头附近的前刀面的温度上升。
图1的(a)示出在工具(tool)对被切削件(workpiece)进行切削时的温度分布分析结果,图1的(b)放大了刀头附近的温度分布分析结果。
如图1的(a)所示,切屑(chip)在刚切削后就与刀头附近的前刀面相接触。观察到:在刀头附近的前刀面,自切屑传递有摩擦热和剪切热,成为比刀头的温度高的高温。在该分析中,前刀面的最高温度上升到接近1000度。在1000度附近的温度条件下,即使是高温强度较高的硬质合金制镶刀,也有可能产生热磨损。
根据该分析,相对于大约1000度的最高温度,在离开刀头相当于被切削件的切取厚度(二维切削中的切深量)的5倍左右的距离的位置处,温度下降至接近200度。这是因为充分地远离了切屑与前刀面之间的接触部位,因此,由分析可知,应当冷却的部位必须在接触部位的附近。若考虑到在实用性的很多的切削条件下切取厚度为数十μm(微米)至三百微米左右,则应当冷却的部位需要距刀头1.5mm以内。
另外,已知的是,前刀面与切屑之间的接触长度同被切削件的切取厚度具有相关性。该相关性严格来说也取决于切削速度、工具刀头形状等,但在采用实用性的条件的情况下,前刀面与切屑之间的接触长度会如图1所示的例子那样为切取厚度的数倍以下。若考虑在实用性的很多的切削条件下切取厚度为数十微米至三百微米左右,则接触长度也落在1.5mm的范围内。以下,根据这些研究来说明本发明的实施方式。
图2表示实施方式的切削工具的概略结构。切削工具1具备由钢材形成的刀柄2。刀柄2是工具主体,具有供切削镶刀10装配的刀柄顶端部2a和在切削加工时由机床保持的被保持部2b。刀柄顶端部2a的上表面形成为比被保持部2b的上表面高一截,在刀柄顶端部2a的上表面顶端侧的一部分设有用于装配切削镶刀10和垫片构件12的缺口部。
切削镶刀10和垫片构件12由硬质合金等硬质材料形成,配置于缺口部,切削镶刀10和垫片构件12通过夹持构件14固定于刀柄2。此外,切削镶刀10和垫片构件12可以通过其他部件固定于刀柄2,例如也可以是,设有贯通切削镶刀10和垫片构件12的螺纹孔,切削镶刀10和垫片构件12通过螺纹构件直接固定于刀柄2。此外,切削镶刀10也可以在不隔着垫片构件12的情况下直接固定于刀柄顶端部2a的缺口部。
图3是将切削镶刀10的切削刃周边放大的图。切削镶刀10具备前刀面22、形成于前刀面22的外周的切削刃20和支承前刀面22的基部24。实施方式的切削镶刀10具备位于前刀面22的对角线上的两个切削刃20,但也可以在各角部具备切削刃20。
在基部24、垫片构件12和刀柄顶端部2a设有供冷却前刀面22的流体流动的内部冷却流路40。向内部冷却流路40供给的冷却用流体可以是例如水溶性切削油剂、非水溶性切削油剂等液体,但也可以是冷却空气等气体。在切削工具1中,在刀柄顶端部2a的下表面形成有成为内部冷却流路40的入口的供给口32,在切削镶刀10的基部24的位于切削刃20附近的部分的后刀面形成有成为内部冷却流路40的出口的多个流路开口30a、30b、30c(以下,在不特别区分的情况下有时也称作“流路开口30”)。内部冷却流路40具有:导入流路,其从供给口32通过刀柄顶端部2a的内部,并贯通垫片构件12而延伸到前刀面22的正下方;以及冷却流路,其在前刀面22的背面侧与前刀面22平行地延伸到流路开口30。在实施方式中,与前刀面22平行也可以在不脱离所期望的目的的范围内包含实质上平行的形态。
图4表示沿着设有一对切削刃20的前刀面22的对角线将切削工具1剖切而成的剖面。此外,省略夹持构件14的图示。内部冷却流路40具有:导入流路44,其从供给口32延伸到前刀面22的正下方;以及冷却流路42,其从导入流路44的末端起与前刀面22平行地延伸到流路开口30。
导入流路44具有形成于刀柄顶端部2a的第1导入流路44a、形成于垫片构件12的第2导入流路44b和形成于切削镶刀10的基部24的第3导入流路44c。图4所示的导入流路44相对于刀柄顶端部2a的下表面垂直地形成为直线状,但也可以是,第1导入流路44a弯曲,供给口32设于刀柄顶端部2a的侧面。供给口32优选设置在容易通过机床供给冷却用流体的位置。为了防止冷却用流体的泄漏,也可以对各构件的对接面实施密封。
冷却流路42形成为与前刀面22平行的槽状流路。冷却流路42至少设于被切削件的切屑与前刀面22相接触的区域的背面侧。冷却流路42具有如下作用:使从供给口32通过导入流路44而供给过来的冷却用流体沿着前刀面22朝向在切削刃20的正下方形成的流路开口30流动,从而将切削刃20的附近的前刀面22冷却。
实施方式的切削镶刀10具备:薄板构件52,其在上表面具有前刀面22;以及基部主体50,其构成支承薄板构件52的基部24,通过使薄板构件52的下表面(背面)与基部主体50的上表面贴合,从而形成冷却流路42。
图5的(a)示出基部主体50的上表面,图5的(b)示出上表面的局部剖面。供冷却用流体流动的多个冷却流路42a、42b、42c(以下,在不特别区分的情况下称作“冷却流路42”)相互平行地设于基部主体50的上表面。冷却流路42以至少遍及从前刀面22上的切削刃20的位置起连续至切屑与前刀面22相接触的区域的区间的方式设置。如上述那样,在实用性的条件下,切屑与前刀面22之间的接触长度落在距刀头1.5mm的范围内。因此,冷却流路42只要设置在距切削刃20的刀头位置为1.5mm左右的区间中即可。实施方式的冷却流路42形成为,从第3导入流路44c的上方末端朝向与前刀面22上的切削刃20的位置相对应的角部延伸。
图6的(a)示出薄板构件52的上表面,图6的(b)示出薄板构件52的下表面。薄板构件52的上表面是前刀面22,在外周形成有多个切削刃20。薄板构件52的下表面与基部主体50的上表面贴合地配置,在基部主体50与薄板构件52的下表面之间设有冷却流路42。
为了提高冷却效率,冷却流路42优选设置在距前刀面22为1.5mm以内的深度范围内。在实施方式中,冷却流路42的距前刀面22的深度由冷却流路42的上表面与前刀面22之间的距离定义,因而等于薄板构件52的厚度。为了确保薄板构件52的强度并提高薄板构件52的冷却效率,优选将冷却流路42的距前刀面22的深度、即薄板构件52的厚度设定在0.2mm以上且1.5mm以下的范围内,更优选为设定在0.2mm以上且1mm以下的范围内,进一步优选设定在0.2mm以上且0.5mm以下的范围内。
此外,薄板构件52由韧性较小的硬质合金形成,因此,若冷却流路42的宽度Wa大于上述深度,则薄板构件52有可能破裂。因此,流路宽度Wa被设计为预定长度以下,具体而言优选为与深度相同程度的长度以下。另外,为了避免薄板构件52的破裂,流路宽度Wa与流路间长度Wb之比(Wa/Wb)优选设定为1以下。
通过利用基部主体50和薄板构件52这两个构件,能够容易地制作并形成切削镶刀10。另外,在使用过程中流路开口30被切屑堵塞的情况下,通过从基部主体50拆下薄板构件52,能够容易地去除切屑。另外,在切削刃20发生了磨损的情况下,仅更换薄板构件52即可,还具有能够再利用基部主体50的优点。
以上,基于实施方式说明了本发明。本领域技术人员能够理解的是,该实施方式为例示,其各构成要素、各处理工艺的组合可以有各种变形例,并且这样的变形例也在本发明的范围内。
在实施方式中,在基部主体50的上表面形成了冷却流路42,但既可以在薄板构件52的下表面形成冷却流路42,也可以在基部主体50的上表面和薄板构件52的下表面都形成冷却流路42。另外,在实施方式中,使导入流路44也形成于垫片构件12和刀柄顶端部2a,但也能够是,不形成第3导入流路44c,从另一个切削刃20侧的流路开口30供给冷却用流体。
图7表示变形例的切削工具的概略结构。图8表示变形例中的基部主体50的上表面。在图4所示的冷却构造中,将冷却用流体从处于切削刃20的正下方的流路开口30排出,但在图7所示的冷却构造中,与干式加工对应地从在刀柄顶端部2a的下表面设置的流路开口30排出冷却用流体。
在变形例中,内部冷却流路具有从供给口32延伸到前刀面22的正下方的导入流路44、从导入流路44的末端起与前刀面22平行地延伸的冷却流路48d、48e、48f、48g、48h、48i(以下,称作“冷却流路48”)和从前刀面22的正下方延伸到流路开口30的排出流路46。如图7所示,成为内部冷却流路40的入口的供给口32和成为内部冷却流路40的出口的流路开口30形成于刀柄顶端部2a的下表面。
冷却流路48形成为与前刀面22平行的槽状流路,至少设于被切削件的切屑与前刀面22相接触的区域的背面侧。冷却流路48具有如下作用:使从供给口32通过导入流路44供给过来的冷却用流体沿着前刀面22以通过切削刃20附近的区域的方式朝向排出流路46流动,将切削刃20的附近的前刀面22冷却。在该变形例中,切削刃20可以形成于前刀面22的4个角部。
根据切屑与前刀面22之间的接触长度落在距刀头1.5mm的范围内这样的分析,并列设置的多个冷却流路48优选以覆盖距切削刃20的刀头位置为1.5mm的范围内的区域的方式设置。
在图4和图7所示的例子中,切削镶刀10由基部主体50和薄板构件52这两个构件形成,但切削镶刀10也可以形成为一体构造。例如,也可以是,在通过烧结来制造切削镶刀之际,在对埋入有成为内部冷却流路的形状的低熔点材料的硬质合金粉体进行压缩成形之后,利用高温进行烧制,由此低熔点材料溶出,从而构成内部冷却流路。
此外,在实施方式中,示出刀柄2作为切削工具1的工具主体,但切削工具1并不限于车削用工具,也可以是具有刀体的铣削工具。
本发明的实施方式的概要如下。本发明的一实施方式的切削镶刀具有前刀面、在前刀面的外周形成的切削刃、支承前刀面的基部和供冷却前刀面的流体流动的内部冷却流路。
根据该实施方式,通过在切削镶刀的内部形成冷却流路,能够高效地冷却切削镶刀。
内部冷却流路可以设于被切削件的切屑与前刀面相接触的区域的背面侧。通过在接触区域的背面侧设置内部冷却流路,能够提高冷却效率。内部冷却流路的至少一部分可以设为在区域的背面侧与前刀面平行地延伸。
内部冷却流路优选设置在距前刀面1.5mm以内的深度范围内。通过在距前刀面1.5mm以内的深度范围内设置内部冷却流路,能够提高冷却效率。也可以是,切削镶刀具备上表面成为前刀面的薄板构件,在基部与薄板构件的下表面之间设有内部冷却流路。
也可以是,本发明的另一实施方式的切削工具具备刀柄等工具主体、具有内部冷却流路的切削镶刀和用于向内部冷却流路供给流体的供给口。
附图标记说明
1、切削工具;2、刀柄;2a、刀柄顶端部;2b、被保持部;10、切削镶刀;12、垫片构件;14、夹持构件;20、切削刃;22、前刀面;24、基部;30、流路开口;32、供给口;40、内部冷却流路;42、冷却流路;44、导入流路;46、排出流路;48、冷却流路;50、基部主体;52、薄板构件。
Claims (6)
1.一种切削镶刀,其特征在于,
该切削镶刀具备:
前刀面;
切削刃,其形成于所述前刀面的外周;
基部,其支承所述前刀面;以及
内部冷却流路,冷却所述前刀面的流体在该内部冷却流路中流动。
2.根据权利要求1所述的切削镶刀,其特征在于,
所述内部冷却流路设于被切削件的切屑与所述前刀面相接触的区域的背面侧。
3.根据权利要求2所述的切削镶刀,其特征在于,
所述内部冷却流路的至少一部分设为在所述区域的背面侧与所述前刀面平行地延伸。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的切削镶刀,其特征在于,
所述内部冷却流路设置在距前刀面1.5mm以内的深度范围内。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的切削镶刀,其特征在于,
该切削镶刀具备上表面成为所述前刀面的薄板构件,
在所述基部与所述薄板构件的下表面之间设有所述内部冷却流路。
6.一种切削工具,其特征在于,
该切削工具具备:
工具主体;
权利要求1至5中任一项所述的切削镶刀,其装配于所述工具主体;以及
供给口,其用于向所述内部冷却流路供给流体。
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