CN111421173A - 坯体以及具有螺旋状超硬材料前刀面的切削工具 - Google Patents
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Abstract
一种坯体,由超硬材料制成,用于固定在基体上,而能被加工成刀具切削刃部,其包括第一侧面和第二侧面,均以设定的螺旋角发生扭转。将坯体固定于基体后,加工成用于切削的刃部,如:主切削刃和中心部切削刃,位于同一件超硬材料制成的坯体上。将本发明的坯体应用于刀具切削刃的加工,在回转中心上具有超硬材料形成的连续且完整的中心部切削刃,与现有刀具相比,不仅提高加工的精度和加工效率,还使得中心的强度提高,在实施切削加工中的寿命延长,使得刀具的整体切削性能得到显著提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种切削工具,尤其涉及一种具有螺旋状超硬材料前刀面的切削工具。
背景技术
聚晶金刚石(PCD)刀具和立方氮化硼(CBN)刀具为难加工材料的切削难题提供了解决方案。
立方氮化硼(CBN或PCBN)是一种人工合成材料,其硬度仅次于金刚石,具有良好的高温稳定性(在加工淬硬黑色金属和超级合金材料时,会产生很高的温度)。不同设计的CBN刀具被用于对淬硬黑色金属进行连续或断续切削,以及切削加工焊接金属和复合金属。
PCD刀具是将PCD材料焊接于刀体上制成。一般情况下,将PCD材料于基体材料一起在高温高压下利用金属基粘结剂对金刚石颗粒进行烧结而生产出来的。PCD刀尖可通过放电加工或激光进行切割,并焊接到硬质合金或钢基体上,然后通过刃磨形成 PCD刀具,这种刀具在高速加工有色金属(如:铝)以及高磨蚀性合成材料和塑料时特别有效。PCD刀具被广泛应用于铣削有色金属、复合材料、塑料以及极其难加工的超级合金。
由于PCD和CBN的特性,一般难以通过常见的磨削方法实施加工,尤其是无法制造完整的螺旋刃刀具,而是使用多件贴片拼接成一条不连续的螺旋刃。
对于钻头和球刀而言,中心刃(又称齿隙或横刃)位于刀具旋转中心,在切削中扮演重要角色,由于中心刃回转半径小,线速度低,前后角角度难以控制,其质量对刀具寿命和加工尤其重要。
螺旋角对刀具切削性能的发挥亦至关重要,大量文献资料表明,具有螺旋角的刀具的切削性能更胜一筹。对于超硬材料刃部的刀具,如何获得具有螺旋角的超硬材料切削刃和超硬材料中心刃部是刀具制造行业不断探索的重点方向。
比如:将超硬材料贴合于旋转中心的两侧,制成贴片刀具,这类刀具采用倾斜贴片的方法,类似于微分学,将弧线分为若干段直线,利用短刃长时(如:刃长不超过 10mm)15°以内刃倾角和螺旋角差异小的特点,可以获得不超过15°的近似螺旋角刀刃的刃倾角刀刃。该技术的问题在于,在刃长不变的情况下随着刃倾角加大,或者在刃倾角不变的情况下随着刃长变长,倾斜贴片的方法将不断减弱刀具芯厚,直至刀具完全失去刚性,同时一个刀槽需要安装一枚形成刃的超硬材料贴片,因此不仅无法制作大于15°螺旋或刃倾的角度,也无法将超硬材料用于刀具的中心刃;
为了同时获得理想的由超硬材料构成的中心刃和螺旋主切削刃,另如:材料螺旋烧结法(英国元素六公司)和整体焊接烧蚀法(瑞士伊瓦格公司)。概括而言,螺旋烧结法就是将未烧结超硬材料的粉料填入预先加工了螺旋状凹槽的毛坯内后再对毛坯和超硬粉料同时烧结以形成螺旋状的超硬刃部毛坯,通过对该烧结毛坯进行加工以生成具有螺旋刃的刀具,该方案的主要缺点是刀具形状受烧结毛坯形状限制,不能任意控制螺旋角参数。整体焊接烧蚀法是将整个超硬材料构成的圆柱形材料整体焊接于刀具先端并对其进行减材加工来直接获得螺旋槽和螺旋刃部,加工一般由激光进行,该方案的主要缺点是需要消耗大量的超硬材料,由此制备成本亦高。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种坯体,将其安装于基体制成刀具,能根据刀具的设计要求,任意控制螺旋角参数。
本发明的另一个目的在于提供一种坯体,减少超硬材料的用量,降低刀具的制造成本。
本发明的再一个目的在于提供一种坯体,将其安装于基体制成刀具,在同一件超硬材料上加工成连续的切削刃,以利于切削加工,改善表面质量。
本发明的又一个目的在于提供一种切削工具,其能具有大于15°螺旋状超硬材料前刀面,便于形成连续的中心部切削刃,以利于切削加工实施,提高刀具的寿命。
本发明的第五个目的在于提供一种切屑工具,其具有连续的超硬材料中心刃和能具有大于15°螺旋角的超硬材料切削刃,提高加工的精度和加工效率,以及提高刀具的寿命。
超硬材料如:金属陶瓷、金刚石(尤其是人造聚晶金刚石)和立方氮化硼,或者硬质合金与金属陶瓷、金刚石和立方氮化硼之一种或几种的形成的复合材料。
切削工具,对物料进行切割的工具,在工业中,也称刀具,如:用于孔加工和成型加工等的钻头、铣刀和铰刀等的总称。
一种坯体,由超硬材料制成,用于固定在基体上,而能被加工成刀具切削刃部,其包括第一侧面和第二侧面,均以设定的螺旋角发生扭转。
一种坯体具体实施方式,其呈板状,厚度大于0.3mm,且小于或等于4mm,长度大于4mm,且小于或等于20mm,宽度大于4mm,且小于等于20mm。
另一种坯体具体实施方式,其呈板状,其厚度大于0.3mm,且小于或等于2mm,长度大于4mm,且小于或等于16mm,宽度小于等于4mm。
将坯体固定于基体后,加工成用于切削的刃部,如:主切削刃和中心部切削刃,位于同一件超硬材料制成的坯体上。
坯体还包括第三面,与第一侧面和第二侧面相交,如:平面、曲面或折面。坯体安装于基体上后,第三面位于沿刀具进给的方向的先端,由同一件超硬材料制成。
采用具有回转轴的机床对超硬材料实施切割,获得本发明的坯体。
为便于刀具的加工,坯体第一螺旋面与第二螺旋面通常平行设置。螺旋面由平面扭转而得,即以相同的角度实施截取,而得到的任意截面面积相等。
一种刀具,包括:
坯体,由超硬材料制成,呈板状,包括第一板面和第二板面,第一板面至少包括第一螺旋面,第一板面至少包括第二螺旋面;
基体,其包括本体和一条纵向轴线,本体绕纵向轴线回转,本体的一端设置为可安装到旋转机械上的柄部,另一端设置加工成切削部,用于实施切削加工,切削部包括一个螺旋状沿径向横亘的槽体。
将坯体与槽体装配(如:焊接或粘接),之后在坯体上加工形成靠近所述纵向轴线的具有前刀面和后刀面的中心部切削刃,以及具有前刀面和后刀面的主切削刃。
主切削刃部由连续且完整的超硬材料形成,具有螺旋状前刀面(如:大于15°),中心部切削刃则由同一块完整的超硬材料形成,横亘于回转中心。
本发明技术方案实现的有益效果:
本发明提供的刀具,与现有技术相比,获得了由连续且完整的超硬材料形成的主切削刃,能够制得大于15°螺旋状前刀面,更利于切削加工,比如:显著降低切削力,改善排屑,延长刀具寿命和改善表面质量等。
本发明提供的刀具,在回转中心上具有超硬材料形成的连续且完整中心部切削刃,与现有刀具相比,不仅提高加工的精度和加工效率,还使得中心的强度提高,在实施切削加工中的寿命延长,使得刀具的整体切削性能得到显著提高。
与材料螺旋烧结法相比,本发明的技术方案制取的刀具,其形状不受烧结毛坯形状限制,能根据刀具的设计要求,任意控制螺旋角参数。
与整体焊接烧蚀法相比,本发明的技术方案制取的刀具,可以大大减少超硬材料的使用,而降低了刀具的制造成本。
附图说明
图1为用于本发明坯体一实施例的示意图;
图2为图1所示坯体一角度的示意图;
图3为图1所示坯体另一角度的示意图;
图4为用于本发明坯体另一实施例的示意图;
图5为图4所示坯体一角度的示意图;
图6为图4所示坯体另一角度的示意图;
图7为用于本发明坯体一实施例的示意图;
图8为图7所示坯体一角度的示意图;
图9为图7所示坯体另一角度的示意图;
图10为用于本发明刀具的基体一实施例的示意图;
图11为本发明刀具一实施例的示意图;
图12为本发明刀具另一实施例的示意图;
图13为本发明刀具另一实施例的示意图。
具体实施方式
以下结合附图详细描述本发明的技术方案。本发明实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
图1为用于本发明刀具的坯体一实施例的示意图,图2为图1所示坯体一角度的示意图,图3为图1所示坯体另一角度的示意图。如图1、图2和图3所示,采用具有回转轴的机床对超硬材料实施切割获得坯体100,其整体呈板状,包括第一侧面(或称板面)110和第二侧面(或称板面)120,均以设定的螺旋角发生扭转。具体的,通过转换超硬材料复合片的装夹方式,采用从侧面进刀切割,边切割边旋转复合片的螺旋切割方式来获得具有螺旋状侧面的坯体。
坯体还包括一个平面130,形状为平面,其与第一侧面110和第二侧面120相交。类似的,第三平面130也可采用曲面或折面,如:图4、图5、图6、图7、图8和图 9所示,以利于后续在切削刃加工中的应用。本实施例中,板体厚度大于0.3mm,且小于或等于4mm,长度大于4mm,且小于或等于20mm,宽度大于4mm,且小于等于 20mm。
图10为用于本发明刀具的基体一实施例的示意图,如图10所示,基体200包括本体210和一条纵向轴线220,本体210绕纵向轴线220回转,本体210的一端设置为可安装到旋转机械上的柄部211,另一端设置加工成切削部212,用于实施切削加工,切削部212包括一个螺旋状沿径向横亘的槽体230。结合图1、图2、图3和图10,如图11所示,将坯体100与槽体230装配并经焊接或粘接固定得到用于制作刀具的坯料,之后在坯体100上加工形成靠近纵向轴线的具有前刀面和后刀面的中心部切削刃310,以及具有前刀面和后刀面的主切削刃320。主切削刃320由连续且完整的超硬材料形成,具有螺旋状前刀面(如:大于15°),中心部切削刃310则由同一块完整的超硬材料形成,横亘于回转中心。
图12为本发明刀具另一实施例的示意图,图13为本发明刀具另一实施例的示意图。结合图4、图5、图6、图7、图8和图9所示,如图12和图13所示,改变坯体 100第三面的形态,如:但不限于曲面或折面,就能按需求加工各型刀具,比如:球头刀具。
Claims (8)
1.一种坯体,由超硬材料制成,其特征在于用于固定在基体上,而能被加工成刀具切削刃部,其包括第一侧面和第二侧面,均以设定的螺旋角发生扭转;
所述的刃部包括主切削刃和中心部切削刃,位于同一件超硬材料制成的坯体上。
2.根据权利要求1所述的坯体,其特征在于还包括第三面,与所述的第一侧面和第二侧面相交,处于沿刀具进给的方向的先端,由同一件超硬材料制成。
3.根据权利要求2所述的刀具,其特征在于所述的第三面为平面、曲面或折面。
4.根据权利要求1所述的刀具,其特征在于所述坯体呈板状,其厚度大于0.3mm,且小于或等于4mm,长度大于4mm,且小于或等于20mm,宽度大于4mm,且小于等于20mm。
5.根据权利要求1所述的刀具,其特征在于所述坯体呈板状,其厚度大于0.3mm,且小于或等于2mm,长度大于4mm,且小于或等于16mm,宽度小于等于4mm。
6.一种切削工具,其特征在于包括:
坯体,由超硬材料制成,呈板状,包括第一板面和第二板面,第一板面至少包括第一螺旋面,第一板面至少包括第二螺旋面;
基体,其包括本体和一条纵向轴线,本体绕纵向轴线回转,本体的一端设置为可安装到旋转机械上的柄部,另一端设置加工成切削部,用于实施切削加工,切削部包括一个螺旋状沿径向横亘的槽体;
将坯体与槽体装配,之后在坯体上加工形成靠近所述纵向轴线的具有前刀面和后刀面的中心部切削刃,以及具有前刀面和后刀面的主切削刃;
主切削刃部由连续且完整的超硬材料制成,具有螺旋状前刀面,中心部切削刃部由同一块完整的超硬材料制成,横亘于回转中心。
7.根据权利要求6所述的切削工具,其特征在于所述的坯体采用具有回转轴的机床对超硬材料实施切割获得。
8.根据权利要求6所述的切削工具,其特征在于所述坯体的第一螺旋面与所述的第二螺旋面通常平行设置,螺旋面由平面扭转所得。
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WO2021197215A1 (zh) | 2021-10-07 |
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