CN1695851B - 车削刀片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及车削刀片(1)，其包括一个或多个角部(5)，该角部(5)具有形成在断屑面(7)和间隙面之间的两个刃(4、6)，该两个刃(4、6)的第一刃(4)是去屑刃，第二刃(6)是表面加工刃，本发明的特征在于该第一刃(4)是直的并经由尖锐过渡段(18)转变到第二刃(6)。该第二表面加工刃(6)也可以有利地是直的。该刃(4、6)之间的尖锐过渡段(18)由这样的事实有利地提供，即邻近该过渡(18)的间隙面在相互成钝角延伸的平面中被刃磨。

Description

车削刀片
技术领域
本发明涉及这样一种类型车削刀片，其包括至少一个角部，该角部具有形成在断屑面和间隙面之间的两个刃，该两个刃的第一刃是去屑刃，第二刃是表面加工刃。
背景技术
近来获得的构成本发明基础的知识已经表明，由整个或部分圆化的切削刃产生的截面形状弯曲的切屑比由直切削刃产生的那种具有直的截面形状切屑需要消耗更大的能量，并且产生更多的热量释放。更确切地说，业已表明，沿其宽度的每个点产生的切屑目的在于垂直于每个微小的部分或垂直于沿该刃的点移动。这意味着直切削刃产生截面形状为直的切屑，其整体上垂直地指向该切削刃，并且其产生最小可能的热释放，而整个或部分圆切屑刃产生整个或部分弯曲的切屑，这使得热释放增加。一般来说，高温磨损车削刀片比低温磨损利害。更确切地说，热切屑产生所谓的月牙洼磨损，即在切屑碰撞切削刀片的顶面或断屑面的区域起初产生月牙洼，其大小和深度随着时间而增加。还已经知道，去屑刃的安装角(等于该切削刃与车刀走刀方向的角度)影响切削刀片的磨损，更确切地说，其影响方式是小安装角比大安装角产生的总磨损小。
为了车削，在一定程度上使用圆切削刀片，尤其是多边形，例如正方形或棱形基本形状的刀片。多边形切削刀片包括一个或多个去屑主切削刃，这些切削刃是直的并转变到大体圆形的表面加工刃。当该切削刀片具有相当大半径的不同鼻端(nose)时，或当例如在方形切削刀片上的表面加工刃在两个直的主切削刃之间仅仅包括圆形角部部分时，在切屑被主切削刃去掉之后，表面加工只沿着该圆形切削刃的非常小的部分进行，即最接近旋转工件的几何旋转轴线的该切削刃的切点进行。特别是在后一种情况下，即切削刀片具有比较小的表面加工角部刃，如果切削深度较大并且安装角为常规的安装角，即45°的情况下，则产生的切屑的主要部分将是截面形状为直的切屑，但是形成在最靠近该角部刃的表面加工切点的切屑边缘(edge of chip)除外。但是，在具有加工硬质材料特征的小切削深度的情况下，弯曲的切屑部分随着切削深度的减小而成比例增加。
上面一般地描述的车削刀片是已知的，尤其是通过美国专利5226761和6612786B1。
为了改进上述已知的车削刀片，特别是通过减小月牙洼或角部磨损增加使用寿命，还为在最终加工之后减少在圆角(fillet)中的剩余材料的量，已经研制出一种切削刀片，其已经申请瑞典专利(尚未公开)，申请号为SE 0301323-2。但是，这种切削刀片还有缺陷，即邻近去屑主切削刃的单个角部具有大体圆形形状，更确切地说，制造成所谓的擦拭器技术(wiper technology)，即单个主切削刃和间隙刃之间的过渡包括两个或多个具有不同曲率半径的圆形段。换句话说，在这种情况下，在直接靠近表面加工刃部分切下的切屑具有弯曲形状，其增加热量释放并且因此在直接靠近表面加工刃部分增加月牙洼磨损。虽然远离表面加工刃部分的切屑边缘得到完全的厚度，但是相对的边缘不仅得到弯曲的形状，而且连续地减小厚度，这导致直接靠近表面加工刃部分产生的切屑的最外面的边缘部分变成锯齿形。在所述切屑边缘的这种锯齿的形成在若干方面是不利的，尤其是，促进了切削刀片的磨损，加之使切屑变得尖锐并产生刮擦(包括切屑可能产生对加工后的相关周围的损坏)
发明内容
本发明的目的在于克服根据SE 0301323-2的车削刀片的缺陷并提供一种改进的车削刀片。因此，本发明的主要目的是提供一种切削刀片，特别是用于加工硬质材料的切削刀片，这种切削刀片能够沿其整个宽度产生基本上直的切屑，并且因此需要最小的能量消耗，从而产生最小的热量释放，更确切地说，最大的目的是增加切削刀片的使用寿命。另一个目的是提供一种切削刀片，其可能的磨损发生在离表面加工刃尽可能远的距离处，以便确保整个时间在加工表面光洁度方面的高性能。
根据本发明，至少主要目的通过下面限定的特征来实现。本发明提供一种车削刀片，包括断屑面和第一和第二间隙面，两个间隙面位于刀片的角部，第一和第二切削刃分别形成在断屑面与第一和第二间隙面的汇合处，第一切削刃是主去屑切削刃，其具有第一长度，第二切削刃是表面加工切削刃，其具有第二长度，第二长度小于第一长度，其中主去屑切削刃是直的并经由尖锐过渡段转变到第二切削刃，第一切削刃和第二切削刃之间的安装角最大为30°，且有另外的间隙刃邻近表面加工切削刃且远离主去屑切削刃定位，该另外的间隙刃相对于邻近的表面加工切削刃成角度。
本发明基于去屑刃或主切削刃沿其整个长度是直的这样一种构思，并且以尖锐过渡段的形式形成到连接的表面加工刃的过渡。有利的是表面加工刃也是直的，至少邻近该尖锐过渡段的表面加工刃是直的。在刃磨切削刀片中，该尖锐过渡段或尖锐角部由这样的事实提供，即邻近相应刃的间隙表面在相互以钝角延伸的平面中刃磨(包括两个间隙表面之间的过渡由直的尖锐的间断线构成)。在直接压制切削刀片时，确保在形成该两个间隙表面的模具中该两个表面会聚成直的或直线的角部。
附图说明
在附图中：
图1是示意图，示出了根据本发明应用于车刀的切削刀片以及在机械加工中的旋转工件。
图2是放大的示意立体图，示出了根据本发明的切削刀片。
图3是该切削刀片的平面图，示出了该切削刀片的各种几何数据。
图4是根据图3的切削刀片的端视图。
图5是对工件进行机械加工时该切削刀片的工作角部部分的另一个放大的局部平面图。
图6和图7是该切削刀片的一个角部部分的另一个局部平面图。
具体实施方式
在图1中，附图标记1总的表示根据本发明制造的切削刀片，该切削刀片与杆或刀杆2一起构成车刀。工件用3表示，例如轴等可绕中心轴线C旋转，更准确地说沿箭头R方向旋转。最通常的情况是，工件夹紧在旋转卡盘中，同时刀具沿着工件移动，例如平行于中心轴线C移动。刀具和工件之间的相对走刀方向用箭头P表示。在该切削刀片中，包括去屑的工作主切削刃4，工作主切削刃与走刀方向P(走刀方向本身可与几何中心轴线C形成一个角度)的角度构成该切削刃的所谓安装角K°刀具的走刀量用f表示，切削深度用ap表示。
参考图2，图2是立体图，示出了该切削刃的结构。虽然本发明也可应用于只有一个与协作的表面加工刃一起的单个的主切削刃的切削刀片，但是本发明的举例与在两个直径地相对的角部5具有两对同样的与表面加工刃6一起的主切削刃4地切削刀片有关。换句话说，根据该例子的切削刀片包括总共四个主切削刃4。通常，该切削刀片具有多边棱柱形的基本形状，并包括与底面8平行的顶面7。周边侧表面在底面和顶面之间延伸，其总的用附图标记9表示。在这个周边侧表面中，包括多个部分表面，并用10、11、12、13和14表示，该部分表面11和12构成邻近切削刃4、6的间隙表面。以通常的方式，该切削刃4、6由该切削刀片的顶面和该间隙表面之间的刃构成。
在该例子中，仅仅示意地示出构成该切削刀片的断屑部分的顶面7。换句话说，该切削刀片的顶面不主张(contend)形成完全的切削几何表面。但是，邻近该表面的周边示出凹槽状的凹陷S，预定用作断屑器。换句话说，实际上该切削刀片应当包括一种装置，以便在切屑与工件分离之后尽快迫使该切屑与切削刀片脱离接触。
在该例子中，该切削刀片具有中性的或负的几何形状，以便包含在侧面9的所有部分表面垂直地延伸到顶面7和底面8。但是，该切削刀片也可以具有正的切削几何形状，即用以锐角延伸到顶面的侧面形成。在这种情况下，也应当提及的是，该切削刀片可以是双面的，即用也在其底面8上的断屑切削几何形状形成。
迄今所示的切削刀片已经进行了描述，这种切削刀片在所有的主要方面是已经知道的。
现在参考图3-7。图3-7以放大的比例示出本发明的新的特征。
在图3中，两个角部5之间的对角线用B表示，该对角线B形成该对主切削刃4的等分线。第二个等分线Ba在该切削刀片的另外两个直径方向相对的角部5a之间延伸。除了主切削刃4和表面加工刃6之外，邻近部分表面13形成的四个间隙刃15被包括在该切削刀片中，这种间隙刃沿该切削刀片每侧的主要部分延伸，更确切地说，从单个的刃6延伸到邻近凸形曲线角部刃表面14的弧形刃16。而且，还具有与部分表面10相关的端刃17，其在每个角部5在附近的主切削刃4之间延伸(见图2)。
邻近单个角部5的间隙刃15之间的角α为锐角是有利的，在所示的例子中其大小为80°。因此，在单个间隙刃15和等分线B之间的角角α1为40°。因此使角度β为钝角并且其大小为100°。等分线Ba和单个间隙刃15之间的角度β1的大小为50°。角部刃16的半径无关紧要。
该单个刃6和等分线B之间的角度ε大于角角α1，并且在该例子中其大小为45°。主切削刃4和等分线B之间的角度γ更大，在该例子中其大小为55°。在通常情况下，不起作用的端刃17为直线是有利的并与等分线B成直角λ延伸。
主切削刃4的长度L4根据切削刀片的尺寸、所希望的切削深度以及在圆角(fillet)中允许保留的材料的量而变化很大。但是实际上，L4的大小可以在0.5-2mm范围内，合适地在0.8-1.5mm范围内。切削刃6相当短，其长度L6为约0.3mm。但是，这种尺寸可以上下变化。端刃17的长度L17在功能方面是较不重要的，但是在实际中可与主切削刃4的长度L4具有大约相同的值。
正如通过介绍已经指出的，本发明基于这样的构思，即不仅使主切削刃4是直线的，尤其是，经由尖锐过渡段使主切削刃转变到表面加工刃6，在放大的图5-7中该过渡用18表示。“尖锐过渡段”的概念解释为在主切削刃4转变到表面加工刃6的点没有任何形式的有意设置的弧形形状的刃。如果刃磨该切削刀片，该尖锐过渡段18通过在相互以钝角(在该例子中为170°)延伸的平面中刃磨间隙表面11、12而提供，表面11、12经由笔直的间断线(interruption line)19相互转变。换句话说，该过渡18由切削刃4和6相交在间断线19的尖锐点或棱柱点形成。
正如前面所提到的，表面加工刃6象主切削刃4一样，可以是直线的，至少邻近该尖锐过渡段18的部分是直的。有利的是，刃6沿着其整个长度L6是直的，在此之后它经由过渡20转变到间隙刃15。就其可以是或者尖锐的或者柔和的圆形而言，这个过渡20的形状是无关紧要的。
如果该切削刀片的制造是用直接压力加工进行(即没有刃磨)的，那么该尖锐过渡段18以同样的方式形成，即通过使该刃4和6由在间隙表面11、12之间的间断线19相交的点会聚。但是，在这种情况下，该过渡由于压模操作可能会稍稍有一点变圆。为了使该过渡仍然被认为是尖锐的，可能的非有意的圆度的半径不应当超过0.1mm。合适地，该圆度的最大半径不超过0.05mm。然而，圆度小于该数值例如0.03mm的可能的过渡被认为是尖锐的。
在该例子中，在端刃17和单个的主切削刃4(见图6)之间的过渡21示作如过渡18同样类型的尖锐过渡段。换句话说，该过渡由这样的事实提供，即部分表面10是平面的并且经由笔直的间断线22(图2)转变到平面的部分表面11，该间断线通过该刃4和端刃17之间的交点延伸。但是，在这种情况下，应当指出，使过渡21做成径向过渡也是可行的。
参考图5，图5以放大的比例示出主切削刃4与工件3的接合。在正常情况下，在硬质材料的加工中，切削深度ap被限制在0.05-0.3mm的范围内，通常约为0.15mm。在根据图3的工作状态，该表面加工直刃6平行于走刀方向P(并且在该例子中平行于工件的几何旋转轴线C)。根据安装角K，沿着邻近过渡18的其长度的较大或较小部分，该主切削刃4将从工件上去屑(未示出)。由于切削刃4到该过渡18全部是直的，切屑将是直的并且沿其整个宽度的厚度相等，而与所述的宽度无关。切屑沿垂直于该切削刃的方向以其整体方式被去掉。这意味着，首先，去屑在最少热释放的情况下进行，第二，切屑在该切削刀片的断屑顶面上的与表面加工刃6具有最佳距离的点上碰撞，这决定该工件的加工包络面23的光洁度。换句话说，在表面加工刃6附近的月牙洼磨损减少，在长时间的有效运行期间能够保证使用性能。换句话说，与去屑刃和表面加工刃之间的关键区域包含有圆形刃部分，例如擦拭器型的车削刀片相比，该切削刀片的使用寿命延长。
实际上，根据本发明的切削刀片可以用各种硬质材料制造，例如六面体的氮化硼、硬质合金、陶瓷材料，金刚石等。但是，希望主要用六面体的氮化硼(CBN)制造。该切削刀片特别合适用于加工硬质材料，例如硬质钢，采用小切削深度ap进行车削。关于这种加工，切削刀片具有多种优点，例如增加使用寿命(通过减少发热)、最佳切屑形状、改进的切削力方向，以及减少加工工件中的驻留应力等。
应当指出，“安装角”的概念主要与组合车刀和其相对于工件的运动相关，而不是与这种单个的切削刀片相关。由于表面加工直刃6在工作状态被设置为平行于走刀方向，去屑刃4与沿擦拭刃延伸的假想线形成一定角度，然而，在前面的描述中，安装角的概念被看作是相关的。
上述安装角K构成主切削刃4的等分线角γ和表面加工刃6的等分线角ε之间的差。在该例子中，这个差的大小为10°。虽然10°构成优选的安装角，然而该安装角可以上下变化。但是，安装角不应当大于30°，并且小于20°是有利的。另一方面，该安装角不小于3°，优选为不小于5°。实际上，根据本发明制造的切削刀片的大多数安装角在5-15°的范围内，优选在8-12°的范围内。
在这方面，应当提及的是等分线角α1、β1、ε和γ可以从前面举例的值上下变化相当大，而与选择的安装角K无关。
还应当指出，在正常情况下，只有主切削刃4在去屑中起作用。换句话说，通常该主切削刃用尽整个切削深度ap。但是，工件可以有不规则性，这意味着连接主切削刃4的端刃17的部分也临时参与去屑工作。换句话说，端刃17也瞬时地用作去屑刃。

Claims (6)

1.一种车削刀片，包括断屑面(7)和第一间隙面(11)和第二间隙面(12)，两个间隙面位于刀片的角部(5)，第一切削刃(4)和第二切削刃(6)分别形成在断屑面(7)与第一间隙面(11)和第二间隙面(12)的汇合处，第一切削刃(4)是主去屑切削刃，其具有第一长度(L4)，第二切削刃(6)是表面加工切削刃，其具有第二长度(L6)，第二长度小于第一长度，其中主去屑切削刃是直的并经由尖锐过渡段(18)转变到第二切削刃(6)，第一切削刃(4)和第二切削刃(6)之间的安装角(K)最大为30°，且有另外的间隙刃(15)邻近表面加工切削刃且远离主去屑切削刃定位，该另外的间隙刃(15)相对于邻近的表面加工切削刃成角度。
2.根据权利要求1的车削刀片，其特征在于在所述第一切削刃(4)和第二切削刃(6)之间的尖锐过渡段(18)是棱柱形的并由这样的事实提供，即邻近该第一切削刃(4)和第二切削刃(6)的第一间隙面(11)和第二间隙面(12)形成在相互成钝角延伸的平面中并经由间断线(19)相互转变，该间断线(19)与该两个刃之间的汇合点相交。
3.根据权利要求1或2的车削刀片，其特征在于该第一切削刃(4)具有安装角(K)，使得该安装角形成为所述刃和沿该第二切削刃(6)延伸的假想直线之间的角，其值最小为3°。
4.根据权利要求1或2的车削刀片，其特征在于该车削刀片包括两个沿直径方向相对的角部(5)，所述角部分别包括一对同样的第一切削刃(4)，该第一切削刃与第二切削刃(6)一起配合，该第二切削刃(6)与该角部的等分线(B)形成锐角(ε)，同时两个第一切削刃(4)中的每一个与所述等分线(B)形成第一角度(γ)，该第一角度(γ)大于所述的锐角(ε)。
5.根据权利要求4的车削刀片，其特征在于在两个第一切削刃(4)之间延伸有端刃(17)，该端刃(17)至少部分地是直的。
6.根据权利要求4的车削刀片，其特征在于，在与该第一切削刃(4)相距一定距离的端部处，该第二切削刃(6)转变到间隙刃(15)，该间隙刃(15)是直的并且与所述等分线(B)形成第二角度(α1)，该第二角度(α1)小于该第二切削刃(6)的与所述等分线形成的锐角(ε)。
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