CN1060419C - 切削加工用的刀具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及进行切削加工的刀具和切削部分，其中刀具在运行状态最好围绕其纵向中心轴线旋转。刀具包括刀具主体(12)、切削部分(10)和拉杆(11)，所述刀具主体具有前表面，而所述切削部分具有为可拆卸地相互紧靠而设置的支承表面。主体具有刀柄部分(40)。前表面和支承表面包括相配合的凸台和凹穴，它们基本是仅仅为传送加工期间出现的切削力而设置的。本发明也涉及分开的刀具刀头、切削部分、刀具主体以及制造刀具刀头或切削部分的方法。

Description

切削加工用的刀具

技术背景

本发明涉及旋转切削加工用的刀具，它包括刀具主体、切削部分和紧固装置。刀具主体具有前表面，而切削部分具有支承表面，它是为可拆卸地、基本在径向平面内与前表面相互紧靠而设置的。本发明也涉及分开的刀具刀头、切削部份、刀具主体以及制造刀具刀头或切削部分的方法。

先前已知道对不同类型的切削加工刀具采用可互换切削刃。但是该技术当其成为围绕其纵向轴线而旋转的铣削和钻削刀具时，由于强度技术原因而具有实际限制。

由US－A－4684298已知道一种钻头，它具有可拆卸切削部分，该切削部分采用两个设置在钻头中心线相对两侧的螺丝固定在钻头主体上。在已知的钻头中，螺丝将钻孔时产生的扭力转送至钻头主体。这样的钻头具有一系列缺点，部分是因为它成为超静定的，这通过套在螺丝上的套筒得以解决，还部分是由于螺丝需要占据空间，迫使切削部分包含的烧结硬质合金减少，从而增加形成裂纹的倾向。此外，螺丝受到剪切力，且切削部分的更换也很麻烦。

此外，先前由EP－B1－0358901提供了一种钻头，它采用至少一个螺丝将可拆卸的切削部分固定在钻头主体上，而螺丝则是相对钻头旋转轴线偏心地设置。切削部分带有两个可转位的切削刀片，导向钻头通过中心而延伸。该已知钻头具有上述相同的缺点。

发明目的

本发明的一个目的是提出一种铣削或钻削刀具的实施例，它具有可更换的切削刃，从而所述实施例消除了现有刀具的问题。

本发明的另一目的是提出一种刚性刀具，最好是用于钻削或铣削的，其中切削部分楔合地与刀具主体配合，从而夹紧力将随着进刀力的增加而增加。

本发明的另一目的是提出一种刀具，最好是用于钻削或铣削的，其中切削部分牢固地被中心紧固装置所夹持。

本发明的另一目的是提出一种刀具，最好是用于钻削或铣削的，其中切削部分能容易地进行更换。

本发明的另一目的是提出一种刀具和一种切削部分，其中凹槽的优越性与注射成型烧结硬合金的生产相结合的。

本发明的又另一目的是提出一种刀具和一种切削部分，其中即使刻有凹槽的配合表面之一被磨损，切削部分的放置也不会倾斜。

本发明的又另一目的是提出一种刀具和一种切削部分，其中轴向或切向的切削力是分布在一个大的表面上的，因而切削部分破损的风险减少。

本发明的又另一目的是提出一种刀具和一种切削部分，其中即使在刀具主体磨损后，切削部分和刀具主体之间的相对运动也是可忽略的。

本发明的又另一目的是提出一种生产切削部分或刀具刀头的方法，从而几何形状外观的自由度基本是不受限止的。

上述及其它目的已通过参考附图提出的权利要求书所限定的刀具、刀具刀头及切削部分而达到。

附图概述

图1是本发明提出的钻削刀具的部分剖面、立体图。图2是本发明提出的切削部分的立体图。图3是切削部分的侧视图。图4是切削部分的顶视图。图5是切削部分的底视图。图6和7是沿图4中A－A线和B－B线的剖面图。图8是图1中钻头刀头的放大图。图9、10和11是图8中配合支承表面的放大剖面图。图12和13是本发明提出的刀具的替代实施例。

发明的详细说明

图1所示的本发明提出的刀具的实施例是所谓的螺旋钻头，该钻头包括刀具刀尖或切削部分10、拉杆11、钻头主体12和螺母13。

在切削部份10的远离钻头主体12的端部至少设置有一个切削刃19，该刃的设计根据应用的范围而定。这样，当它是一把端面铣刀时，切削刃或若干切削刃基本为直线，且与切削部分的纵向中心轴线相平行，当它是一把圆头槽铣刀时，则切削刃是圆形的。切削部份10的正前端部展示了一条用于钻孔的刃19。刀具的外观及应用范围可有很多变化。

切削部分10由硬质材料制成，最好由渗碳碳化物(硬质合金)制成，如用注射模压渗碳碳化物制成则更好，它包括两个上间隙表面15、支承表面16和连接这些面的第一曲面17和第二曲面18。所有这些表面和有关的边缘都由相同材料，即最好由注射模压渗碳碳化物制成。第二曲面或排屑槽18和间隙表面15之间的交线形成主切削刃19，最好通过加强倒棱(未表示)而形成。第一曲面17和排屑槽18之间的交线形成辅助切削刃20。排屑槽或者可用直排屑槽与钻头主体配合。切削部分最好还包括去心表面21，它到达切削部份的中心，并如图6所示，与刀具的旋转轴线22形成角δ。角δ位于40至50°的范围内，最好为45°。切削部份的最大直径是辅助切削刃20的径向最外点之间的直径距离D。切削部分的高度基本与距离D相同，以便使切屑对切削部分和钻头主体之间的接合处的磨损达到最小。支承表面16的最大直径d最好小于直径D，以便在加工时获得间隙。冲洗孔23基本与旋转轴线22平行，它从支承表面16穿过切削部分到达相应上间隙表面15的小孔。冲洗孔设置在位于轴线22两侧的直线1上。

在支承表面16上设置有若干分隔的、基本相同和平行的凹槽或螺脊30。如图8所示，这些螺脊在横截面上形成基本为正弦的曲线，该曲线绕着基本位于平行表面29A、29B的平面中的一条线行进，并将在下文结合图9对此加以说明。螺脊是长条形的，沿着支承表面16而延伸。螺脊30还具有两个侧面32A、32B，它们相切地与底部31连接。底部可由一尺寸约为0．2至0．4毫米的半径来描绘。侧面相互构成锐角ε。该角ε位于40°至80°的范围内，最好在55°与60°之间。在螺脊30的每侧设置有齿顶或曲面33A、33B。每一曲面通过光滑过渡相切地与相关的侧面连接。每一螺脊可基本与直线1平行，或与直线1构成锐角。每一螺脊与直线K形成角Φ，该线与排屑槽的径向最外点在支承表面16的切削刃的侧边相交。角Φ约为0°至90°，最好为30°至60°。螺脊具有高度h和最大的宽度W。螺脊30的数目间接地取决于切削部分的直径D，并在2至20之间变动，例如在直径为18毫米的钻头上约设置了9条螺脊。

支承表面16是设置在切削部分面向钻头主体12的端部上的，该表面设置有第一啮合装置14，在所示实施例中，此装置14包括螺纹凹穴34和截头锥形导向表面35。

在拉杆11面向切削部分的另一端设置有附加的外螺纹部分36，紧随其轴向后方的是一锥形膨胀块37，该块用于与第一啮合装置14配合。在运行状态下，螺纹凹穴34与该另一螺纹部分36相配合。

在拉杆11的另一端还设置的外螺纹部分，它与设置有健槽夹子38的柱形螺母13相配合。螺母插入于钻头主体刀柄部分40的内孔39中，其中螺母和刀柄部分包括配合的径向接触表面41。此接触表面41给予螺母在拧紧时的轴向支承。内孔同轴地与钻头主体中的较小的中心通道相连接，所述通道向前延伸，并中心地终止于钻头主体的前表面24。钻头主体设置有冲洗通道23A，它们沿着螺旋路径，旋转轴线22相距基本相等的距离，随着钻头刃带而行进。钻头主体具有螺丝形状的排屑槽18A或直线型排屑槽，这些排屑槽可穿过主体或穿过部分主体而延伸。

在钻头主体12面向切削部分10的端部设置有表面24，该表面是设置成紧靠着切削部分10的支承表面的。前表面的最大直径小于切削部分的最大直径D，但最好与切削部分的最小直径d相等。

前表面设置有若干分隔的、相同的凹穴或凹槽26，它们的横截面基本为一梯形。凹槽是长条形的，并基本沿着整个前表面而延伸。每一凹槽可基本与直线1平行，或与直线1形成锐角。每一凹槽与直线K形成角Φ，该线与排屑槽的径向最外点在前表面24的切削刃侧边相交。此角Φ约为0°至90°，最好为30°至60°。每一凹槽26具有两个侧面28A、28B，它们通过急剧或光滑过渡与底部27连接。侧面相互间形成锐角α。角α位于40°至80°的范围之内，最好为55°至60°。在凹槽26的每一端部设置有平面29A、29B。每一面最好是平面的，并通过钝内角的光滑或急剧的过渡与相应的侧面连接。凹槽26的数目确定于切削部分支承表面是如何形成的，通常与支承表面具有的螺脊数相同，而此凹槽的数目在2至20范围内选择。此凹槽的深度为h，最大的宽度为Z。底部或者可由尺寸约为0．2至0．4毫米的半径加以描述。

螺脊的高度是凹槽26深度的50％至95％，螺脊的最大宽度W大于凹槽的最大宽度。其结果是当切削刀片安装在夹具中时，在齿顶33A和底部27之间造成了间隙P。此间隙确保侧面相互啮合，底部不会顶着切削刀片，从而避免了倾斜。在平面29A、29B之上也产生了相应的间隙。在安装条件下，螺脊和凹槽形成一个具有若干楔合效应连接的接合，这些连接引发随着进给力增加而增加的摩擦力。所述楔合效应的另一优点是它允许在初始安装阶段，螺脊和凹槽可处于一定的相互相对的倾斜位置，其后在连续压紧之下被其几何形状正确地引导。接合在钻孔期间通常被放置位于钻孔之中。螺脊和凹槽应放置于相应的面上，使得最终有尽可能多的长条螺脊和凹槽。为得到最佳的力矩传送，螺脊和凹槽的端部之间相距应尽可能远。

切削部分10在钻头12上的安装如下进行。将拉杆放入内孔39，使其穿过钻头主体12的中心孔直至与螺母13的位置相当，该螺母连接于拉杆的轴向后端，紧靠接触表面41。从而拉杆的前部36和锥形膨胀块37从前表面24中心伸出。然后将螺纹部分36放入凹穴14，旋转切削部分，将其拧至拉杆上，直至表面35和37相互靠紧。接着用手使切削部分的支承表面16与前表面相接触。当通过与健槽夹子38啮合的健旋转螺母13时，切削部分10被牢牢地顶着前表面而拉住，也即获得图1所示的位置。这样，切削部分10就令人满意地锚定在钻头主体12之中。在此位置，拉杆基本用于夹持被刀具从加工孔中拔拉的切削部分，也即拉杆基本仅传送进给力，而螺脊和凹槽则接爱由切削加工产生的力和力矩。然而，拉杆对切削部分和主体之间接合的力是够大，因而得以避免在拔拉时配合松动。螺脊和凹槽在基本为共同的径向扇形或径向平面内与排屑槽18、18A相交，排屑槽在所述径向扇形两侧轴向地延伸。

对此应指出，切削部分和拉杆之间的螺纹连接有两个目的，即在安装时将切削部分10置于钻头主体中的固定位置，并在切削刀具使用期间，确保总是将切削部分10夹持于其固定位置。

通过螺脊和凹槽的配合，在产生侧面配合的每一接触表面或接触线上的相互作用力可按下式导出：

T′=P／n[s in(α／2)／μ-cos(α／2)]

其中T′为作用於n个凹槽中一个侧面28A或28B上的剪切力，μ是摩擦系数，而P是由于进刀而产生的合力。由此式人们能解释较小的侧面角给出较高的剪切力T′，它抵消由钻孔力矩引起的“跳越榫接”。按照本发明的钻头是静定的，含有相当多的渗碳碳化物，并且它从径向和轴向两方面卸除拉杆。通过将切削力分散在较大的表面上，消除了切削部分支承表面16断裂的风险。在安装之后，螺脊30和凹槽26将具有一些接触表面，如图11所示，这些表面在拉杆端部36的径向外侧多次，最好至少为四次，与径向平面R相交。螺脊和凹槽的接触表面基本位于径向平面R内，也即，它们围绕径向平面R以剖面最大的高度h的一半为振幅而振荡。剖面高度最大为切削部分高度Y的20％。总接触表面比通常的平面接触表面要大5％至10％。这样，切削部分10能可拆卸地连接至前表面24，或当拉杆11的端部36拧开时，从前表面24卸走，也即从第一轴向向前位置驱动至第二轴向向后位置。

当更换切削部分10时，按相反程序进行，从而切削部分10能从钻头主体12卸去，进行更换。

图12和13展示了本发明提出的替代实施例，它包括刀头或切削部分10′、拉杆11′、钻头主体12′、调节螺丝50′、弹簧51′和制动螺丝52′。采用这种刀具，即使钻头主体固定在机器上时，也能卸除和更换切削部分。

切削部分10′和钻头主体12′基本与上述的相同。但是钻头主体在固定端部和排屑槽之间的过渡处具有一个向内倾斜、向后指向的螺纹内孔53′，在内孔39′中具有轴向的后部螺纹54′。

拉杆11′的轴向前端包括一个同轴的膨胀导向表面55′，而前者又与图8描述的部分36′和37′相连接。拉杆的轴向后端具有锥形膨胀块56′，它向后变成一个圆柱形导向表面57′，其中所述导向表面的直径略小于内孔39′的直径。

钻削刀具的安装是通过将拉杆放入内孔39′，并穿过钻头主体12′的中心孔。然后将弹簧51′插入内孔39′，此后将外螺纹制动螺丝52′拧入螺纹54′中，从而弹簧受压，并迫使拉杆向前达到制动。从而拉杆处于轴向前部位置，切削部分中的螺纹和拉杆上的螺纹能配合，切削部分能牢牢地拧地在拉杆上，这样，调节螺丝50′能通过螺纹53′压向膨胀块56′，并将拉杆向后推动。切削部分的更换如下进行。首先卸除在钻头刀柄侧的调节螺丝52′，由于贮存于弹簧51′中的弹性能，拉杆11′被向前推动约2毫米。最好用手把用过的切削部分拧走，然后将新的切削部分牢牢地拧在拉杆上直至凹穴的锥形部分紧靠拉杆的前锥形部分。然后人们可用两种不同的方法继续进行。或者用手顶着钻头主体的前表面拿起切削部分，使得螺脊和凹槽相互进入啮合，此后拧紧调节螺丝52′，从而将切削部分固定在运行位置。另一种方法是使螺丝52′单独将包括切削部分的拉杆向上推动，这样螺脊和凹槽相互进入啮合，从而将切削部分固定在运行位置。当螺丝50拧松时，锥形表面56′能在内孔39′的前端紧靠相应的表面。从而在切削部分的拧松期间，锥形表面之间的摩擦抵消拉杆的转动。假如摩擦力太小的话，螺丝50′能向着锥形表面56′拧进，这样就进一步逆着旋转而锁紧拉杆。

对于上述两个实施例都应用了切削部分具有与刀具主体配合的楔合，这样，夹紧力或摩擦力，也即阻止切削部分相对主体进行径向位移的阻力将随着进给力的增加而增加。此外，还设置了紧固装置以便在钻孔期间在与进给力相同的方向对切削部分起作用，也即，拉杆轴向向后拉住切削部分的方向基本与进给力作用的方向相同。

当然，相配合的螺脊和凹槽的几何形状可在不偏离权利要求的范围内，按照本发明的精神进行改变。通常，在两个配合表面上的几何形状呈现，例如大多数为螺纹横截面(但最大重叠程度为95％)，梯形。本发明也可用于铣削刀具。切削部分最好镀有，例如Al₂O₃、TiN和／或TiCN的镀层。有时在切削刃上钎焊有诸如CBN或PCD的超硬材料也是有优越性的。

同样可以不采用中心拉杆而采用其它的夹紧装置；例如可以采用能垂直于旋围轴线进行移动的楔子来夹持切削部分。

还应指出，上述实施例都是涉及相对其纵向轴线或工件中心轴线旋转的刀具的，并涉及与刀具一起旋转的固定装置。实施例也可用作静止的，但是，与旋转工件结合使用。

一个独立权利要求涉及刀具的刀头，它整体由诸如注射模压渗碳碳化物的硬质材料构成，其中可将本发明应用于进行金属机械加工的车削、铣削、钻削或拉削的刀片或应用于进行钻岩或矿石研磨的切削或冲击刀片。将本发明应用于金属机加工时，刀具刀头或切削刀片包括一个为紧固装置所用的、中心穿通或不穿通的凹穴14，其中凹穴可具有与切削刀片整体形成的螺纹34。这样，可采用例如螺丝从切削刀片的下侧来夹紧切削刀片，这样，有较大的上表面用于切削刃或切屑形成器，而在过去是不可能应用的。而螺纹则选成，使它在加工期间不会变松。

刀具刀头或切削部分按下述方法进行制作。渗碳碳化物和载体，例如塑料，进行混合，并成型成丸或颗粒，此后将预热至对混合物合适的温度的混合物放入至成型机中，然后在高压和高约为180℃的高温下，将混合物注射至精确成型的模具中，模具具备的形状对应切削部分或刀具刀头的设计。因而模具包含一些为至少一个切削刃、至少一个间隙表面和非平面的支承表面直接或间接创造先决条件的组件，以及一个或多个用于螺纹和冲洗通道的型芯，以便将设计转达至切削部分或刀具刀头中，此后注射模压渗碳碳化物的切削部分或刀头可在模具中固化，接着从模具中拔出。然后对刀头或切削部分进行烧结，可能的话，可进行诸如间隙表面研磨加工。藉助此方法，切削部分或刀头的几何形状可不受通常注射模压方法的限制而加以选择。例如，可在表面上成形切屑破碎器，而直至目前，它只能由研磨而成。

本发明决不应受限于上述实施例，而是能在所附权利要求的范围内自由地改变。

Claims (11)

1．相对工件进行旋转切削加工用的刀具，它包括刀具主体(12；12′)、切削部分(10；10′)和紧固装置(11，36；11′36′)，其中，刀具主体具有前面(24；24′)，而切削部分具有支承表面(16；16′)，它们被设置成基本在径向平面(R)内可拆卸地相互紧靠，所述主体具有刀柄部分(40；40′)，而所述切削部分至少具有一个与其成整体的切削刃(19)，所述前表面(24；24′)和所述支承表面(16；16′)包括配合的凸台(30)和凹穴(26)，它们是为了将加工期间的切削力传向刀柄部分而设置的，其特征在于，切削部分由注射模压渗碳碳化物构成，并包括一个为与所述紧固装置(11，36；11′，36′)相配合而设置的中心盲孔(14)，所述盲孔是与所述切削部分(10；10′)成整体的，而紧固装置则是为通过设置在切削部分中的中心盲孔(14)对切削部分朝着前表面方向施加作用而设置的。

2．如权利要求1所述的刀具，其特征在于，紧固装置(11，36；11′，36′)是至少部分通过刀具中心而延伸的，这样切削部分就能从切削部分的支承表面(16；16′)侧被夹紧，而相配合的凸台(30)和凹穴(26)则径向地设置在紧固装置(11，36；11′，36′)的外侧。

3．如权利要求1或2中任一条所述的刀具，其特征在于，支承表面(16；16′)和前表面(24；24′)各自包括凸台(30)和凹穴(26)，它们形成接触表面，在紧固装置(11，36；11′，36′)外侧多次径向地与径向平面(R)相交。

4．如权利要求1、2或3所述的刀具，其特征在于，切削部分(10；10′)至少设置有一个切削刃(19)，它是与切削部分(10；10′)成整体的，而紧固装置(11；11′)则设置有组件(36；36′)，它与切削部分(10；10′)中的盲孔(14)相连接，所述切削部分(10；10′)是为了在紧固装置(11；11′)从第一轴向位置被驱动至第二轴向位置时，能够可拆卸地连接至前表面(24；24′)或从其拆去而设置的。

5．如权利要求4所述的刀具，其特征在于，凸台设置成螺脊(30)的形状，它们基本沿着支承表面(16；16′)的整个直径(d)而延伸，而凹穴则设置成凹槽(26)的形状，并沿着刀具主体的整个横向而延伸，其中，当从横截面观看时，它们只有部分进行配合，而排屑槽(23，23A；23′，23′A)则径向地设置在紧固装置的外侧，所述槽与螺脊及凹槽两者都相交。

6．如前述任一权利要求所述的刀具，其特征在于，间隙(P)是设置在螺脊的齿顶(33A)和凹槽的底部(27)之间，在横截面上，螺脊描绘的形状基本为正弦曲线，而凹槽描绘的形状则基本为梯形路径，螺脊的高度(h)为凹槽深度(d)的50％至95％，而配合的凹槽和螺脊数是相等的，即从2至20个。

7．旋转去屑机加工用的切削部分，所述切削部分(10；10′)具有圆形基础形状和至少一个切削刃(19)，该刃(19)是与切削部分(10；10′)成整体的，所述切削部分的远离切削刃的一端设置有支承表面(16；16′)，其特征在于，切削部分由注射模压渗碳碳化物构成，并包括一个为与所述紧固装置(11，36；11′，36′)相配合而设置的中心盲孔(14)，所述盲孔是与所述切削部分(10；10′)成整体的，而切削部分的支承表面(16；16′)包括凸台(30)，其侧面(32A，32B)用于构成切削刀片的下支持表面，且中心螺纹盲孔(14)终止于该支承表面。

8．如权利要求7所述的切削部分，其特征中于，凸台设置成螺脊(30)的形，它们沿着整个支承表面延伸，并与盲孔(14)相交，所述盲孔是与刀具有旋转轴线(22；22′)同轴的，盲孔(14)包括螺纹部分(34)和锥形部分(36)。

9．旋转去屑机加工刀具的刀具主体，它包括刀柄部分(40；40′)、排屑槽(23，23A；23′，23′A)、前表面(24；24′)和紧固装置(11，36；11′，36′)，所述主体具有中心轴线(22；22′)，其特征在于，前表面(24；24′)刻有基本与中心轴线(22；22′)相垂直的凹槽，并具有一个中心凹穴，紧固装置的基本设有螺纹的自由端通过该凹穴而延伸。

10．相对工件进行旋转切削加工的刀具刀头，它被设置成可拆地紧固至刀具主体上，至少包括一个切削刃(19)，该刃是与刀具刀头(10；10′)成整体的，其特征在于，刀具刀头基本由渗碳碳化物构成，它包括一个具有螺纹(34)的并与刀具刀头成整体的中心盲孔(14)，刀头(10；10′)具有一个非平面的支承表面(16；16′)，盲孔(14)终止于其中。

11．装备有权利要求7和10中所述的类型的刃或刀具刀头的切削部分(10；10′)的制造方法，其特征在于，渗碳碳化物和载体进行混合，此后将混合物放入至成型机中，并加热至对混合物合适的温度，此后在高压和高温下，将混合物注射至模具中，模具装备有诸如为直接或间接形成至少一个切削刃、至少一个间隙表面、非平面支承表面(16；16′)的组件，和一个或多个为了将设计思想转达至切削部分或刀具刀头、形成诸如排屑槽和／或中心盲孔(14)的型芯，此后此部分或刀头可在模具中固化，接着将切削部分或刀具刀头从模具中拔出，并进行烧结，可能的话，还要经受诸如研磨的精加工。

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