專利名稱：帶有受控接觸間隙的鉆削刀片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及一種放入刀夾中以用于在金屬中進(jìn)行鉆孔的切削刀片。更具體地說，本發(fā)明涉及一種切削刀具刀片，其具有包括位于切削刃之后的受控接觸間隙的專用幾何形狀，這種幾何形狀限制了后刀面磨損，并且允許更多的冷卻劑接近切削刃，以便進(jìn)一步允許表面速度、進(jìn)給速率和刀具壽命的提高。
背景技術(shù)：
鉆削系統(tǒng)常常用于在金屬工件中形成圓柱形孔。鉆削系統(tǒng)的切削或鉆孔動(dòng)作可通過大致圓柱形的細(xì)長切削刀具，例如刀夾和選擇性地連接于其上的鉆削刀片的組合來執(zhí)行。因此，這種設(shè)置可用于其中刀夾的一端牢固地安裝在驅(qū)動(dòng)裝置上的應(yīng)用中，該驅(qū)動(dòng)裝置可使刀夾繞其縱軸線旋轉(zhuǎn)。在細(xì)長刀夾的相對(duì)端處，切削刀片與待切削材料相接合。或者，可使工件相對(duì)于刀夾和切削刀片旋轉(zhuǎn)，例如將刀夾設(shè)在車床等的尾座上。另外，刀具和工件可設(shè)置成相互間相對(duì)地旋轉(zhuǎn)。切削刀片的使用允許在切削表面磨損時(shí)快速地更換刀片而非整個(gè)刀具，并且僅通過更換刀片而非整個(gè)鉆削組件就可允許一個(gè)刀具用于多種不同的鉆孔場合中。
盡管扁鉆刀片提供了顯著的優(yōu)點(diǎn)，即刀片可在磨損之后扔掉并且可比較便宜地用新刀片替換，但是，如果可以提供具有更長刀具壽命并且可進(jìn)一步降低刀具成本的刀片，則會(huì)更加有利。這在會(huì)快速地磨損切削刀片的后刀面和間隙的難切削磨料工件的情形下尤其如此。
發(fā)明概要本發(fā)明提供了一種新穎的鉆削刀片，其具有形成于切削刃之后的受控接觸間隙。該受控接觸間隙限制了后刀面磨損，并且可使更多的冷卻劑接近切削刃。這些和其它的優(yōu)點(diǎn)由這樣一種鉆削刀片來提供，其包括具有切削刃的鉆削刀片主體；形成于切削刃的后側(cè)上的后刀面；形成于后刀面中的下凹部，其離切削刃有一段預(yù)定距離并且處于后刀面中的預(yù)定深度處；其中切削刃和下凹部之間的余下后刀面提供了受控接觸后刀面，其將后刀面磨損限制在受控接觸后刀面的大致寬度上。
本發(fā)明的這些和其它目的公開在以下的詳細(xì)描述和附圖中。
附圖簡介在下文中通過參考附圖的實(shí)施例的方式來更詳細(xì)地描述本發(fā)明及其進(jìn)展，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的鉆削刀具組件的分解裝配圖；圖2是與圖1所示組件相關(guān)聯(lián)的刀夾的局部透視圖；圖3A-3C是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的刀片的各個(gè)不同視圖；圖4是圖3A-3C所示刀片的局部剖視圖，顯示了刀片上的后刀面上的下凹部；圖5是本發(fā)明第二實(shí)施例的局部剖視圖，顯示了刀片上的后刀面上的下凹部的一種變型；圖6是本發(fā)明第三實(shí)施例的局部剖視圖，顯示了刀片上的后刀面上的下凹部的一種變型；圖7是本發(fā)明第四實(shí)施例的局部剖視圖，顯示了刀片上的后刀面上的下凹部的一種變型；圖8A-8C是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的刀片的集中于轉(zhuǎn)角處理上的各個(gè)不同視圖；和圖9A-9C是在本發(fā)明的扁鉆刀片與現(xiàn)有技術(shù)的扁鉆刀片之間在初次使用狀態(tài)、第一磨損狀態(tài)和第二磨損狀態(tài)下的一系列比較的局部剖視圖。
本發(fā)明的詳細(xì)描述現(xiàn)在來看本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖1顯示了鉆削刀具組件10。鉆削刀具組件10包括刀夾12，其具有刀柄14以及與之相關(guān)聯(lián)的頭部16。在一個(gè)實(shí)施例中，刀夾12一般具有帶第一端20和第二端22的圓柱形，其中第二端22和一部分刀柄14適于固定地連接在所用的鉆床中。刀夾12的第一端20具有夾緊槽口或刀夾槽口30，其可延伸過頭部16的整個(gè)直徑或者至少延伸過其位于刀夾12的旋轉(zhuǎn)軸線18的一般位置處的中心部分。刀夾槽口30具有底壁32，其定位在相對(duì)于刀夾12的旋轉(zhuǎn)軸線18的大致垂直方位中。在一個(gè)實(shí)施例中，組件10還可包括定位凸部或定位銷24，其相對(duì)于軸線18精確地定位，并且從刀夾槽口30的底壁32中延伸出來。銷24可定位在孔26內(nèi)，孔26從槽口30的底壁32中沿著刀夾主體的軸線18向下延伸以便以壓配合的關(guān)系來定位銷24?；蛘撸ㄎ煌共?4可以另一種方式構(gòu)造以實(shí)現(xiàn)銷24的相應(yīng)功能，例如構(gòu)造成從底壁32中延伸出來的一體式部件。在刀夾槽口30內(nèi)，本發(fā)明的鉆削刀片35相對(duì)于刀夾12精確地定位，以便與之一起地執(zhí)行所需的鉆削功能。如下文中更詳細(xì)地描述，本發(fā)明的鉆削刀片35具有多個(gè)切削表面，其相對(duì)于刀夾12的軸線18精確地定位，以便將利用組件10所進(jìn)行的鉆削操作誤差降至最小。
更具體地說，刀夾12如圖2所示，并且可構(gòu)造成在其第一端20包括一對(duì)夾緊臂34，其在刀夾槽口30的周圍延伸。夾緊臂34優(yōu)選包括孔36，其可容納螺釘38(見圖1)以便將鉆削刀片35固定就位于刀夾槽口30內(nèi)。在一種優(yōu)選的構(gòu)造中，孔36是螺紋孔以便與螺釘38相嚙合，并且以預(yù)定方式與形成于鉆削刀片35中的螺紋孔相配合，以便將鉆削刀片精確地定位在刀夾槽口30內(nèi)的預(yù)定位置中。各個(gè)夾緊臂34還可包括潤滑孔28，其允許潤滑劑施加并流到鉆削刀片的切削表面附近以促進(jìn)鉆削操作。夾緊臂34還可包括成角度面或曲面，其有助于切屑經(jīng)由刀夾12的每一側(cè)上的排屑槽37而排出。安放面32也顯示為設(shè)計(jì)成平面，其對(duì)應(yīng)于鉆削刀片35的平面底部，然而，本文中也可使用和構(gòu)思出其它構(gòu)形的底面32。
來看圖3A-3C，顯示了鉆削刀片35的第一實(shí)施例。鉆削刀片35可形成扁鉆刀片，其中一旦刀片35定位并與刀夾12固定在一起，則刀片的棱或側(cè)邊40大致平行于刀夾12的旋轉(zhuǎn)軸線18。當(dāng)與刀夾12固定在一起時(shí)，鉆削刀片35也會(huì)具有旋轉(zhuǎn)軸線，其最好與刀夾12的軸線18同軸。鉆削刀片35還具有寬度42，其在與刀夾12一起旋轉(zhuǎn)時(shí)形成了已裝配刀具的外徑。鉆削刀片35還在其上表面上包括鈍V形的切削刃44，其中切削刃44位于軸向中心46的每一側(cè)上。切削刃44可包括多個(gè)切削部分，它們配合在一起以提供用于材料和/或鉆削用途的所需切削表面44。一般而言，刀片35設(shè)計(jì)成在與刀夾12一起在預(yù)定方向上被旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)時(shí)進(jìn)行切削，并且不可反向，但這種鉆削刀片的構(gòu)造對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是已知的，并且在需要時(shí)可與本發(fā)明一起使用。鉆削刀片35還優(yōu)選包括開口48，其與夾緊臂34中的孔36相配合，以便將刀片35固定在刀夾槽口30中并且承靠在安放面32上。另外，刀片35包括允許定位銷24定位于其中的定位槽口50。
如圖3B和圖4最佳地所示，刀片35包括受控后刀面52。受控后刀面52可通過主后刀面56中的下凹部54來形成，該下凹部54位于切削刃44之后的一段預(yù)定距離58處。距離58取決于應(yīng)用場合和鉆削刀片材料的強(qiáng)度。下凹部54的深度60也取決于應(yīng)用場合和鉆削刀片材料的強(qiáng)度。重要的是要知道在發(fā)生嚴(yán)重失效之前刀具可承受的磨損帶有多寬。
下凹部54可具有任何所需的形式，然而，半徑62和/或副后刀面(angled relief)64提供了最佳的間隙組合，同時(shí)不會(huì)顯著地降低切削刃44的強(qiáng)度。參見圖4，半徑62一體地融合到副后刀面64中，副后刀面64相對(duì)于原始主后刀面56成一定間隙角地延伸。副后刀面64垂直于刀片的正面。半徑62和成角面64呈拱形地起作用，并且為凸出的切削刃44提供支撐。下凹部54的其它示例如圖5-7所示，然而，本發(fā)明并不限于本文所示的這些示例。
在圖5中，成角面64′與刀片35的厚度成銳角。在這種構(gòu)造中，從刀片上去掉了更多的材料，這就提供了更耐磨的刀具壽命，但在切削刃下方的支撐更小。在圖6中，下凹部52″形成為滿半徑。在這種構(gòu)造中，通常所去掉的材料較少，這在切削刃下方提供了更多的支撐，但提供的有效磨損更少。在圖7中，下凹部52與平行于主后刀面56的成角面64″一起形成。盡管這種構(gòu)造在切削刃下方提供了最少的支撐，但它一般提供了最多的有效磨損。
現(xiàn)在回到圖3B和3C，下凹部54一般起始于轉(zhuǎn)角處理部處的側(cè)邊40附近，然后在弱化區(qū)(web-thin)68之前逐漸消失(至零深度)。由于表面速度降低沿著切削刃44向內(nèi)徑向地運(yùn)動(dòng)，使得下凹部不必朝向弱化區(qū)68，因此刀具磨損朝著鉆頭中心逐漸減小。相反，現(xiàn)在參見圖8A-8C，下凹部54在轉(zhuǎn)角處理部66處的側(cè)邊40處是最重要的。轉(zhuǎn)角處理部66可以為轉(zhuǎn)角夾、轉(zhuǎn)角半徑或銳角轉(zhuǎn)角的形式。轉(zhuǎn)角處理部66如圖所示為轉(zhuǎn)角夾，這僅僅是出于說明性目的，并非試圖使該特征限于特定的構(gòu)造。如圖所示，轉(zhuǎn)角處理部66還可采用受控接觸間隙，并且具有由轉(zhuǎn)角處理部深度74處的轉(zhuǎn)角處理部半徑72形成的轉(zhuǎn)角處理部下凹部70。轉(zhuǎn)角處理部下凹部70典型地一般成形為順應(yīng)轉(zhuǎn)角處理部前刀面76的角度，以便保持間隙邊緣79基本上平行。由于磨損作用力在轉(zhuǎn)角處理部66處最大，因此轉(zhuǎn)角處理部下凹部70的寬度、深度和形狀是重要因素，可對(duì)它們進(jìn)行優(yōu)化以作為延長的刀具壽命的主要貢獻(xiàn)因素。
參見圖9A，在現(xiàn)有技術(shù)扁鉆80的一部分的剖視圖的附近，顯示了具有本發(fā)明中所示下凹部54的扁鉆刀片35的一部分的剖視圖。典型的現(xiàn)有技術(shù)的扁平刀片80具有切削刃82。在切削刃82之后，主后刀面84以與水平面成一定角度α地向下延伸。這種間隙防止了工件和刀片80之間的不必要接觸，并且允許冷卻劑流到后刀面84和孔底部之間。為了對(duì)比，刀片80與扁鉆刀片35相同，不同之處在于，下凹部54形成了受控接觸間隙52。在圖9A中，表示鉆出的孔的底部的線A顯示為與刀片35，80的切削刃44，82形成點(diǎn)接觸。下凹部54的由虛線78包圍的區(qū)域代表鉆削刀片后刀面和孔A的底面之間的冷卻劑所用空間的增加。當(dāng)在鉆削操作中冷卻劑被泵送通過鉆頭而進(jìn)入孔底部時(shí)，冷卻劑被迫進(jìn)入該空間內(nèi)。冷卻劑循環(huán)進(jìn)入該空間的結(jié)果會(huì)對(duì)鉆削刀片具有冷卻效應(yīng)，而且對(duì)切削刃具有冷卻效應(yīng)。冷卻劑現(xiàn)在處于具有用于散熱的更大體積的更大空間內(nèi)，并且非常接近狹窄受控接觸間隙52的下面。
冷卻效應(yīng)對(duì)表面速度、進(jìn)給速率和刀具壽命具有巨大影響。測試顯示，受控接觸間隙所實(shí)現(xiàn)的增大的冷卻允許表面速度增大至超過標(biāo)準(zhǔn)的推薦速度。由于速度增加，因此被切削的材料就變得更熱、更具彈性和更易切削。然而，由于切屑上的熱量增加，因此切屑更難于控制。由于切屑上的熱量增加，因此就可以將進(jìn)給速率增大至超過標(biāo)準(zhǔn)的推薦速率，并實(shí)現(xiàn)切屑控制。在這種增大的表面速度和進(jìn)給速率的情形下，刀具壽命也會(huì)從原始?jí)勖_始顯著地增大。
再次參見圖9A，扁鉆刀片顯示為處于未用過的狀態(tài)下，在其后刀面上沒有磨損。在使用扁鉆時(shí)，后刀面磨損就會(huì)不可避免地在后刀面上發(fā)展，從而形成磨損帶。在圖9B中，初始量的磨損通過沿著扁鉆刀片輪廓向下的線B來表示。線B表示孔的底部，其中扁鉆刀片35，80的顯示為處于該線上方的那部分正被磨損掉。在圖9B中，用于本發(fā)明的扁鉆和現(xiàn)有技術(shù)的扁鉆的由磨損帶距離90所表示的后刀面磨損是相同的。在使用扁鉆時(shí)，磨損繼續(xù)發(fā)生，如圖9C所示。線C表示孔的底部，其中扁鉆刀片35，80的顯示為處于該線上方的那部分正被磨損掉。本發(fā)明的扁鉆刀片35上的后刀面磨損被下凹部所提供的受控接觸間隙的限制為磨損帶距離92。然而，現(xiàn)有技術(shù)的扁鉆刀片80具有顯著的后刀面磨損，并且磨損帶表面94為本發(fā)明的刀片35的磨損帶表面的大約三倍。當(dāng)現(xiàn)有技術(shù)刀片80的主后刀面84被磨損掉時(shí)，更多的刀片80區(qū)域暴露給工件，在切削刃處產(chǎn)生了增加的摩擦和熱量，從而要求切削速度和推力減小，而切削刃82之后的間隙的減小會(huì)阻止冷卻劑接近切削刃82，這進(jìn)一步加劇了這種問題，這會(huì)最終導(dǎo)致鉆削刀片80的嚴(yán)重失效。
同樣如圖9C所示，受控接觸間隙52還使冷卻劑流體保持大致相同程度地接近切削刃44。因此，刀片35可利用冷卻效應(yīng)，并且可利用表面速度、進(jìn)給速率和刀具壽命增加的優(yōu)點(diǎn)。恒定的磨損帶92意味著不要求與現(xiàn)有技術(shù)刀片80一樣來增大刀具壓力。更低的壓力要求導(dǎo)致更低的馬力、推力、扭矩和熱量。這又會(huì)導(dǎo)致在被鉆削加工的材料上出現(xiàn)更少的加工硬化效應(yīng)，從而產(chǎn)生更佳的表面完整性和更好的表面光潔度。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，可在切削表面和后刀面上應(yīng)用金剛石膜涂層，以降低后刀面磨損的發(fā)展。這類膜的示例包括化學(xué)氣相沉積(CVD)的多晶金剛石膜，其在該領(lǐng)域中是眾所周知的。金剛石膜涂層在切削非金屬磨料時(shí)尤其有幫助。
盡管在上文中詳細(xì)地介紹了本發(fā)明，然而這種介紹是通過圖示和示例的方式來進(jìn)行的，并不應(yīng)被視為限制了本發(fā)明。因此，本發(fā)明的范圍和內(nèi)容僅通過所附權(quán)利要求的條款來限定。
權(quán)利要求
1.一種鉆削刀片，包括具有切削刃的鉆削刀片主體；形成于所述切削刃的后側(cè)上的后刀面；形成于所述后刀面中的下凹部，其離所述切削刃有一段預(yù)定距離并且處于所述后刀面中的預(yù)定深度處；其中，所述切削刃和下凹部之間的余下后刀面提供了受控接觸后刀面，其將后刀面磨損限制在所述受控接觸后刀面的大致寬度上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆削刀片，其特征在于，所述鉆削刀片主體包括位于所述切削刃的徑向外端上的轉(zhuǎn)角處理部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉆削刀片，其特征在于，所述轉(zhuǎn)角處理部包括轉(zhuǎn)角切削刃，其中各所述轉(zhuǎn)角切削刃具有形成于所述轉(zhuǎn)角切削刃的后側(cè)上的轉(zhuǎn)角后刀面；形成于所述轉(zhuǎn)角后刀面中的轉(zhuǎn)角下凹部，其離各所述轉(zhuǎn)角切削刃有一段預(yù)定距離并且處于所述轉(zhuǎn)角后刀面中的預(yù)定深度處；其中，所述轉(zhuǎn)角切削刃和所述轉(zhuǎn)角下凹部之間的所述余下的轉(zhuǎn)角后刀面提供了轉(zhuǎn)角受控接觸后刀面，其將磨損限制在所述轉(zhuǎn)角受控接觸后刀面的大致寬度上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆削刀片，其特征在于，所述鉆削刀片主體包括燒結(jié)的金屬硬質(zhì)材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆削刀片，其特征在于，所述鉆削刀片主體包括選自硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、陶瓷、單晶金剛石、多晶金剛石和氮化硼的材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆削刀片，其特征在于，所述鉆削刀片主體包括高速鋼。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆削刀片，其特征在于，所述下凹部具有連續(xù)半徑形式的截面幾何形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆削刀片，其特征在于，所述下凹部具有在所述下凹部的頂點(diǎn)處為半徑的形式并且朝著所述刀片的后刀面而過渡到筆直側(cè)壁的截面幾何形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆削刀片，其特征在于，所述下凹部具有角度形式的截面幾何形狀，其在所述下凹部的前緣上形成了倒角，其中所述倒角與所述下凹部的后側(cè)上的筆直側(cè)壁形成了一定角度。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鉆削刀片，其特征在于，所述側(cè)壁之一垂直于所述鉆削刀片主體的正面。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鉆削刀片，其特征在于，所述側(cè)壁之一形成為一般平行于所述后刀面。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鉆削刀片，其特征在于，所述側(cè)壁之一與所述鉆削刀片主體厚度形成銳角。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆削刀片，其特征在于，所述鉆削刀片主體具有至少兩條切削刃，它們從中心朝著兩條側(cè)邊向下和向外地傾斜，其中每一條切削刃具有橫向于所述切削刃而形成的至少一個(gè)排屑槽。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆削刀片，其特征在于，所述鉆削刀片主體的至少一部分被金剛石膜涂層覆蓋。
15.一種鉆削刀片，包括具有切削刃的鉆削刀片主體；形成于所述鉆削刀片主體的后刀面上的受控接觸后刀面，其中所述受控接觸后刀面提供了第一磨損帶和第二磨損帶；在所述鉆削刀片的操作過程中形成的所述第一磨損帶允許所述后刀面磨損距離從零發(fā)展至從所述切削刃至所述受控接觸后刀面的一定距離；所述第二磨損帶保持所述后刀面磨損距離基本上恒定，直到所述受控接觸后刀面被基本上磨損掉。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的鉆削刀片，其特征在于，所述鉆削刀片主體包括位于所述切削刃的徑向外端上的轉(zhuǎn)角處理部，其中所述轉(zhuǎn)角處理部包括轉(zhuǎn)角切削刃，其中各所述轉(zhuǎn)角切削刃具有形成于所述轉(zhuǎn)角切削刃的后側(cè)上的轉(zhuǎn)角后刀面；形成于所述轉(zhuǎn)角后刀面中的轉(zhuǎn)角下凹部，其離各所述轉(zhuǎn)角切削刃有一段預(yù)定距離并且處于所述轉(zhuǎn)角后刀面中的預(yù)定深度處；其中，所述轉(zhuǎn)角切削刃和所述轉(zhuǎn)角下凹部之間的所述余下的轉(zhuǎn)角后刀面提供了轉(zhuǎn)角受控接觸后刀面，其將磨損限制在所述轉(zhuǎn)角受控接觸后刀面的大致寬度上。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的鉆削刀片，其特征在于，所述切削刃位于所述鉆削刀片主體的轉(zhuǎn)角處。
18.一種切削刀具組件，包括具有刀柄部分和頭部的刀夾，所述頭部具有形成于其一端上的凹口；可容納在所述凹口中的鉆削刀片主體，其具有至少兩條切削刃，它們從中心朝著兩條側(cè)邊向下和向外地傾斜；其中每一條切削刃具有形成于所述切削刃的后側(cè)上的后刀面；形成于所述后刀面中的下凹部，其離各所述切削刃有一段預(yù)定距離并且處于所述后刀面中的預(yù)定深度處；其中，所述切削刃和下凹部之間的余下后刀面提供了受控接觸后刀面，其將后刀面磨損限制在所述受控接觸后刀面的大致寬度上。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的切削刀具組件，其特征在于，所述鉆削刀片主體包括燒結(jié)的金屬硬質(zhì)材料。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的切削刀具組件鉆削刀片，其特征在于，所述鉆削刀片主體包括選自硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、陶瓷、單晶金剛石、多晶金剛石和氮化硼的材料。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的切削刀具組件鉆削刀片，其特征在于，所述鉆削刀片主體包括高速鋼。
全文摘要
一種具有位于切削刃之后的受控接觸間隙的切削刀具刀片，該受控接觸間隙限制了后刀面磨損并且允許更多的冷卻劑接近切削刃，從而進(jìn)一步允許表面速度、進(jìn)給速率和刀具壽命的增加。該受控接觸后刀面提供了第一磨損帶和第二磨損帶，在鉆削刀片的操作過程中形成的第一磨損帶允許后刀面磨損距離從零發(fā)展至從切削刃至受控接觸后刀面的一定距離，第二磨損帶保持后刀面磨損距離基本上恒定，直到受控接觸后刀面被基本上磨損掉。
文檔編號(hào)B23B51/02GK1791487SQ200480013300
公開日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2004年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月21日
發(fā)明者R·H·克拉梅 申請(qǐng)人:聯(lián)合機(jī)械工程公司