專利名稱：整體式陶瓷端銑刀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及可以由陶瓷制成的整體式端銑刀，并且涉及使用此類端銑刀進行機加工的方法。
背景技術：
端銑刀是用于對多種類型的材料(從金屬到塑料)進行機加工的旋轉工具。它們是由一個總體上圓柱形的柄來支持的并且被適配為由一個電機驅動的卡盤或者功能上類似的裝置來可移動地握持的。這個柄逐漸成為一個單端的端銑刀上的切削部分或者成為一個雙端的端銑刀上的兩個切削部分。該切削部分延伸到該端銑刀的一個末端上。該切削部分具有由多個槽分隔開的多個切削刀片，這些槽用于帶走通過切削操作所生成的這些切屑。這些切削刀片和這些槽可以平行于該端銑刀的縱向軸線，但是更經(jīng)常地是螺旋狀的。該切削部分典型地以多個徑向切削特征為終結，這些徑向切削特征被設計為補充由這些切削刀片的軸向部分所提供的切削作用。直到現(xiàn)在，差不多所有的端銑刀都已經(jīng)是用抗沖擊材料(諸如，高速鋼以及金屬陶瓷復合材料，例如燒結碳化鎢)制成的。在陶瓷已經(jīng)被使用的程度來講，由于其脆性，它們通常已經(jīng)被限制于被用作切削刃鑲片，這些切削刃鑲片被可移動地固定到由一種更加抗沖擊的材料(例如一種高速鋼)制成的一個本體上。很少見的是可能經(jīng)受到側面負荷并且由一種陶瓷材料整體制成的一種機加工工具,例如一種端銑刀。盡管如此，陶瓷材料在切削操作中是有吸引力的，因為與金屬并且甚至燒結碳化鎢類相比，它們能夠更好地承受在切削操作過程中在切削區(qū)域內(nèi)所產(chǎn)生的高溫。高的切削溫度是有益的，因為它們可以使正被切削的材料更加容易地流動，因此增加金屬的去除率并且降低切削該材料所要求的力的值。所需要的是具有以下一種設計的整體式端銑刀，這種設計可以利用陶瓷的優(yōu)勢，同時使由其固有的脆性所引起的問題最小化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供可以由陶瓷整體地制成的端銑刀。此類端銑刀可以被制成為單端或雙端的端銑刀。根據(jù)本發(fā)明的這些端銑刀的切削部分具有不大于其切削直徑的兩倍的切口長度以及是其切削直徑的至少0. 7倍的內(nèi)芯。它們的軸向刀片具有帶負的徑向傾角的多個切削刃，并且由多個螺旋槽分隔開。它們的切削端各自具有負的軸向傾角，而且在中心點的前面開齒縫，并且具有帶負的傾角的多個徑向切削刃。此類端銑刀在槽上還具有成圓角的多個拐角以及從徑向過渡到軸向的多個齒縫。本發(fā)明包括由陶瓷和其他材料整體地制成的這類端銑刀。本發(fā)明還包括使用這類陶瓷銑刀來銑削多種材料的方法。在本發(fā)明的一些優(yōu)選實施方案中，這些端銑刀是由一種 SiAlON陶瓷制成的。


通過參照附圖將會更好地理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點的關鍵程度。然而，應該理解的是附圖的設計僅是為了解說的目的并且不是作為對本發(fā)明的限制的定義。圖IA是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的一個具有四個槽的端銑刀的平面圖。圖IB是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的一個具有六個槽的端銑刀的平面圖。圖2A是在圖IA中于平面IIIA-IIIA處截取的端視圖。圖2B是在圖IB中于平面IIIB-IIIB處截取的端視圖。圖3是更加詳細地顯示圖2A的細節(jié)A的局部端視圖。圖4A是圖IA的端銑刀的切削端的端視圖。圖4B是圖IB的端銑刀的切削端的端視圖。圖5是圖IA的端銑刀的切削端附近的平面圖，展示了這些刀片之一的細節(jié)。圖6是圖IA的端銑刀的切削端的一部分的透視圖。圖7是圖IA的端銑刀的切削端的一部分的透視圖。
具體實施例方式在這個部分，對本發(fā)明的一些優(yōu)選實施方案詳細地進行了詳細說明，足以讓本領域的普通技術人員來實踐本發(fā)明。然而，應該理解的是在此說明了有限數(shù)目的優(yōu)選實施方案這個事實并不以任何方式限制如在所附權利要求書中列出的本發(fā)明的范圍。無論何時在此或者在所附權利要求書中使用術語“大約”來修改本發(fā)明的一個實施方案的一個特征的尺寸時，應當解釋為是指與構成該相關特征有關的這些機加工公差。 無論何時在此或者在所附的權利要求書中使用一個范圍來描述本發(fā)明的一個實施方案的一個特征的尺寸時，該范圍應當被解釋為包括該范圍的規(guī)定端點以及其間的每個點。圖IA和圖IB對應地示出了根據(jù)本發(fā)明的、具有四個槽和六個槽的整體式端銑刀 2、4的實施方案的側視圖。參見圖1A,端統(tǒng)刀2具有從一個柄部分8a延伸的一個切削部分 6a。切削部分6a具有一個切削直徑IOa和切口軸向長度12a，該切口軸向長度不大于該切削直徑IOa的兩倍。注意，雖然在這個實施方案中柄的直徑14a與切削直徑IOa基本上是相同的，但在本發(fā)明的考慮之內(nèi)的是這些直徑實質(zhì)上可以是不同的。當使用不同的柄與切削直徑時，優(yōu)選的是在這兩個直徑之間的過渡區(qū)域中應力集中特征(例如尖的拐角)被避免了?，F(xiàn)參見圖1B，端銑刀4具有多個刀片，例如刀片16b，18b，這些刀片是以從端銑刀 6的縱向軸線22b的一個螺旋角20b而布置的并且限定了切削直徑10b。相鄰的刀片，例如刀片16b，18b，由一個槽(例如槽24b)分隔開。這些刀片沿著切口軸向長度12b延伸并且延伸到端銑刀4的切削端25b。圖2A和圖2B對應地示出了在切削平面IIIA-IIIA和11IB-IIIB處截取的端銑刀 2，4的端視圖。這些附圖更加清晰地示出了由多個槽，例如槽24a，將相鄰的多個刀片，例如刀片16a，18a，分隔開。端銑刀2，4的內(nèi)芯直徑26a，26b對應地不大于其對應的切削直徑 10a, IOb的0. 7倍。優(yōu)選地，內(nèi)芯直徑26a是端銑刀2的切削直徑IOa的大約0. 715倍，并且內(nèi)芯直徑26b是端銑刀4的切削直徑IOb的大約0. 75倍。圖3更加詳細地示出了端銑刀2的代表性刀片16a的一部分。刀片16a具有在其側面或面30a上相對于半徑32而測量的一個負的徑向傾角28a。刀片16a具有在其側面30a與其徑向主臺面36a的相交處的一個切削刃34a。徑向主臺面36a優(yōu)選地被布置為相對于在切削刃34a處截取的切線40來形成一個徑向的主離隙角38a。刀片16a還優(yōu)選地配備有相對于切線40隨軸向主臺面36a的一個徑向的副離隙角42a。圖4A和圖4B對應地示出了端銑刀2，4的切削端25a，25b。參見圖4A，可以看到端銑刀2的這些刀片，例如刀片16a，相對于半徑46a以一個負的徑向角或前鋒前角 (endrake)44a延伸到切削端25a并且終止在腹板48a附近。類似地，參見圖4B，可以看到端銑刀4的這些刀片，例如刀片16b，相對于半徑46b以一個負的徑向角或前鋒前角44b延伸到切削端25b，并且終止在腹板48b附近?，F(xiàn)參見圖5，顯示在端銑刀2的切削端25a附近的刀片16a的一部分的平面圖。刀片16a具有相對于包含了端銑刀2的縱向軸線22a的一個平面51a而測量到的一個負的軸向傾角50a。圖5還展示了以下事實。即，切削端25a具有相對于平面54a的一個凹角52a， 該平面垂直于縱向軸線22a并且與切削端25a相切。與刀片16a相鄰的齒縫56a也被展示在這個圖中。刀片16a還具有一個軸向主臺面62a,該軸向主臺面是從切線平面54a以一個軸向主離隙角64a并且以相對于切線平面54a尾隨著軸向主臺面62a的一個軸向副離隙角 66a而布置的。圖6展示了圖5中所示的刀片16a的一部分的另一個視圖。在此可以看出齒縫 56a在它過渡進入槽24a時如何從徑向優(yōu)選螺旋地融合到軸向。如在圖7中可以看到，齒縫 56a是從切削端的切線平面54a以一個齒縫角58a而布置的。再次參見圖IA和圖1B，可以看到端銑刀2，4的這些刀片在它們到切削端25a，25b 的過渡處具有成圓角的拐角，例如拐角60a，60b。在多個優(yōu)選實施方案中，本發(fā)明的端銑刀的以上標識出的這些特征是處于以下這些尺寸范圍內(nèi)(a)切口長度小于該切削直徑的兩倍，并且更加優(yōu)選地在從該切削直徑的大約一倍到大約兩倍的范圍內(nèi)；(b)該內(nèi)芯直徑是該切削直徑的至少0. 7倍；(c)這些刀片相對于該縱向軸線進行布置的螺旋角是在從大約39度到大約41度的范圍內(nèi)；(d)刀片的數(shù)量或者槽的數(shù)量是在從三到八的范圍內(nèi)；(e)前鋒前角是在從大約-I度到大約-6度的范圍內(nèi)；(f)拐角半徑是在該切削直徑的大約0. 031倍到大約0.4倍地范圍內(nèi)，并且更加優(yōu)選地在該切削直徑的大約0. 063倍到大約0. 25倍的范圍內(nèi)；(g)徑向傾角是在大約0到大約-4的切向角度的范圍內(nèi)；(h)軸向傾角是在大約-I度到大約-3度的范圍內(nèi)；(i)凹角是在從大約I. 5度到大約3度的范圍內(nèi)；并且(j)齒縫角是在大約15度到大約30度的范圍內(nèi)。還優(yōu)選的是該切削直徑沿著切口長度保持恒定，但是對于沿著切口長度將存在正的或負的錐度也是在本發(fā)明的考慮之內(nèi)。雖然該切削直徑可以具有任何值，但是本發(fā)明的優(yōu)選實施方案具有在從大約2毫米到大約20毫米的范圍內(nèi)的切削直徑，并且甚至更加優(yōu)選的實施方案具有在大約4毫米到大約16毫米的范圍內(nèi)的切削直徑。還優(yōu)選的是內(nèi)芯直徑隨著刀片數(shù)量的增加而增加。雖然本發(fā)明的這些端銑刀可以是由任何常規(guī)的端銑刀材料制成的，例如高速鋼或者燒結碳化鎢，但是優(yōu)選的是由一種陶瓷材料來制成這些端銑刀。這類陶瓷材料的實例包括碳化硅晶須增強的氧化鋁、氧化鋁碳氮化鈦、穩(wěn)定的氧化鋯、碳化硅、以及氮化硅基陶瓷。更加優(yōu)選地，這種陶瓷是一種硅鋁氧氮化物(SiAlON)陶瓷。優(yōu)選的SiAlON陶瓷包括， 以重量百分比計，2%到20 %的鋁、I %到12%的氧、總計為2%到12%的一種或更多稀土元素、其余為硅和氮，并且具有最高達到50%的a相。此類優(yōu)選的SiAlON陶瓷的實例包括，以重量百分比計，3 %到7 %的鋁、I %到4 %的氧、3 %到8 %的鐿，最高達到I %的鑭，并且其余為硅和氮，并且具有20%到45%的a相。在更加優(yōu)選的SiAlON陶瓷之列的是從美國賓夕法尼亞州拉特羅布市的Kennametal Inc.可以商購的以下等級KY1540 SiAlON, 它包括，以重量百分比計，6. 5%的鋁、3. 7%的氧、7. 2%的鐿，并且其余為硅和氮，并且具有在25%與40%之間的a相；KYS30 SiAlON，它包括，以重量百分比計，6. 8%的鋁、3. 5%的氧、5. 5%的鐿、0.7%的鑭，并且其余為硅和氮，并且具有在23%與35%之間的a相；以及 SP1300 SiAlON，它包括，以重量百分比計，3. 9%的鋁、I. 7%的氧、4. 0%的鐿、0. 5%的鑭， 并且其余為硅和氮，并且具有在25%與45%之間的a相。對于小于600米/分鐘的切削速度而言，優(yōu)選的是這種SiAlON陶瓷包括，以重量百分比計，不大于5%的鋁、不大于2 %的氧、不大于5%的鐿、不大于0.3%的鑭，并且其余為硅和氮，并且具有20%到45%的a相。 對于等于或大于600米/分鐘的切削速度而言，優(yōu)選的是這種SiAlON陶瓷包括，以重量百分比計，至少5%的鋁、至少2%的氧、至少5%的鐿、至少0.8%的鑭，并且其余為硅和氮，并且具有25%到45%的a相。當本發(fā)明的這些端銑刀是由常規(guī)的端銑刀材料構造的時，可以使用生產(chǎn)端銑刀的起始坯的常規(guī)工藝，接著是常規(guī)的機加工和精加工技術以生產(chǎn)該端銑刀。當本發(fā)明的這些端銑刀是由一種陶瓷構造的時，優(yōu)選的是通過將適當?shù)那绑w微粒材料進行壓制和燒結、接著進行無中心研磨以便形成起始坯，來生產(chǎn)起始坯。這種壓制和燒結可以包括諸如熱或冷單軸壓制以及熱或冷等靜壓壓制的多個分步驟?？紤]到所涉及的陶瓷材料的特性，于是可以使用常規(guī)的機加工和精加工技術來對這些陶瓷坯進行加工。優(yōu)選地，這些端銑刀是使用一種高壓的、含研磨顆粒的液體介質(zhì)來輕輕進行珩磨的以便從這些切削刃處去除顆粒，同時避免微裂縫的形成。實例實例I到4根據(jù)本發(fā)明的多個實施方案的端銑刀實例I到4是從SiAlON加工的以便具有表 I中所述的這些特征。表I
權利要求
1.一種具有縱向軸線(22b)的整體式端銑刀(2)，該端銑刀(2)包括一個沿著該縱向軸線(22b)延伸的柄部分(8a);以及至少一個切削部分(6a)，該切削部分從該柄部分(8a)延伸并且包括具有一個腹板 (48a)的一個切削刃尖(25a)，該切削部分(6a)具有一個切削直徑(10a)，一個切口軸向長度(12a)，該切口軸向長度不大于該切削直徑(IOa)的兩倍，一個內(nèi)芯直徑(26a)，該內(nèi)芯直徑是該切削直徑(IOa)的至少O. 7倍，以及多個刀片，這些刀片沿著該切口軸向長度(12a) 從該縱向軸線(22b)以從大約39到大約41度的一個螺旋角(20b)而布置并且以一個徑向角度延伸到該切削刃尖(25a)以便形成在從大約-I度到大約-6度的范圍內(nèi)的一個前鋒傾角(44a)并且終止在腹板(48a)附近；其中該多個刀片中的每個刀片(16a)是由一個槽(24a)彼此分開的并且具有在從該切削直徑(IOa)的大約O. 031倍到大約O. 4倍的范圍內(nèi)的一個拐角(60a)半徑、在從大約O 到大約-4的切向角度范圍內(nèi)的一個負的徑向傾角(28a)、以及在大約-I度到大約-3度的范圍內(nèi)的一個負的軸向傾角(50a);并且其中該切削刃尖(25a)具有在從大約I. 5度到大約3度的范圍內(nèi)的一個凹角(52a)以及多個齒縫，該多個齒縫中的每個齒縫(56a)具有在從大約15度到大約30度的范圍內(nèi)的一個齒縫角(58a)并且延伸進入這些槽(24a)之一中。
2.如權利要求I所述的整體式端銑刀(2)，其中該端銑刀(2)是由一種陶瓷構造的。
3.如權利要求I所述的整體式端銑刀(2)，其中該端銑刀(2)是由選自下組的一種材料構造的，該組由由以下各項組成碳化硅晶須增強的氧化鋁、氧化鋁碳氮化鈦、穩(wěn)定的氧化鋯、碳化硅、氮化硅基陶瓷、以及SiAlON陶瓷。
4.如權利要求I所述的整體式端銑刀(2)，其中該端銑刀(2)是由一種SiAlON陶瓷構造的，這種SiAlON陶瓷包括，以重量百分比計，2 %到20 %的鋁、I %到12 %的氧、總計為2 % 到12%的一種或更多稀土元素、其余為硅和氮，并且具有最高達到50%的α相。
5.如權利要求I所述的整體式端銑刀(2)，其中該端銑刀(2)是由一種SiAlON陶瓷構造的，這種SiAlON陶瓷包括，以重量百分比計，3%到7%的鋁、I %到4%的氧、3%到8%的鏡、最聞達到I %的倆，并且其余為娃和氣，并且具有20%到45%的α相。
6.如權利要求I所述的整體式端銑刀(2)，其中槽(24a)的數(shù)量是在從三到八的范圍內(nèi)。
7.如權利要求I所述的整體式端銑刀(2)，其中切削部分(6a)的數(shù)量是兩個。
8.如權利要求I所述的整體式端銑刀(2)，其中該切口軸向長度(12a)是在從該切削直徑(IOa)的大約一倍到大約兩倍的范圍內(nèi)。
9.如權利要求I所述的整體式端銑刀(2)，其中該切削直徑(IOa)是在從大約2mm到大約20mm的范圍內(nèi)。
10.一種對物體進行機加工的方法，該方法包括使該物體與具有一條縱向軸線(22b) 的一個端銑刀(2)接觸，在該端銑刀(2)在與該物體接觸時，該端銑刀(2)圍繞其縱向軸線 (22b)以預先選擇的切削速度旋轉，該端銑刀(2)包括一個沿著該縱向軸線(22b)延伸的柄部分(8a);以及至少一個切削部分(6a)，該切削部分從該柄部分(8a)延伸并且包括具有一個腹板 (48a)的一個切削刃尖(25a)，該切削部分(6a)具有一個切削直徑(10a)，不大于該切削直徑(IOa)的兩倍的一個切口軸向長度(12a)，是該切削直徑(IOa)的至少O. 7倍的一個內(nèi)芯直徑(26a)，以及多個刀片，這些刀片沿著切口軸向長度(12a)從該縱向軸線(22b)以從大約39到大約41度的一個螺旋角(20b)來布置并且以一個徑向角度延伸到該切削刃尖 (25a)以便形成在從大約-I度到大約-6度的范圍內(nèi)的一個前鋒前角(44a)并且終止在該腹板(48a)附近；其中該多個刀片中的每個刀片(16a)是由一個槽(24a)而彼此分開的并且具有在從該切削直徑(IOa)的大約O. 031倍到大約O. 4倍的范圍內(nèi)一個拐角(60a)半徑、在從大約O 到大約-4的切向角度范圍內(nèi)的一個負的徑向傾角(28a)、以及在大約-I度到大約-3度的范圍內(nèi)的一個負的軸向傾角(50a);并且其中該切削刃尖(25a)具有在從大約I. 5度到大約3度的范圍內(nèi)的一個凹角(52a)以及多個齒縫，該多個齒縫中的每個齒縫(56a)具有在從大約15度到大約30度的范圍內(nèi)的一個齒縫角(58a)并且延伸進入這些槽(24a)之一中。
11.如權利要求10所述的方法，其中該端銑刀(2)是由一種陶瓷構造的。
12.如權利要求10所述的方法，其中該端銑刀(2)是從選自下組的一種材料構造的，該組由以下各項組成碳化硅晶須增強的氧化鋁、氧化鋁碳氮化鈦、穩(wěn)定的氧化鋯、碳化硅、氮化硅基陶瓷、以及SiAlON陶瓷。
13.如權利要求10所述方法，其中該端銑刀(2)是由一種SiAlON陶瓷構造的，這種 SiAlON陶瓷包括，以重量百分比計，2%到20%的鋁、I %到12%的氧、總計為2%到12%的一種或更多稀土元素、其余為硅和氮，并且具有最高達到50%的α相。
14.如權利要求10所述的方法，其中該端銑刀(2)是由一種SiAlON陶瓷構造的，這種 SiAlON陶瓷包括，以重量百分比計，3 %到7 %的鋁、I %到4 %的氧、3 %到8 %的鐿、最高達到I %的鑭，并且其余為硅和氮，并且具有20%到45%的α相。
15.如權利要求10所述的方法，其中該切削速度是小于每分鐘600米，并且該端銑刀是由一種SiAlON陶瓷構造的，這種SiAlON陶瓷包括，以重量百分比計，不大于5%的鋁、不大于2%的氧、不大于5%的鐿、大于O. 3%的鑭,并且其余為娃和氮,并且具有20%到45%的 α相。
16.如權利要求10所述的方法，其中該切削速度是每分鐘600米或更高，并且該端銑刀是由一種SiAlON陶瓷構造的，這種SiAlON陶瓷包括，以重量百分比計，至少5%的鋁、至少2%的氧、至少5%的鐿、至少O. 8%的鑭，并且其余為硅和氮，并且具有25%到45%的α相。
17.如權利要求10所述的方法，其中槽(24a)的數(shù)量是在3與8之間的范圍內(nèi)。
18.如權利要求10所述的方法，其中切削部分(6a)的數(shù)量是兩個。
19.如權利要求10所述的方法，其中該切口軸向長度(12a)是在從該切削直徑(IOa) 的大約一倍到大約兩倍的范圍內(nèi)。
20.如權利要求10所述的方法，其中該切削直徑(IOa)是在從大約2mm到大約20mm的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種整體式陶瓷端銑刀。在此披露了可以由陶瓷或其他材料整體制成的多種端銑刀。這些端銑刀的切削部分具有不大于其切削直徑的兩倍的切削長度以及是其切削直徑的至少0.7倍的內(nèi)芯。它們的軸向刀片具有帶負的徑向傾角的多個切削刃并且由多個螺旋槽分隔開。它們的切削端具有負的軸向傾角而且在中心點之前開有齒縫，并且具有帶負的傾角的多個徑向切削刃。此類端銑刀在一個槽上還具有成圓角的多個拐角以及從徑向過渡到軸向的多個齒縫。在此還披露了使用此類陶瓷端銑刀對材料進行銑削的方法。
文檔編號B23C5/16GK102581366SQ20121000829
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權日2011年1月17日
發(fā)明者D·R·戴維斯, R·L·椰克利, S·E·蘭德魏爾 申請人:鈷碳化鎢硬質(zhì)合金公司