CN108778581A - 使用超弹性材料的具有受控制的回弹性的切割刀具组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种切割刀具组件(10)，其包括刀具主轴箱(11)，所述刀具主轴箱(11)具有用于接收切割***件(13)的底座(12)。所述切割刀具组件包括超弹性材料(15)，其被设置成控制所述切割刀具组件的回弹性以及阻尼冲击力以及局部振动。所述超弹性材料可被设置成层或涂层、或者呈由超弹性材料所制成的整个刀具部件的形式。

Description

使用超弹性材料的具有受控制的回弹性的切割刀具组件
技术领域
本发明涉及一种设置有超弹性阻尼材料的切割刀具组件，所述超弹性阻尼材料被设置成在所述切割刀具与工件之间逐步地建立物理接触，以及在金属切割操作期间吸收冲击力以及振动能，以及因此提供所述切割刀具的受控制的回弹性。
背景技术
在机械加工期间的切削力振动对与工件接触的切割***件的边缘引发干扰。当在切割***件与工件之间形成接触时，切削力的突然增加由于冲击力效应在靠近于切割***件的边缘的区域中引起局部应力分布以及破裂。在机械加工期间，当切割***件的边缘与工件具有恒定的接触时，宽频范围的动态切削力激振切割***件的边缘并且在靠近于切割***件的边缘的区域中引起局部脱落以及剥落。在切割工艺的入口处的冲击力以及宽频动态切削力两者使切割***件的刀具磨损加速，具有不可预知的刀具故障，并且使生产成本增加。
根据US 5738468，已知的是，确保切割***件的韧性以及切割***件的高破裂强度。特别地通过用垫片支撑切割***件实现这一点，所述垫片具有符合切割***件的表面轮廓的接触表面，所述垫片将被布置于距切割***件的切割刃的下表面一定距离处。
在US 2011/0008576 A1中，公开一种提供包括有碳柱的涂层的切割刀具的方法。例如可应用所述涂层以增加切割刀具的动态刚度或类似。
在机械加工期间，切割工艺以及刀具结构的振动特性互相作用并且形成闭环***。所述闭环***具有由切割深度所限定的稳定的操作区域以及不稳定的区域，其中刀具结构的振动振幅随时间增长。在切割刀具悬垂长度与直径的比(L/D)超过五的状态下，切割刀具刚度减小并且稳定的区域的切割深度减小并且几乎接近零，以使得无法在稳定的状态下执行切割工艺。为了在长的悬垂长度下执行稳定的机械加工，已知的是，在刀具结构中嵌入振动阻尼解决方案并且这些解决方案可分成三大组：
●调谐质量阻尼器，其将振动动能传送至调谐质量；
●在关键的接合界面中的约束层阻尼，所述阻尼将振动应变势能转换成热量；以及
●压电致动器，其将反作用力施加至刀具柄以减弱振动趋势。
这些解决方案通常以弯曲模式或者扭转模式在通常低于3000Hz的频率范围内解决与结构振动相关联的问题。
刀具市场调研表明，机械加工案例中的仅仅不到5％由具有的悬垂长度比它的直径长5倍的切割刀具执行。在更短的悬垂长度(其中L/D比小于5)下，阻尼解决方案通常为不必要的，因为机械加工工艺在机床再生颤振方面通常被认为是稳定的。然而，独立于刀具结构构造以及悬垂长度与直径的比，在切割***件的边缘处自然地发生切削力振动以及动态激振。
当前所公开的发明集中于其中刀具结构具有高刚度的这些机械加工案例上。传统上，这样的结构中的刚性可能太高。由于切割刀具的高的刚性，在金属切割操作期间的冲击力由于大多数碳化物材料以及陶瓷的脆性经常地使切割刃破裂。当前所公开的发明在切割刀具组件中应用用超弹性特性所实现的受控制的回弹性的方式来减小刀具破裂损害同时维持足够的刚性以确保机械加工部件的精确度。
例如，在铣削金属切割工艺中，在切割刀具的每一旋转期间在工件的入口处的冲击力激振切割刃。为了相对于由于冲击力所引起的破裂故障提高切割刀具的性能，常见的做法是，在碳化物***件中添加更大量的粘合剂(例如钴)，以改善它的强度以及提高它的韧性(抗裂强度)，代价是减小的耐磨性以及由磨损所引起的减小的刀具寿命。当前所公开的发明使切割刀具组件的回弹性(韧性或者抗裂强度)以及硬度的设计分离。因此，可获得碳化物***件的韧性(抗裂强度)而不牺牲耐磨性特性。
在现有技术的研究中，具有液压油室的刀具柄设置于切割***件的下面以调节切割***件的回弹性(Fleischer，J.，Becke，C.，Pabst，R.，2008.Improving tool life byvarying resilience and damping properties in close proximity of the cuttingedge.生产工程学2，357-364)。通过施加于压电致动器(其将压缩压力施加于液压油上)上的电压控制回弹性。然而，所述研究仅仅为以经验为依据的并且未描述潜在的机机制。刀具结构设计通常以最高刚性为目标并且它们的刚度由于构造材料(通常钢或铸铁)的线性弹性模量通常为线性的。刀具结构的刚性构造对切割***件刀具寿命有害，因为它使切割工艺的入口处的冲击力的峰值振幅增加。高的峰值振幅直接地使切割***件中的最大应力增加，这可能导致切割***件的破裂。构造中的一定的回弹性有助于减小冲击力的峰值振幅，比如通过在芯轴中将齿轮传动改变为皮带传动。发现的是，不仅仅减小刀具结构的刚度，因为刀具结构中的刚度的减小可能进一步减小切割***件的刀具寿命而不是延长。
本发明以刀具结构的超弹性特性担保切割***件的减小的冲击力振幅以及延长的刀具寿命的概念为基础。
超弹性特性意味着，刀具结构的刚度并非线性的。在切割工艺的入口处，刀具结构的、在切割点处的刚度在较短的时间段(通常小于1ms)内显著地低于在切割工艺期间的刚度。在这之后，当切割***件的边缘与工件之间的接触恒定时，刀具结构的刚度保持它的最大刚度。通常，刀具结构中的超弹性特性使切削力与时间的导数(dF/dt)的振幅减小，这降低在切割工艺的入口处所生成的冲击波能。刀具结构的超弹性特性还延长用于使切割***件的边缘与工件建立完全的接触的可用的时间范围。在图1中示出这一点。
最熟悉的超弹性材料为天然橡胶，其表现与陶瓷或金属截然不同。对橡胶的热加热将使它收缩而不是如在大多数传统的结构材料中膨胀。对橡胶带的拉伸使它的温度增加，因为内部分子间结合仅仅使一小部分机械能恢复并且使更大部分的能量作为热量耗散。拉伸橡胶使橡胶的刚度逐步地增加，因此橡胶具有超弹性特性。由于大型分子之间的粘弹性滑动，橡胶的超弹性特性为可恢复的。与金属相比，橡胶的典型的表现在压痕下展现它的超弹性特性以及可恢复性。在图2中示出这一点。
使得能够实现橡胶的超弹性特性的关键因素为它的具有通常低于100nm的尺寸的大分子以及长链分子的大小。通过橡胶类材料中的分子的减小的大小，复合物中的、低于100nm的晶体大小或者晶粒也使得能够实现材料的超弹性特性。已经发现的是，具有纳米结构(其尺寸低于100nm)的复合物也具有超弹性表现以及可恢复性(Fu等人，2016.Highdynamic stiffness mechanical structures with nanostructured compositecoatings deposited by high power impulse magnetron sputtering.碳98，24-33.)。
超弹性特性指的是材料在高应变(通常超过5％)下维持弹性特性的行为。特别地，在压痕试验中，超弹性材料大部分恢复它的表面凹痕，并且使得难以用表面凹痕面积测量来测量表面硬度。
大部分材料在稳定地增加的载荷状态下经历“弹性变形”、“塑性变形”以及因此“破裂”。钢材例如在小于0.05％的应变下进入塑性变形状态。另一方面，天然橡胶可更大程度地变形而不进入塑性变形区域，并且可容易地超过50％的应变同时维持弹性性能。因此，我们常常将橡胶称为“超弹性”材料，因为我们在橡胶中很少观察到任何塑性变形性能。
“弹性”材料的刚度为几乎恒定的，而“超弹性”材料由于大的几何变形具有非线性的刚度特性。对于相同的外部负载，具有超弹性特性的构件更慢地反应以及变形。更长的碰撞时间(若干分之一秒内)避免对高频振动能(其对脆性材料有害)的激发。
橡胶的超弹性特性应归于它的长链分子以及晶粒，其在经受外部负载时在彼此之上缠绕以及滑动。缠绕以及滑动行为为“可逆的”，亦即物体在外部负载被移除时恢复它的最初的几何形状。
橡胶由于纳米晶粒还显示出粘弹性特性，所述纳米晶粒形成内部晶界表面面积与体积的较高的比，其有助于消能减振能力。然而，为了显示出“超弹性”特性以及“粘弹性”特性，对材料(特别地对晶粒大小)的要求为不同的。
粘弹性特性要求晶粒大小严格地低于20nm，而即使通过超过100nm的更大的晶粒大小也可获得超弹性特性。
橡胶不适合于切割***件应用。橡胶在垫片应用中的主要的限制是金属切割工艺期间的温度变化。Ser例如KUS，Abdil，等人.Thermocouple and infrared sensor-basedmeasurement of temperature distribution in metal cutting.传感器，2015，15.1：1274-1291。
垫片放置于切割***件的下面并且距切割区域(其中生成剧烈的热量)2-3mm。特别地，在其中安置有垫片的区域中，温度可能上升到90摄氏度、或者甚至更高。对于天然橡胶，当温度从20摄氏度增加到90摄氏度时，弹性模量将减小一个数量级。随着温度从20摄氏度增加到90摄氏度，阻尼特性也将减小。
随着增加的温度显著地减小的弹性模量将使切割***件保持结构的刚度丧失，并且***件将丧失夹持并且在机械加工中被毁坏。
天然橡胶以及聚合物为不适合的的另一个原因是，由于它们的低弹性模量。切割***件的沿法线方向的刚度可被计算为：
对于预定的刚度k，体积模量K越高，部件的厚度t可越高。聚合物以及橡胶的弹性模量通常为100kPa，与金属的、为100GPa的弹性模量相对。因此，若垫片由橡胶制成，则垫片的厚度应当被除以1 000 000，以具有相同的刚度。垫片具有大致3mm的厚度，并且这意味着聚合物的厚度可仅仅为3nm，这为不可能的。进一步地，回弹性功能还取决于层的厚度以及体积，以容许可恢复的弹性流。在不具有一定的体积的情况下，物体将根本不会显示出回弹性特性。
具有短的刀具悬垂长度与直径的比的切割刀具通常不具有刀具再生颤振的问题。然而，动态力变化仍然激振刀具结构并且引起刀具结构构件的强制振动。特别地在靠近于切割***件的边缘的区域处，高频激振使切割***件的边缘的、呈局部脱落以及剥落效应的磨损加速。
发明内容
本发明的一个目的是通过改进的冲击力阻力延长切割***件的刀具寿命。本发明的另一个目的是，通过高阻尼性能消除局部脱落以及剥落现象来延长切割***件的刀具寿命。本发明涉及各种切割刀具，包含铣削、车削、钻削、拉销、滚齿等等。经受冲击力并且具有最小刚性要求的其它机械产品也可受益于根据本发明所述的具有超弹性高动态刚度阻尼器的设计类型。
本发明涉及一种切割刀具组件，其包括刀具主轴箱，所述刀具主轴箱具有用于接收切割***件的底座。所述切割刀具组件进一步包括超弹性材料，其被设置成阻尼在切割刀具组件的操作期间所产生的振动。因为切割刀具的回弹性受到控制，实现阻尼，以及特别地超弹性材料被设置成阻尼冲击力以及局部振动。
如在本说明书中所解释说明的，超弹性材料已经被证明在它达到在切割刀具与工件之间建立完全的物理接触的过渡工艺时是特别地有效的，并且因此减小磨损以及延长切割***件的有效操作时间。
在特定实施例中，所述超弹性材料被作为弹性层设置于所述底座与所述切割***件之间。所述超弹性材料具有受控制的刚度并且表现出高振动阻尼特性，特别是在内部晶粒、原子团簇或者长链分子的一个尺寸显著小于200nm的情况下。
在另一个特定实施例中，垫片布置于所述底座与所述切割***件之间，所述一层超弹性材料设置于所述垫片与所述切割***件之间。
在又一个特定实施例中，所述一层超弹性材料被作为表面涂层设置至所述垫片和/或所述切割***件。
在另一个特定实施例中，所述切割刀具组件进一步包括刀具柄以及刀具夹，所述刀具夹被布置成保持所述刀具柄，其中所述刀具柄支撑所述刀具主轴箱，并且一层超弹性材料设置于所述刀具柄与所述刀具夹之间。
所述一层超弹性材料可被设置成单独的部件。
所述超弹性材料优选地应当具有介于0.1GPa与550GPa之间的弹性模量，以便确保所述切割刀具结构的刚度。
所述超弹性材料优选地包括于这样的组中，该组包括大部分由具有小于200nm、优选地小于100nm、或者甚至小于10nm的至少一个内部结构尺寸的纳米晶粒、原子团簇或者长链分子所组成的聚合物、复合物、金属以及金属合金。
在本发明的一个特定实施例中，所述切割***件由超弹性材料制成，并且在另一个特定实施例中，所述垫片由超弹性材料制成。
本发明进一步涉及一种用于在切割刀具组件中使用的垫片，所述切割刀具组件包括刀具主轴箱，所述刀具主轴箱具有用于接收切割***件的底座，所述垫片被设置成布置于所述底座与所述切割***件之间，并且具有对应于所述底座的形状以及所述切割***件的形状的扁平形状，其中所述垫片在它的平坦的侧中的、面对所述底座或所述切割***件的至少一侧上设置有一层超弹性材料。
对于切割***件应用，由所述垫片上的表面涂层所提供的超弹性特性将确保，由于所述超弹性材料的回弹性表现，所述切割刃经历切削力的逐步增加。对于不具有超弹性特性的情况，所述切割刃将经历切削力的突然增加，其激发对脆性碳化钨材料有害的高频振动能。
本发明进一步涉及一种用于在切割刀具组件中使用的切割***件，所述切割刀具组件包括刀具主轴箱，所述刀具主轴箱具有用于接收所述切割***件的底座，所述切割***件具有的形状对应于所述底座或者布置于所述底座与所述切割***件之间的垫片的形状，其中所述切割***件在它的侧中的至少一侧上设置有一层超弹性材料，所述至少一侧被布置成面对所述底座或所述垫片，以使得所述一层超弹性材料在所述切割***件与支撑表面之间提供阻尼效应。
通过以下具体描述，本发明的其它特征将为显而易见的。
附图说明
现在将参考附图描述与本发明有关的各个实施例以及示例，其中：
图1为机械加工期间的切削力变化的图表；
图2为示例说明在压缩以及压痕载荷下的超弹性材料的图表；
图3示出根据本发明的一个特定实施例的切割刀具组件；
图4a以细节图示出图3的切割刀具组件；
图4b示出图3的切割刀具组件的细节分解图；
图5为根据本发明的一个替代实施例的切割刀具组件的剖视图；以及
图6为图5中的切割刀具组件的分解图。
具体实施方式
以下，具体地解释说明本发明的特定实施例。本发明涉及一种用于车削、钻削、机械加工或者铣削等等的切割刀具组件10。切割刀具组件10包括刀具柄16，其被布置成固定于刀具盒或类似物中。超弹性阻尼器18可围绕刀具柄16布置。刀具柄16连接至刀具主轴箱11。刀具主轴箱11以及刀具柄16可以固定地或可释放地连接至彼此。刀具主轴箱11还可为不包含刀具柄的切割刀具组件的一部分，并且虽然在附图中未示出，但是这样的布置也为本发明的范围的部分。
刀具主轴箱11包括要被布置有切割***件13的至少一个底座12。切割***件13可具有有多个切割刃21的对称形状、例如多边形形状。因此，切割***件13可旋转并且在它被替换为新的切割***件之前被重复利用许多次。切割***件13还可具有相似的顶部以及底部表面，以使得它可被倒置以使它的使用次数加倍。切割***件13可直接地布置于底座12中，但是最经常地通过布置于底座12与切割***件13之间的垫片14支撑所述切割***件。垫片14支撑切割***件13并且保护底座12免于磨损。垫片14以及切割***件13都为可消耗的。
在所示实施例中，切割***件13以及垫片14通过紧固螺钉20附接至刀具主轴箱11。其它紧固或锁定机构也为可应用的并且为技术人员所已知的。进一步地，在所示实施例中，切割***件13包含凸起24，其被布置成容置于垫片14中的相对应的槽口27中，以便相对于垫片14以及最终相对于刀具主轴箱11正确地定位切割***件13。
根据本发明的一个特定实施例，超弹性阻尼器15布置于切割***件13与垫片14之间。然而，超弹性阻尼器15可设置于切割***件13与垫片14之间，或垫片14与底座12之间。超弹性阻尼器15在本发明中可为切割刀具组件中的单独的构件，或者作为表面涂层集成至构件中。还可将超弹性阻尼器15应用于切割***件13的顶部表面以及底部表面上。这对于设置有相似的顶部以及底部表面的切割***件13是有用的，因为它确保靠近于切割***件13将一直存在阻尼层而无论切割***件的哪一侧向上或向下。
切割刀具组件10通常具有最小刚度要求。由此，所应用的超弹性阻尼器15应当具有至少与所述最小刚度要求相当的、或者高于所述最小要求的刚度。为了满足由具有低弹性模量的材料(比如橡胶或聚合物)所制成的超弹性阻尼器15的该刚度要求，需要显著地减小超弹性阻尼器的厚度以确保它的刚度特性。
这样的超弹性材料(例如橡胶以及聚合物)通常具有低摩擦学性能。因此，对于这样的材料，优选地应用表面防护层19，以保护表面完整性以及改进超弹性阻尼器15的摩擦学性能。表面防护层19可为薄金属片，其已经被切割成与切割***件13以及垫片14相同的、具有可适用的表面轮廓的几何结构。在图3和4a-b中所示的实施例中，超弹性阻尼器15以及表面防护层19都被设置成薄金属层，其具有与切割***件13以及垫片14的轮廓匹配的普通的几何结构。因此，超弹性阻尼器15以及表面防护层19分别具有适于容许切割***件13的凸起24接近垫片14中的槽口27的切口25和26。进一步地，所有部件包含用于容许紧固螺钉20通过的中心通孔22。切割***件13的通孔22包含用于容许紧固螺钉20的头的下沉的倒角23，从而正确地定位切割***件13。
超弹性材料15以及表面防护层19都可作为涂层通过其它方式(比如等离子喷涂以及等离子涂层技术)构成。本发明并不涉及应用这样的涂层的方法，而是涉及包括有这样的涂层的制品。涂层方法本身在US 2011/0008576 A1以及EP 2 434 525 A1中被描述。
超弹性阻尼器15可为通过等离子涂层技术所获得的表面涂层，所述等离子涂层技术形成由包括于这样的组中的类型的超弹性材料所制成的复合层：该组包括大部分由具有小于200nm的至少一个内部结构尺寸的纳米晶粒、原子团簇或者长链分子所组成的聚合物、复合物、金属以及金属合金。在一个优选实施例中，所述至少一个内部结构尺寸小于100nm，并且在另一个优选实施例中，所述至少一个内部结构尺寸小于10nm。
材料被表示成弹性模量的刚度优选地介于0.1GPa至550GPa之间，以便确保切割刀具组件的刚性。由超弹性材料所制成的构件应当确保与切割刀具的最小刚度要求相当的刚度，其通常在每微米几牛顿的范围内。超弹性材料的弹性模量越低，构件的厚度必须越厚以确保构件的刚度。构件的外表面面积由超弹性材料将被应用于其的切割刀具的几何尺寸限定。由超弹性材料所制成的构件的内部晶界表面面积与构件与纳米晶粒或长链分子的直径之间的尺寸比成比例。例如，构件可具有10mm×10mm×1mm的尺寸，并且纳米晶粒尺寸可为5nm。在这样的情况下，外表面面积为仅仅240mm2，而构件的内表面面积为6×107mm2，这形成2.5×105的比。
超弹性材料的弹性模量越高，在不超过切割刀具的刚度要求的情况下构件的厚度越高，并且内部晶界表面面积与厚度成正比且与纳米晶粒的尺寸成反比。
纳米晶粒、原子团簇或者分子的尺寸通常低于200nm，以及优选地低于10nm并且材料优选地由复合结构构成。
超弹性材料可被作为涂层、或作为可被组装的独立的部件添加至表面。例如，可通过高速压实提供这样的部件，可通过高速压实获得致密的纳米结构的复合物。垫片或者切割***件自身可由通过高速压实所压实的这样的复合物制成。
通常，要求相似材料的生产工艺具有低的工艺温度以及短的工艺时间，因为纳米内含物倾向于移动以及扩散成团块以及形成更大的晶体。等离子涂层工艺具有低的工艺温度，但是长的工艺时间。高速压实同时地具有低的工艺温度以及短的工艺时间并且具有更大的潜力。
如果通过等离子涂层提供超弹性材料，则基材通常为但不限于碳化钨、碳化硅、任何碳化物材料、或钢。
例如，垫片14或者切割***件13可由超弹性材料制成。一个示例是，构建由与纳米浸渍物混合的碳化钨粉末所制成的垫片14或切割***件13，已经用高速压紧共同地压实所述碳化钨粉末以凝结以及转换成具有超弹性特性的固体。还可在压实或者快速烧结工艺之前通过球磨研磨工艺将碳化钨粉末研磨成纳米大小。
在图5和6中示出一个替代实施例，其中超弹性阻尼器18设置于刀具柄16与刀具接头17之间。与图3和4a-b中所示的实施例相似，超弹性阻尼器18可被布置成布置于刀具柄16与刀具接头17之间的单独的层或者被布置成刀具柄16或刀具接头17上的涂层。在另一个实施例中，刀具柄16由超弹性材料制成。
现在，参考图1，将描述超弹性材料的特征。超弹性阻尼器具有这样的刚度，该刚度在通常低于1000N的切削力的影响下为非线性的。如图1中所示，在切割工艺的入口处存在切削力的突然增加直至切割***件与工件建立完全的且稳定的接触。超弹性阻尼器具有非线性刚度特性，并且它的刚度在压痕力的小振幅下为相对地低的。通过在切割工艺的入口阶段期间在切削力的小振幅下的减小的刚度，超弹性阻尼器充当缓冲件，以使切割***件沿与切削力相同的方向运动以及延长切割工艺的入口的时间范围。切削力增量的斜率将由于超弹性阻尼器而减小并且由切削力的突然增加所施加的冲击波的危害性变得更小。结果，抑制沿切割***件的切割刃的局部破裂，并且延长刀具寿命。
超弹性材料可由橡胶、聚合物、复合物、金属、陶瓷或者合金制成。成为超弹性材料的标准是，内部晶粒大小在至少一个尺寸方面小于200nm。通常，这包含这样的材料，该材料包括具有小于200nm的至少一个内部结构尺寸的晶粒、原子团簇或者长链分子。在一个优选实施例中，所述内部结构尺寸小于100nm、或者甚至小于10nm。
材料内部的小型晶粒在压缩应力或者拉应力下沿晶界具有可恢复的粘弹性流。可恢复的粘弹性流使得能够实现超弹性特性，因为它改变材料的弹性模量。由于可恢复的粘弹性流，负载的显著的量的机械能被立即地转换成热能。
在切割***件的切割刃与工件之间建立完全的接触之后，超弹性阻尼器中所使用的超弹性材料的刚度由于增加的切削力而增加并且保持不变直至切割工艺的出口阶段，如图1中所示。金属切割工艺施加振动能，其在宽频带上激振切割刀具以及机械结构。超弹性材料由于它们的小的晶粒大小(通常小于10nm)而具有大的内部晶界表面，并且所述晶界表面充当振动能传递的阻抗。晶界通过晶界中的原子扩散或者移位的扩散将振动应变能有效地转换成热能。通过低于20nm的减小的晶粒大小，由于每一晶粒或者长链分子内部的移位的所允许的最大数量随低于20nm的减小的晶粒大小而减小，晶界有助于移位的扩散而不是阻止它们。超弹性材料因此执行振动阻尼并且以切割刃的减小的脱落以及剥落、以及改进的表面完整性的形式减小所激发的振动能的有害影响。对终端用户的直接利益是可靠的且可预知的机械加工工艺，金属切割工艺的很好地控制的能量消耗以及由于延长的刀具寿命所引起的减小的生产成本。
在切割工艺的出口阶段处，由于弹性变形的恢复以及在减小的切削力下的减小的刚度，超弹性阻尼器再一次起作用以减小切削力减量的斜率(dF/dt)。切削力减量的减小的斜率减小切割工艺所施加的冲击波能的危害性。
以上已经参考特定实施例描述了本发明。然而，本发明并不限于这些实施例中的任何一个，并且仅仅由以下权利要求的范围限定。

Claims (8)

1.一种切割刀具组件(10)，其包括刀具主轴箱(11)，所述刀具主轴箱(11)具有用于接收切割***件(13)的底座(12)，其特征在于，所述切割刀具组件进一步包括被设置成阻尼振动的超弹性材料(15，18)，所述超弹性材料包括于这样的组中，该组包括大部分由具有小于200nm的至少一个内部结构尺寸的纳米晶粒、原子团簇或者长链分子所组成的聚合物、复合物、金属以及金属合金，其中所述超弹性材料具有介于0.1GPa与550GPa之间的弹性模量，并且所述超弹性材料(15)的层被作为表面涂层设置至所述切割***件(13)和/或至布置于所述底座(12)与所述切割***件(13)之间的垫片(14)。
2.根据权利要求1所述的切割刀具组件(10)，其特征在于，所述超弹性材料(15)被作为阻尼层设置于所述底座(12)与所述切割***件(13)之间。
3.根据权利要求1所述的切割刀具组件(10)，其特征在于，垫片(14)布置于所述底座(12)与所述切割***件(13)之间，所述超弹性材料(15)的层设置于所述垫片(14)与所述切割***件(13)之间。
4.根据权利要求1或3所述的切割刀具组件(10)，其特征在于，垫片(14)布置于所述底座(12)与所述切割***件(13)之间，所述超弹性材料(15)的层设置于所述底座(12)与所述垫片(14)之间。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的切割刀具组件(10)，所述切割刀具组件(10)进一步包括刀具柄(16)以及刀具夹(17)，所述刀具夹(17)被布置成保持所述刀具柄(16)，其中所述刀具柄(16)支撑所述刀具主轴箱(11)，并且一层超弹性材料(18)设置于所述刀具柄(16)与所述刀具夹(17)之间。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的切割刀具组件(10)，其特征在于，所述超弹性材料包括于这样的组中，该组包括大部分由具有小于10nm的至少一个内部结构尺寸的纳米晶粒、原子团簇或者长链分子所组成的聚合物、复合物、金属以及金属合金。
7.一种用于在切割刀具组件(10)中使用的垫片(14)，所述切割刀具组件(10)包括刀具主轴箱(11)，所述刀具主轴箱(11)具有用于接收切割***件(13)的底座(12)，所述垫片(14)被设置成布置于所述底座(12)与所述切割***件(13)之间，并且具有对应于所述底座(12)的形状以及所述切割***件(13)的形状的扁平形状，其中所述垫片在它的平坦的侧中的、面对所述底座(12)或所述切割***件(13)的至少一侧上设置有一层超弹性材料，其中所述超弹性材料包括于这样的组中，该组包括大部分由具有小于200nm的至少一个内部结构尺寸的纳米晶粒、原子团簇或者长链分子所组成的聚合物、复合物、金属以及金属合金，并且其中所述超弹性材料具有介于0.1GPa与550GPa之间的弹性模量。
8.一种用于在切割刀具组件(10)中使用的切割***件(13)，所述切割刀具组件(10)包括刀具主轴箱(11)，所述刀具主轴箱(11)具有用于接收所述切割***件(13)的底座(12)，所述切割***件(13)具有的形状对应于所述底座(12)或者布置于所述底座(12)与所述切割***件(13)之间的垫片(14)的形状，其中所述切割***件(13)在它的侧中的至少一侧上设置有一层超弹性材料，所述至少一侧被布置成面对所述底座(12)或所述垫片(14)，以使得所述一层超弹性材料在所述切割***件(13)与支撑表面之间提供阻尼效应，其中所述超弹性材料包括于这样的组中，该组包括大部分由具有小于200nm的至少一个内部结构尺寸的纳米晶粒、原子团簇或者长链分子所组成的聚合物、复合物、金属以及金属合金，并且其中所述超弹性材料具有介于0.1GPa与550GPa之间的弹性模量。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112238227A (zh) * 2019-07-17 2021-01-19 肯纳金属公司 具有改进的阻尼效果的切割工具固持器
CN117733198A (zh) * 2023-10-25 2024-03-22 浙江西密克轴承股份有限公司 一种高稳定性刀杆及其工作方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3758873B1 (en) * 2018-02-28 2022-04-06 Maq Ab Cutting tool with mass damper
WO2020157340A1 (en) * 2019-02-01 2020-08-06 Bien-Air Holding Sa Method and tool for measuring osseous quality
GB2584296B (en) * 2019-05-28 2022-04-13 Gkn Aerospace Sweden Ab An apparatus and method for machining an aeronautical component

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1038959A (zh) * 1989-06-20 1990-01-24 张邦南 机夹大外圆反切刀具
EP0501410A1 (en) * 1991-02-25 1992-09-02 Mitsubishi Materials Corporation Cutting tool
US6076999A (en) * 1996-07-08 2000-06-20 Sandvik Aktiebolag Boring bar
JP2003062758A (ja) * 2001-08-24 2003-03-05 Enomoto Co Ltd 略円柱状回転工具
CN1424950A (zh) * 2000-01-20 2003-06-18 钴碳化钨硬质合金公司 抑制振动的可调谐钻杆及其方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3292237A (en) * 1963-09-19 1966-12-20 Universal American Corp Vibration damping means for tools
JPH0570807U (ja) * 1991-02-25 1993-09-24 三菱マテリアル株式会社 切削工具
JP2549492Y2 (ja) * 1991-02-25 1997-09-30 三菱マテリアル株式会社 切削工具
US5226489A (en) * 1992-01-10 1993-07-13 Kennametal Inc. Insert spacer assembly
IL104273A (en) * 1992-12-30 1996-01-31 Iscar Ltd Double faced cutting insert
JPH07290305A (ja) * 1994-04-25 1995-11-07 Kobe Steel Ltd ボーリングバー
SE525231C2 (sv) * 2001-06-14 2005-01-11 Chemfilt R & D Ab Förfarande och anordning för att alstra plasma
JP2004202649A (ja) * 2002-12-26 2004-07-22 Sumitomo Electric Ind Ltd 切削工具
US8454274B2 (en) * 2007-01-18 2013-06-04 Kennametal Inc. Cutting inserts
US7883299B2 (en) * 2007-01-18 2011-02-08 Kennametal Inc. Metal cutting system for effective coolant delivery
US8460763B2 (en) * 2007-03-01 2013-06-11 Plasmatrix Materials Ab Method for enhancing dynamic stiffness
SE532721C2 (sv) * 2007-10-01 2010-03-23 Mircona Ab Produkt med vibrationsdämpande keramisk beläggning för spånavskiljning vid materialbearbetning samt metod för dess tillverkning
US20180282845A1 (en) * 2017-03-29 2018-10-04 Yonsei University, University-Industry Foundation (UIF) Metal alloy composition, method of fabricating the same, and product comprising the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1038959A (zh) * 1989-06-20 1990-01-24 张邦南 机夹大外圆反切刀具
EP0501410A1 (en) * 1991-02-25 1992-09-02 Mitsubishi Materials Corporation Cutting tool
US6076999A (en) * 1996-07-08 2000-06-20 Sandvik Aktiebolag Boring bar
CN1424950A (zh) * 2000-01-20 2003-06-18 钴碳化钨硬质合金公司 抑制振动的可调谐钻杆及其方法
JP2003062758A (ja) * 2001-08-24 2003-03-05 Enomoto Co Ltd 略円柱状回転工具

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112238227A (zh) * 2019-07-17 2021-01-19 肯纳金属公司 具有改进的阻尼效果的切割工具固持器
CN117733198A (zh) * 2023-10-25 2024-03-22 浙江西密克轴承股份有限公司 一种高稳定性刀杆及其工作方法

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