CN110944778A - 具有切屑形成装置的负型精加工车削刀片 - Google Patents

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Abstract

用于加工铬镍铁合金和钛工件的车削刀片(10)。刀片(10)包括切屑形成装置，该切屑形成装置仅包括单个v形的凹槽。该凹槽具有特定的深度和位置，以改善对铬镍铁合金和钛工件的加工。

Description

具有切屑形成装置的负型精加工车削刀片
技术领域
本申请的主题涉及一种用于加工操作的刀片、特别是包括用于精加工深度的加工操作的切屑形成装置的负型(negative)车削刀片。更具体而言，对切屑形成装置进行优化以加工难以加工的具有高传热性能的材料。
背景技术
这种特定应用涉及负型刀片，即，刀片具有垂直于与之连接的一个或多个前刀面延伸的外周表面。应理解的是，本申请的整个焦点在于切屑形成，并且如本领域中所已知的，负型刀片和非负型刀片即使在工具中安装成相对于工件呈现相同的刀片角度也形成不同的切屑。负型刀片在本领域中是众所周知的，并且在ISO标准中用字母“N”归类。
更具体而言，切屑形成装置用于精加工深度(在下文中简称为“精加工”)的加工，出于本申请的目的，这种加工被认为具有达到2.5mm的切削深度。在深度更大时，即使按比例扩大，也不能期望相同的切屑形成装置提供相同的有益性能。
将本申请的切屑形成装置相对于几种其他设计进行了比较测试，几种其他设计中的一些设计不是基于现有技术的切屑形成装置，这将在下文中详细讨论。
本发明的目的是提供一种新的和改进的切屑形成装置。
发明内容
出于针对加工铬镍铁合金和钛工件进行最佳执行的不同寻常的目的，已经开发出了根据本申请的主题的切屑形成装置。值得注意的是，尽管铬镍铁合金和钛具有相似的高传热性能，但是它们在加工时仍具有显著不同的性能。详细地说，在测试的几种设计中，要求保护的设计在加工铬镍铁合金时的性能比其他设计差，并在加工钛时的性能也比某些设计差，但是就加工这两种材料时的平均性能而言，比所有设计都好(考虑到切屑形成、在相对较小的切削深度下的刀片寿命、在相对较大的切削深度下的刀片寿命的因素)。
根据本申请的主题的第一方面，提供了一种包括切屑形成装置的车削刀片，切屑形成装置仅包括单个v形的凹槽。凹槽被构造用于铬镍铁合金和钛工件的精加工深度的加工。
更确切而言，刀片包括：相对的第一表面和第二表面；在外周延伸的外周表面，该外周表面连接第一表面和第二表面并垂直于第一表面和第二表面延伸；外周刃，该外周刃形成在外周表面与第一表面的相交处，外周刃具有至少一个拐角，该拐角包括圆角；切削刃，该切削刃沿着外周刃的至少一部分形成，并沿着圆角以及第一刃部分和第二刃部分延伸，第一刃部分和第二刃部分连接至拐角的不同侧面并从该不同侧面延伸；二等分平面，该二等分平面垂直于第一表面和第二表面并二等分圆角；二等分点，该二等分点限定在切削刃和二等分平面的相交处；水平平面，该水平平面垂直于外周表面并与二等分点相交；朝下方向，该朝下方向从水平平面垂直指向第二表面；朝上方向，该朝上方向与朝下方向相反；朝内方向，该朝内方向从二等分平面和外周表面的相交处指向刀片；以及切屑形成装置，在俯视图中，切屑形成装置形成在第一表面处，与切削刃相邻，并且由在圆角的两侧延伸的单个连续的v形的凹槽组成；凹槽包括：与圆角相邻的弯曲凹槽部分和连接至该弯曲凹槽部分的两侧的两个笔直延伸部分；直接从切削刃在朝下朝内的方向上延伸至凹槽的最低点的下降表面；以及从最低点在朝上朝内的方向上延伸至最高点的上升表面；其中，沿着二等分平面：最低点与二等分点相距第一水平距离D1，该第一水平距离满足0.50mm≤Dl≤1.20mm的条件；最低点是从水平平面向下相距第一垂直距离H1，该第一垂直距离满足0.15mm≤H1≤0.30mm的条件；并且最高点与二等分点相距第二水平距离D2，该第二水平距离满足1.10mm≤D2≤1.70mm的条件。
如下面参照所测试的其他设计所表明的，在上述元件的具***置即使改变较小的量的情况下，即使是外观相似的切屑形成装置也表现出惊人的不同。
优选地，第一水平距离D1满足0.70mm≤D1≤1.10mm的条件。更优选的值更接近Dl＝0.85mm。
优选地，垂直距离H1满足0.20mm≤H1≤0.30mm的条件。更优选的值更接近H1＝0.25mm
优选地，第二水平距离D2满足1.20mm≤D2≤1.60mm的条件。更优选的值更接近D2＝1.40mm。出于说明书和权利要求书的目的，第二水平距离D2可以包括单个上升表面的弯曲部分和笔直部分，它们在使用精加工条件进行加工时参与切屑形成。本设计的下降表面和上升表面被构造成以精加工条件加工时参与切屑形成的仅有表面。下面将针对不同的示例性要素(台肩(land)、水平延伸的切削刃长度、到抵接表面的过渡后刀面(reliefsurface))进行详细说明。
优选地，与沿着除二等分平面以外的平面截取的对比距离相比，第二水平距离D2是最大距离。优选地，v形的凹槽沿着二等分平面最宽(即，具有最大水平距离D2)，并且在远离弯曲凹槽部分的方向上沿着凹槽的笔直延伸部分的至少一部分逐渐变窄。
优选地，切屑形成装置关于二等分平面对称。
优选地，上升表面沿着二平分平面以平滑凹进的方式延伸。
优选地，下降表面的大部分沿着二等分平面以笔直的方式延伸。
优选地，最高点位于水平平面上方。
优选地，最高点与最低点相距第二垂直距离H2，该第二垂直距离满足H2等于H1±0.05mm(H2＝H1±0.05mm)的条件。
优选地，最高点在水平平面的0.1mm内。
优选地，最高点在水平平面上方。
优选地，切削刃具有圆形半径，具体地，优选E型磨光形状。换言之，切削刃优选可以被磨光成圆角形。
优选地，与沿着除二等分平面以外的平面截取的对比距离相比，第一垂直距离H1可以是最大距离。优选地，v形的凹槽可以沿着二等分平面最深(即具有最大的第一垂直距离H1)，并且在远离弯曲凹槽部分的方向上沿着凹槽的笔直延伸部分的至少一部分逐渐变浅。
优选地，v形的凹槽沿着二等分平面(P1)最宽，并且在远离弯曲凹槽部分的方向上沿着凹槽的笔直延伸部分的至少一部分逐渐变窄。
优选地，与切屑形成装置相邻的切削刃平行于水平平面延伸。应理解的是，与上面的其他特征一样，该特征仅涉及精加工深度的刀片工作的工作区域。因此，更确切而言，可以说，与切屑形成装置相邻的切削刃在距二等分点2.5mm的水平距离内平行于水平平面延伸。详细地说，比该距离更远的话，就与切屑形成装置没有关系。
优选地，刀片具有一个或多个附加切屑形成装置，该附加切屑形成装置具有相同的特征，但是形成在不同的位置，例如形成在第二表面上。例如，可以在第一表面和第二表面的每个拐角处都形成具有与上述切屑形成装置相同特征的切屑形成装置。
应理解的是，“直接从切削刃延伸的下降表面”的表述应理解为是指该下降表面或换言之切屑形成装置没有台肩。出于说明书和权利要求书的目的，仅在台肩具有至少0.1mm的水平尺寸时才认为是台肩，因为比该尺寸小的尺寸不会对切屑形成产生明显的不利影响。
附图说明
为了更好地理解本申请的主题，并示出如何在实践中实施本申请的主题，现在参照附图，其中：
图1A是根据本申请的主题的包括切屑形成装置的刀片的俯视图；
图1B是图1A中的刀片的侧视图；
图1C是图1A中的圆圈部分IC的放大图；
图1D是图1B中的圆圈部分ID的放大图；
图2A是沿着图1C的线B-B截取的截面；
图2B是沿着图1C的线X-X截取的截面；以及
图3A至图3G是对比设计的沿着二等分线截取的截面。
具体实施方式
参照图1A和图1B，示出了用于加工操作的精加工车削刀片10。刀片10通常由极硬且耐磨的材料制成，例如硬质合金。
刀片10可包括相对的第一表面12和第二表面14以及连接至第一表面12和第二表面14的在外周延伸的外周表面16。在该非限制性例子中，第一表面12和第二表面14是相同的，因此将仅描述第一表面12。
刀片10包括至少一个拐角18A、18B、18C、18D。
刀片10包括与拐角18A和第一表面12相关联的至少一个切屑形成装置20。除非另有说明，否则以下描述将仅针对一个切屑形成装置(即，用数字“20”表示的装置)，但是应理解的是，刀片10的在第一表面12和第二表面14中的任一个或两个处的每个拐角均可具有对应的切屑形成装置。
总之，在本例子中，刀片10在其每个拐角上以及每个拐角的第一表面12和第二表面14处都具有对应的切屑形成装置，即，八个这样的装置。还应理解的是，第一表面12(和在所示的例子中的第二表面14)是前刀面，从被切削的工件(未被示出)上切下的切屑(未被示出)流过前刀面。
将理解的是，外周表面16构成刀片10的后刀面。如图所示，外周表面16垂直于第一表面12和第二表面14延伸。换言之，刀片10是所谓的负型刀片。
参照图1C和图1D，拐角18A可限定圆角C。更确切而言，在第一表面12的俯视图中，圆角C是沿着拐角18A的内切圆I的弧形部分。
参照图1A至图1D，在第一表面12和外周表面16之间形成有外周刃21。切削刃22沿着外周刃21的至少一部分形成，并且可以包括第一子切削刃22A和第二子切削刃22B以及第三子切削刃22C，该第三子切削刃沿着拐角18A延伸并连接至第一子切削刃22A和第二子切削刃22B。
第三子切削刃22C与第一子切削刃22A和第二子切削刃22B的第一连接点24A和第二连接点24B(图4)位于拐角18A的弯曲过渡到笔直的第一子切削刃22A和第二子切削刃22B的位置。
在图1C中，示出了沿着线B-B延伸的二等分平面P1。二等分平面P1垂直于第一表面12和第二表面14，并且二等分圆角C(即，理论上将拐角18A分成相等的半部)。如图所示，切屑形成装置20优选可以关于二等分平面P1对称。
理论上，二等分点P定义在切削刃和二等分平面P1的相交处。
朝内方向DI被定义为从二等分平面B和外周表面16的相交处指向刀片10。
水平平面H(图1D)垂直于外周表面16延伸并且与二等分点P相交。在同一图中，可以理解的是，切削刃22平行于水平平面H延伸。
朝下方向DD被定义为从水平平面H垂直指向第二表面14。朝上方向DU被定义为与朝下方向DD相反。
如图1C中最佳所示，在拐角18A处，切屑形成装置20仅包括在圆角C的两侧延伸的单个连续的v形的凹槽28。详细地说，在俯视图(图1C)中观察时，显示v形状。类似于切削刃22，凹槽28包括沿着相邻的第一子切削刃22A和第二子切削刃22B延伸的两个笔直延伸部分28A、28B以及与第三子切削刃22C相邻的弯曲凹槽部分28C。
在图2A中看出，在截面中，凹槽28包括直接从切削刃22延伸的下降表面30以及上升表面32。
参照图2A，示出了下降表面30在朝下方向DD和朝内方向DI(也称为朝下朝内方向)上延伸至凹槽28的最低点34(即，被认为是最接近二等分点P的最低点)，并且上升表面32从最低点34在朝上方向DU和朝内方向DI(也称为朝上朝内方向)上从最低点34延伸至最高点36。尽管在抵接表面40与最高点36之间存在过渡部分38，但是最高点36是切屑形成装置20的参与切屑形成的最后部分。详细地说，过渡部分38不具有切屑形成功能，因此在描述切屑形成装置20时被忽略。
值得注意的是，下降表面30直接在朝下朝内方向上延伸，而最初不在图3F和图3G中的元素38A和38B所示的朝内方向DI上延伸。换言之，本切屑形成装置20没有台肩。话虽如此，出于本申请的目的，元素38A和38B也不被认为是台肩，因为尽管它们在朝内方向DI上延伸，但是它们缺乏显著影响切屑形成的足够尺寸，这样的尺寸被认为是0.1mm或更大。换言之，出于本申请的目的，除非其为至少0.1mm或更大，否则不能将与切削刃相邻的结构视为“台肩”。如图所示，下降表面30以笔直的方式延伸直到接近最低点34。
最低点34沿着二等分平面P1与二等分点P相距第一水平距离D1。在该优选实施方式中，条件D1为0.85mm。
最高点36沿着二等分平面P1与二等分点P相距第二水平距离D2。在该优选实施方式中，第二水平距离D2＝1.40mm。值得注意的是，在图2B中，对比距离D2’等于0.94mm。类似地，在所有其他截面中，D2大于对比距离也成立。因此，应理解的是，与对比距离(D2’是示例性的对比距离)相比，第二水平距离D2是最大距离。再说一遍，v形的凹槽28沿着二等分平面P1最宽。此外，v形的凹槽28优选可在远离弯曲凹槽部分2C的方向上沿着凹槽的笔直延伸部分28A、28B的至少一部分逐渐变窄。
抵接表面40与二等分点相距第三水平距离D3。在该优选实施方式中，D3＝1.84mm。
最低点34是从水平平面H向下相距第一垂直距离H1。在该优选实施方式中，H1＝0.25mm。
最高点36与最低点34相距第二垂直距离H2。在该优选实施方式中，H2＝0.30mm。
从水平平面朝上到抵接表面40限定第三垂直距离H3。在该优选实施方式中，H3＝0.10mm。
从水平平面朝上到过渡部分38(在最高点36与抵接表面40之间延伸)的最低点限定第四垂直距离H4。在该优选实施方式中，H4＝0.05mm。尽管如此，将理解的是，过渡部分38是可选的。
为了完整起见，图2B中的值是：D1’＝0.47mm；D2’＝0.94mm；D3’＝1.32mm；H1’＝0.2mm；H3’＝0.1mm；H4’＝0.04mm；并且H2’＝H1’+H4’＝0.24mm。因此，应理解的是，与对比距离(H1’＝0.20mm，是示例性的对比距离)相比，第一垂直距离H1(＝0.25mm)是最大距离。
上述切屑形成装置20被开发出来并相对于几种类似的对比设计总体上性能最好，图3A至图3G中示出了其二等分截面。下表中示出了其对比值。
图2A 图3A 图3B 图3C 图3D 图3E 图3F 图3G
H1 0.25 0.05 0.14 0.09 0.04 0.14 0.07 0.09
H2 0.30 0.15 0.24 0.12 0.14 0.26 0.20 0.15
H3 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.12 0.13 0.06
D1 0.85 0.19 0.48 0.32 0.15 0.42 0.41 0.41
D2 1.40 1.69 1.87 0.51 1.30 1.89 1.53 2.01
下面是关于表的解释性说明。
第二垂直距离H2在所有附图中均未示出，但是被计算为第一垂直距离H1和第三垂直距离H3的和。值得注意的是，该计算对于图2A和图3C是不准确的，因此示出并提供了该距离。
在图3A和图3D所示的例子中，切屑将通过沿着两个相对较浅的凹槽滚动而形成，因此第二水平距离D2延伸至如图所示。相比之下，在图2A和图3C中，切屑形成已经在初始上升表面的末端结束(因此结束了切屑形成装置的功能区域)，因此第一垂直距离H1的位置如图所示。因此，在图2A和图3C中，第一垂直距离H1和第三垂直距离H3之和不等于第二垂直距离H2。
因此，在图3A和图3D中，尽管由于两个双凹槽的结构与所要求保护的概念不同而造成在类比上存在困难，但是尺寸根据第一凹槽计算。总之，已经提供了它们来证实对这样的设计进行了测试。总之，在两个例子中，第二凹槽的高度均显著小于0.15mm，这是所要求保护的范围的下限值。
执行了对铬镍铁合金和钛的测试结果的比较，该比较考虑到了切屑形成(或控制)、在相对较小的切削深度和相对较大的切削深度下的刀片寿命。
本设计(图2A)在所有测试的类型方面均明显优于图3A中的对比设计。
本设计(图2A)在刀片寿命(以大切削深度加工铬镍铁合金)和切屑控制(加工钛)的类型方面明显优于图3B中的对比设计。
本设计(图2A)在刀片寿命(以大切削深度加工铬镍铁合金)的类型方面明显优于图3C中的对比设计。
本设计(图2A)在刀片寿命(以大切削深度加工铬镍铁合金)和切屑控制(加工钛)的类型方面明显优于图3D中的对比设计。
本设计(图2A)在刀片寿命(以大切削深度加工铬镍铁合金和钛)和切屑控制(加工钛)的类型方面明显优于图3E中的对比设计。
本设计(图2A)在刀片寿命(以小切削深度和大切削深度加工铬镍铁合金)和切屑控制(加工钛)的类型方面明显优于图3F中的对比设计。
本设计(图2A)在刀片寿命(以大切削深度加工铬镍铁合金以及以小切削深度和大切削深度加工钛)和切屑控制(加工钛)的类型方面明显优于图3G中的对比设计。
总而言之，本设计在用于以大切削深度加工铬镍铁合金的所有设计中具有最佳性能，并且在钛加工的切屑控制方面除了一个设计之外优于所有其他设计(性能接近第二)。虽然其他值通常等于对比设计，有时甚至更低，但本设计的上述所有标准的总体平均结果是最高的。

Claims (19)

1.一种车削刀片，包括：
相对的第一表面和第二表面；
在外周延伸的外周表面，其连接所述第一表面和所述第二表面并垂直于所述第一表面和所述第二表面延伸；
外周刃，其形成在所述外周表面与所述第一表面的相交处，所述外周刃具有至少一个拐角，所述拐角包括圆角；
切削刃，其沿着所述外周刃的至少一部分形成，并沿着所述圆角以及第一刃部分和第二刃部分延伸，所述第一刃部分和所述第二刃部分连接至所述拐角的不同侧面并从所述不同侧面延伸；
二等分平面P1，其垂直于所述第一表面和所述第二表面并二等分所述圆角；
二等分点P，其限定在所述切削刃和所述二等分平面的相交处；
水平平面，其垂直于所述外周表面并与所述二等分点相交；
朝下方向，其从所述水平平面垂直指向所述第二表面；
朝上方向，其与所述朝下方向相反；
朝内方向，其从所述二等分平面与所述外周表面的相交处指向所述刀片；以及
切屑形成装置，在俯视图中，所述切屑形成装置形成在所述第一表面处，与所述切削刃相邻，并且由在所述圆角的两侧延伸的单个连续的v形的凹槽组成；
所述凹槽包括：
与所述圆角相邻的弯曲凹槽部分和连接至所述弯曲凹槽部分的两侧的两个笔直延伸部分；
直接从所述切削刃在朝下朝内的方向上延伸至所述凹槽的最低点的下降表面；以及
从所述最低点在朝上朝内的方向上延伸至最高点的上升表面；
其中，沿着所述二等分平面：
所述最低点与所述二等分点相距第一水平距离D1，该第一水平距离满足0.50mm≤Dl≤1.20mm的条件；
所述最低点是从所述水平平面向下相距第一垂直距离H1，该第一垂直距离满足0.15mm≤H1≤0.30mm的条件；并且
所述最高点与所述二等分点相距第二水平距离D2，该第二水平距离满足1.10mm≤D2≤1.70mm的条件。
2.根据权利要求1所述的刀片，其中，所述第一水平距离D1满足0.70mm≤D1≤1.10mm的条件。
3.根据权利要求1或2所述的刀片，其中，所述垂直距离H1满足0.20mm≤H1≤0.30mm的条件。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的刀片，其中，所述第二水平距离D2满足1.20mm≤D2≤1.60mm的条件。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的刀片，其中，所述切屑形成装置关于所述二等分平面对称。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的刀片，其中，所述上升表面沿着所述二等分平面以平滑凹进的方式延伸。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的刀片，其中，所述下降表面的大部分沿着所述二等分平面以笔直的方式延伸。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的刀片，其中，所述最高点位于所述水平平面上方。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的刀片，其中，所述最高点与所述最低点相距第二垂直距离H2，该第二垂直距离满足H2＝H1±0.05mm的条件。
10.根据权利要求9所述的刀片，其中，所述最高点在所述水平平面的0.1mm内。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的刀片，其中，与沿着除所述二等分平面以外的平面截取的对比距离相比，所述第二水平距离D2是最大距离。
12.根据权利要求11所述的刀片，其中，所述v形的凹槽沿着所述二等分平面(P1)最宽，并且在远离所述弯曲凹槽部分的方向上沿着所述凹槽的笔直延伸部分的至少一部分逐渐变窄。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的刀片，其中，所述切削刃具有圆形半径。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的刀片，其还包括具有相同特征但形成在所述第二表面处的附加切屑形成装置。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的刀片，其在所述第一表面和所述第二表面的每个拐角处均包括具有与权利要求1中限定的切削形成装置相同特征的切屑形成装置。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的刀片，其中，与所述切屑形成装置相邻的所述切削刃平行于所述水平平面延伸。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的刀片，其中，与沿着除所述二等分平面以外的平面截取的对比距离相比，所述第一垂直距离H1为最大距离。
18.根据权利要求17所述的刀片，其中，所述v形的凹槽沿着所述二等分平面(P1)最深，并且在远离所述弯曲凹槽部分的方向上沿着所述凹槽的笔直延伸部分的至少一部分逐渐变浅。
19.根据权利要求18所述的刀片，其中，所述v形的凹槽沿着所述二等分平面(P1)最宽，并且在远离所述弯曲凹槽部分的方向上沿着所述凹槽的笔直延伸部分的至少一部分逐渐变窄。
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