CN101218052B - 一种用于车削并且具有能容纳冷却射流的空间的断屑装置的切削刀片 - Google Patents

一种用于车削并且具有能容纳冷却射流的空间的断屑装置的切削刀片 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于车削的切削刀片。切削刀片(10)包括由坚硬、耐磨材料制成的多边形主体，该主体具有上表面(12)和下表面，以及结合所述表面的多个边缘表面(13，14)。至少一个断屑装置(22)被设置在上表面和下表面中的至少一个之内。至少一个设有前端切削刃(19)的圆形切削角部(11)被形成在两个边缘表面相交区域范围内的前端部分(21)。所述切削角部确定了等分线(B)。断屑装置(22)包括两个细长的断屑区段(22A，22B)，所述断屑区段之间设置有开口(24)，该开口被设置用来提供空间，以容纳导向所述开口(24)的冷却射流。

Description

一种用于车削并且具有能容纳冷却射流的空间的断屑装置的切削刀片
技术领域
本发明涉及一种用于车削的切削刀片。
背景技术
目前存在的许多切削刀片，它们在其前端切削刃的附近都具有某种形式的凸起，其目的是形成、引导切屑流，和/或转变切屑流的角度。由于所述设计，故很难接近切削区域，以及依靠高压射流运送碎屑。这在高压射流的平角(flat angle)下变得尤其明显。为了解决这个问题，使用完全平坦且没有断屑装置的切削片，或者使用在前端切削刃附近没有断屑装置并且经常与极高压力相结合的切削刀片。由此，会导致在切削刀片中产生更高的温度以及导致更短的使用寿命，并且由于昂贵的设备以及昂贵的操作，使得费用更高。此外，平坦的切削刀片要承受较高的切削力。一种已有切削刀片具有凹槽，该凹槽最好在切削刃附近，或者甚至穿过切削刃。由于切削刃被弱化，因此切削刃的几何形状在实际当中不能被用于干加工。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种切削刀片，该切削刀片的断屑装置尤其适合用于干加工以及与高压冷却相结合的加工。
本发明的另一个目的是提供一种切削刀片，其具有改良的使用寿命以及改良的加工效果。
本发明的另一个目的是提供一种切削刀片，其给予较低的切削力。
本发明的另一个目的是提供一种切削刀片，其给予受控制的切屑成形效果。
本发明的这些目的及其它目的依靠一种切削刀片而被实现，该切削刀片具有以下特征：其包括由坚硬、耐磨材料制成的多边形主体，该切削刀片具有上表面和下表面，以及连接所述表面的多个边缘表面，在上表面和下表面中的至少一个上设有至少一个断屑装置，至少一个设有前端切削刃的圆形切削角部形成在两个边缘表面相交区域范围内的前端部分，所述切削角部限定了等分线断屑装置包括两个细长的断屑区段，所述断屑区段之间设置有开口，该开口设置用来为导向所述开口的冷却射流提供空间，并且这些特征在附图中显示出来，其中相同的部件使用相同的参考标记所表示。
附图说明
图1A和1B均为根据本发明切削刀片的一个实施例中的切削角部的平面视图。
图1C是在高压射流辅助下断屑期间切削角部的透视图。
图1D是沿着图1C中的线S并且穿过切削角部的示意性截面图。
图2是根据本发明切削刀片的可选择实施例中的切削角部的平面图。
图3是根据本发明切削刀片另外的可选择实施例中切削角部的平面图。
图4A是根据本发明切削刀片另外的可选择实施例中的切削角部的透视图。
图4B是从上面观察到的图4A中的切削刀片的切削角部。
具体实施方式
图1A，1B和1C显示了根据本发明切削刀片10的实施例中的切削角部11。切削刀片10具有多边形基本形状并且是双面的。切削刀片10由坚硬、耐磨材料制成，最好为硬质合金，但也可以选择性地由陶瓷或者立方氮化硼(CBN)制成。硬质合金中最常见的材料是碳化钨(WC)以及粘结金属。可选择的碳化物还可以是金属钛的(TiC)，钽的(TaC)以及铌的(NbC)。最常见的粘结金属是钴(Co)，但是镍(Ni)也可以使用。硬质合金是由粒度0.5-10μm的碳化物颗粒以及粘结金属所形成的粉末混合物。粘结金属的体积百分比为5-40％，以及碳化物的体积百分比为95-60％。切削刀片10最好涂覆有涂层，如AL2O3，TiN和/或TiCN层。
切削刀片10被改良成首先用于金属工件的车削。切削刀片具有上表面12以及下表面(未示出)，该上下表面被设置成分开的并且基本平行的表面，切削刀片还具有结合所述表面的多个边缘表面13，14。边缘表面13，14在圆形部分21处相交。所示切削刀片10具有菱形基本形状并且包括中心紧固孔15。切削刀片在每个上表面和下表面上都具有两个锐角切削角部11。在实施例所示中，所述尖端角度为80°，但是可选择地为55°或60°。具有垂直的以及其它切削角部的切削刀片也包括在本发明中。
上侧12具有基本水平的支撑表面16，该支撑表面邻靠着刀架凹座中的基底表面(未示出)形成。支撑表面16的限制边界基本沿着切削刀片的基本形状。支撑表面16可以环绕着紧固孔15。在所示实施例中，两个支撑表面16基本上为平行的面，它们基本上都垂直于孔15的中心轴线延伸。
每个切削角部11具有相对于支撑表面16埋头形成的部分17。本实施例中，埋头部分17是烧结切屑形成装置，或者是断屑装置。埋头部分17与边缘表面13和14之间的相交线形成了切削刃，即第一切削刃18，前端切削刃19以及第二切削刃20。前端切削刃19实际上是部分圆形的切削刃，其半径由R表示，并且其半径中心由Z表示。切削刃18-20可以位于同一个平面内。
在下表面和上表面12内均设置有至少一个断屑装置22，一方面在车削期间运送断屑，另一方面使得切削刀片的两个面都能够以一种经济的方式使用。在一个优选实施例中，上表面和下表面是相同的，然而是镜像倒转的，从而使得当切削刀片被转位成下表面朝上，用于车削时，该下表面具有与上表面12相同的几何形状。切削角部11的切削刃18和20围成一个角度，其中心确定了等分线B。本实施例中，断屑装置22由两个断屑区段22A，22B所组成，所述断属区段的目的是运送断屑以及由此允许高压冷却射流23由断屑控制并且更加接近切削区域，从而通过这种方式更加有效地冷却切削刀片并且增加切削刀片的使用寿命。断屑区段22A，22B以这种形式形成，即使得它们之间形成有开口24，由此在它们之间提供了导入高压射流的可能性并且由此进一步运送断屑。这里，以“开口”的方式来代表基本埋头的部分，该部分在彼此紧靠设置的两个断屑区段之间。从图中可以看到，断屑区段22A，22B彼此稍稍连接，并且在本实施例中，所述断屑区段相对于等分线B对称地设置。
主要参考图1B，下面介绍断屑区段22A，22B的构造及位置。在本发明中，每个断屑区段都是细长的并且具有圆形端部。断屑区段的尺寸由公式l×b×h所决定，这里例如，长度l＝R×0.75(R＝切削角部半径)，宽度b＝l/4以及高度h＝0.15-0.5mm。半径中心Z位于开口24中。断屑区段的最高点不会被设置成超过相关切削刃18，20之上0.25mm，但可能会被设置在切削刃或其平面之下。断屑区段22A，22B之间的开口24由公式y＝b/3所决定，其中y绕着等分线对称地测量并且至少为0.25mm。断屑区段22A，22B相对于相对切削刃18，20的位置被选定，以使得断屑区段纵轴线S与相对切削刃形成一个角度α。断屑区段与相对切削刃18，20所形成的角度α在10-50°之间，优选在20-40°之间，最佳为32°左右。本实施例中，断屑区段相对于等分线不对称地设置，两个断屑区段22A，22B以不同的角度设置，参见下面关于图4A和4B的描述。每个断屑区段被设置与相关切削刃的距离为X mm，其中X＝R×Q。常规切削刀片的系数Q在0.3-0.5之间，而刮刀片的系数Q在0.4-0.8之间。
埋头部分17包括切屑表面25，该表面25从切削刃18-20向下且向内倾斜。经常地，加强斜面26被设置成直接连接到切削刃18-20。每个断屑区段22A，22B从所述切屑表面25突出。这样，每个断屑区段22A，22B都具有与切屑表面相近的斜度，向下且向内朝着等分线倾斜，从图1D的示意性截面图中可以看出。
此外，埋头部分17包括底表面27，该底表面27主要被设置用来形成用于容纳射流23的空间。为此，埋头部分17设置有壁28，该壁朝着切削刀片中心向上延伸。壁28被设置成朝向切削刀片中心，并且距断屑区段22A，22B有一段距离，该距离至少等于断屑区段22A的长度l，最好为长度l的至少两倍。壁28还被描述成底表面27从断屑区段朝向切削刀片中心的延伸量，它至少等于断屑区段的长度l，最好为长度l的至少两倍。底表面27实际上被设置得较低，即相对于断屑区段和壁而言，底表面被设置成更接近相对的下表面。
另外，与上面提到的断屑区段22A，22B相结合或者与之完全独立，通过在切削刀片支撑表面上形成一个或更多凹槽29，射流的角度可以被进一步减小，从而增加凹槽可接触性。在图1C中出于清楚缘故而显示了一个凹槽，而在图1A中显示了三个凹槽。所有凹槽都具有连续增加的深度并且最好在实际当中还具有朝向前端部分21增加的宽度。凹槽29具有封闭端29A或者开口端29B，参见图1A，绕着前端部分21转动。在垂直于凹槽纵轴线的截面中，凹槽由一个或多个半径限定，或者由壁及底面所组成。在图1A所示的情形中，设置有三个细长凹槽29，并且每个凹槽的纵轴线都与开口24相交。所述凹槽可以相对于切削刀片等分线以不同角度放置，其目的是通过这种方式，给予射流角度固定的位置。这些凹槽29被设置，不仅为了增加可接触性，并且还方便使用者将高压射流设置成一定角度，从而使射流被导入断屑区段22A，22B之间的开口24。所选择的角度依赖于切削深度、进给、切削速度以及被车削的材料。需要注意的是，凹槽本身是被动的并且由此仅仅构成用于冷却射流的孔，射流从与切削刀片分开设置的喷嘴中喷出。
图2显示了根据本发明的切削刀片可选择实施例中的切削角部，其与图1A-1C中所示切削刀片的不同之处在于设有五个凹槽，所述凹槽为扇形且具有共同的焦点，目的是增加所设置角度的数量。
图3显示了根据本发明的切削刀片可选择实施例中切削角部，与图1A-1C或图2中所示切削刀片的不同之处在于前端切削刃19或者加强斜面26之外形成有长槽或者凹槽30。凹槽30在断屑区段22A，22B前面并且在开口24与圆形部分21之间关于等分线对称地布置。由此，进一步确保射流23能尽可能接近切削区域。这样的话，冷却射流23有可能到达切削区域，以及运送切屑，并且进一步降低切削刀片的磨损。根据本发明的切削刀片，可以应用更平的角度，而不会被断屑装置所阻塞。此外，射流能更加靠近切削区域，以至于较低压力可以得到使用，从而达到良好的切屑形成效果。首先对于泵设备的使用寿命同时对于泵的尺寸，较低压力射流都具有很大好处。用于高压冷却的泵设备是一项昂贵的投资。由于费用与工作压力成比例，因此不仅依靠切削刀片的更长磨损时间而节省了金钱，而且同等高压不需要在传统断屑装置中使用的那样而被应用。此外，从安全性及环保角度看，低压力能够在***中使用是有优点的。低压力提供安全的操作以及低能耗。此外，固定的位置，也就是说用于使射流转向切削刀片顶边上等分线B的角度的凹槽29可以帮助使用者设置切削刀片，从而用于优化加工，并且增加了切削刀片的重复精度，这是因为如果射流被正确定位的话，切削刀片就能够被直观地看到。
切削刀片顶边上的凹槽基本上不是为了冷却切削刀片，而是为了避免射流的阻塞，也就是，使射流的倾斜度能够进一步减小。
然而，切削刀片并非被形成仅用来和高压冷却一起使用，而是恰恰相反，也就是它是一种能和传统冷却或者与干加工一同操作的切削刀片。基于这样一个事实，即切削刀片具有断屑装置22并且该装置在前端切削刃附近被分成两个部分，那么所述部分在传统冷却中与干加工中一样都是作为一般的断属装置。两个断屑装置以这种一种方式设置，即开口24设在它们之间。所述开口24具有两个功能，一方面是减小凹坑磨损的风险，这种风险在切屑撞击到切屑表面上的一般凸起时是非常普遍的，另一方面是提供用于高压射流的空间，其中射流撞击切屑。这里，使用高压冷却是指压力超过100巴。
图4A和图4B显示了根据本发明的切削刀片的可选择实施例，其与上面所述切削刀片的不同之处在于切削刀片为不对称刮刀片的示例，这种刀片的形状与专利SE0201985-9中所描述的非常接近，该专利中涉及切削刀片形状以及间隙表面的形状的内容被结合在说明书中。本发明中，断屑区段22A，22B相对于切削角部的等分线不对称地设置，这是由于切削刀片进给及切削的深度区域根据切削刀片如何使用而极为不同，即切削刀片用于纵向车削、端面车削或者仿形车削。本发明中，断屑区段22A，22B具有完全直的基本形状，它们之间的特殊缝隙24也是直的。断屑区段22A与直的切削刃18以锐角结合在一起，而断屑区段22B与弯曲的切削刃19以大约90°结合在一起。
凹槽29被设置的目的是进一步减小射流的倾斜角度，而不会被切削刀片的某些部件所阻塞，同时也引导使用者将射流设置成相对于切削刀片合适的角度。
因此，本发明涉及一种用于车削的切削刀片，其断屑装置尤其适合于干加工以及与高压冷却相结合的加工，具有改良的使用寿命以及改良的加工效果，这给予了低切削力以及给予了受控制的切屑成形效果。
本申请所要求优先权的瑞典专利申请0501575-5以及0501576-3中公开的内容结合在此作为参考。

Claims (11)

1.用于车削的切削刀片，包括由坚硬、耐磨材料制成的多边形主体，该切削刀片具有上表面(12)和下表面，以及连接所述表面的多个边缘表面(13，14)，在上表面和下表面中的至少一个上设有至少一个断屑装置(22)，至少一个设有前端切削刃(19)的圆形切削角部(11)形成在两个边缘表面相交区域范围内的前端部分(21)，所述切削角部限定了等分线(B)，其特征在于断屑装置(22)包括两个细长的断屑区段(22A，22B)，所述断屑区段之间设置有开口(24)，该开口(24)设置用来为导向所述开口(24)的冷却射流提供空间。
2.如权利要求1所述的切削刀片，其特征在于每个断屑区段(22A，22B)都具有长度(l)，并且在断屑区段与切削刀片中心之间设置有底表面(27)，该底表面(27)从断屑区段向着切削刀片中心的延伸量至少等于断屑区段的长度(l)。
3.如权利要求1和2中任一项所述的切削刀片，其特征在于每个断屑区段(22A，22B)与相对的切削刃(18，20)形成锐角(α)。
4.如权利要求1和2中任一项所述的切削刀片，其特征在于断屑区段(22A，22B)相对于等分线(B)不对称地设置。
5.如权利要求1和2中任一项所述的切削刀片，其特征在于每个断屑区段(22A，22B)具有圆形端部并且断屑区段的尺寸由公式l×b×h确定，其中长度l＝R×0.75，R为切削角部半径，宽度b＝l/4以及高度h＝0.15-0.5mm。
6.如权利要求1和2中任一项所述的切削刀片，其特征在于切削刀片(10)的切削角部半径(R)的中心(Z)设置在开口(24)内。
7.如权利要求1和2中任一项所述的切削刀片，其特征在于断屑区段(22A，22B)之间的开口(24)至少为0.25mm。
8.如权利要求1和2中任一项所述的切削刀片，其特征在于至少一个凹槽(29)被设置在上表面(12)的支撑表面(16)内，该凹槽与前端切削刃有一定距离，所述凹槽(29)大致向着所述前端部(21)延伸，该凹槽(29)用来为导向所述前端部(21)的冷却射流提供空间。
9.如权利要求8所述的切削刀片，其特征在于每个凹槽(29)是细长的并且朝向前端部(21)深度逐渐增加，该凹槽(29)用来为导向所述前端部(21)的冷却射流提供空间。
10.如权利要求8所述的切削刀片，其特征在于在支撑表面(16)内设置一个以上的凹槽(29)，并且各个凹槽的纵向轴线与前端部(21)相交。
11.如权利要求2所述的切削刀片，其特征在于该底表面(27)从断屑区段向着切削刀片中心的延伸量至少是断屑区段长度(l)的两倍。
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