用于加工由纤维强化塑料组成的构件的切削刀具和用于分离所述构件的方法 |
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| 申请号 | CN201380058829.0 | 申请日 | 2013-09-27 | 公开(公告)号 | CN104797367A | 公开(公告)日 | 2015-07-22 |
| 申请人 | 锻工金属切割系统有限公司; | 发明人 | R·胡夫施米德; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于加工 纤维 强化的材料，如CFK、GFK或用聚酯丝线强化的塑料的 切削刀具 ，特别是端 铣刀 ，所述切削刀具具有:多个主出屑槽(1、2、3、4、5、6)，所述主出屑槽与相应跟随的预加工刀片构成具有预加工切割刃(13、14、15、16、17、18)的切割楔；以及与多个主出屑槽(1、2、3、4、5、6)相对应的多个副出屑槽(7、8、9、10、11、12)，所述副出屑槽沿周向分别跟随其中一个主出屑槽(1、2、3、4、5、6)，所述副出屑槽分别将一个再加工刀片与沿周向先行的预加工刀片隔开并与该再加工刀片构成具有再加工切割刃(19、20、21、22、23、24)的切割楔。本发明的特征在于，预加工切割刃(13、14、15、16、17、18)交替地以左扭转绕刀具轴线延伸和无扭转地沿刀具轴线延伸，其中跟随左扭转的预加工切割刃(13、15、17)的再加工切割刃(19、21、23)无扭转地沿刀具轴线延伸，并且跟随无扭转的预加工切割刃(14、16、18)的再加工切割刃(20、22、24)左扭转地绕刀具轴线延伸。 | ||||||
| 权利要求 | 1.用于加工纤维强化的材料，如CFK、GFK或用聚酯丝线强化的塑料的切削刀具，特别是端铣刀，所述切削刀具具有： |
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| 说明书全文 | 用于加工由纤维强化塑料组成的构件的切削刀具和用于分离所述构件的方法 技术领域背景技术[0002] 所述类型的用于加工纤维强化的材料(纤维复合材料)，如CFK(碳纤维强化塑料)、GFK(玻璃纤维强化塑料)或用聚酯丝线强化的塑料的切削刀具并且特别是端铣刀除了多个主出屑槽还具有所述多个主出屑槽相对应的多个分别沿周向紧随一个主出屑槽的副出屑槽，所述主出屑槽沿周向将相应多个预加工刀片相互间隔开并与分别跟随的预加工刀片构成带有预加工刃的切割楔，所述副出屑槽分别使一个再加工刀片与沿周向先行的预加工刀片沿周向隔开间距并与再加工刀片构成带有再加工刃的切割楔。 [0003] 这对应于由金属加工已知的精整-粗加工铣刀，如例如根据德国专利文献DE3742942 C1、德国实用新型文献DE 8609688 U1或美国专利文献US 4 285 618 B的铣刀，在这些文献中，每个粗加工切割刃配设一个跟随的精整切割刃。 [0004] 除了这种布置系统的由金属加工已知的目的，即在唯一一个工序中能够既完成预加工，即粗加工工序，也完成再加工，即精绞或精整工序，并由此以较少的加工时间实现良好的表面质量，由此还应在对纤维强化的材料进行铣削或钻孔加工时克服另一个问题。这是因为当用传统的用于切削加工的刀具加工由这种材料制成的工件时，这里通常会出现个别纤维的拉出或出现丝线的扯开。就是说个别纤维被从加工部位的边缘拉出，在刀具经过时其他纤维又被压向加工部位的边缘，从而 [0005] 所述纤维只在突出于加工部位的边缘的端部上被切割并且因此在加工之后仍突出于所述边缘。通过精加工应保证将突出的纤维端部分离并且同时允许实现预加工切割刃较钝、不易导致单根纤维被拉出的设计，所述预加工切割刃完成主切割工作。 [0006] 例如德国实用新型文献DE 202 09 768 U示出一种用于加工夹层材料的阶梯钻头，其中阶梯上的各主切割刃相互错开，使得一个主切割刃进行预切割，而另一个主切割刃进行精绞(nachreiben)。德国实用新型文献DE 202 11 589 U1示出另一种用于加工夹层工件的钻头，其中两个预加工刀片在一定程度上较钝地构造成拉刀并且沿周向分别跟随的再加工刀片具有较锋利的副刃作为绞刀。实用新型文献DE 202 11 592 U1和DE 203 04580 U1示出类似的钻头，这里使用了用于使钻孔硬化的宽的圆形磨削倒棱和用于避免拉出丝线的倒圆的切割角部。 [0007] 欧洲专利申请EP 2 554 309 A1示出一种刀具，所述刀具一方面具有直线延伸的切割刃，另一方面具有右扭转的切割刃，并且设定为用于切削材料，如碳纤维强化的塑料。在日本文献JP 2010-234462 A示出的刀具中，左扭转和无扭转的切割刃交替。 [0008] 德国专利文献DE 11 2009 000 013 B4示出一种用于加工纤维强化的塑料的端铣刀，其中同样实现了在功能上分成完成主切割工作的先行的加工刀片和仅进行精加工、跟随的刀片的构思。这里先行的预加工刀片具有左扭转结构，而跟随的精加工刀片具有右扭转结构。这里用于避免出现毛刺。 发明内容[0009] 由此出发，在用于加工纤维强化的材料的切削刀具中，分成先行的粗加工刀片和跟随的精加工刀片的功能分配构思方面，本发明的目的在于，这样改进用于加工这种材料的端铣刀，使得能够实现更好的表面质量。特别是应实现一种用于在由纤维强化的塑料制成的构件上建立嵌接修补的端铣刀以及一种借助于这种刀具对由所述材料制成的受损构件进行修理的方法。 [0010] 在切削刀具方面，所述目的利用权利要求1的特征来实现，在分离方法方面，利用权利要求14的特征来实现。 [0011] 这里，根据本发明的切削刀具的特征一方面在于，预加工切割刃交替地以左扭转绕刀具轴线和无扭转地或至少接近无扭转地沿刀具轴线延伸。另一方面，其特征还在于，跟随左扭转的预加工切割刃的再加工切割刃无扭转地或至少接近无扭转地沿刀具轴线延伸，并且跟随无扭转的或至少接近无扭转的预加工切割刃的再加工切割刃绕刀具轴线左扭转地延伸。 [0012] 就是说，按已知的方式进行功能分配，即分成粗加工功能、即预加工和精加工功能、即精整加工，其中，不同的加工功能通过不同地构成的切割刃完成，即，设计成预加工刀片上的预加工或者说粗加工切割刃以及在再加工刀片上的分别跟随的再加工或者说精加工切割刃。同样如已知的那样，在每个预加工刀片的后面跟随一个再加工切割刃。此外已知的是，由此实现了将在纤维强化材料的基质上出现的载荷分配成先行的预加工切割刃的作用和再后行进的再加工切割刃的作用，其中，较大的载荷部分在预加工时由先行的预加工切割刃施加到材料上，而较小的载荷部分在精加工时由跟随的再加工切割刃施加到材料上。 [0013] 已经证实，利用左扭转结构进行切割对于切割质量是有利的。。这意味着，对于常见的右旋转的切削刀具，不会向材料上施加拉载荷，而是施加压载荷，拉载荷会导致丝线或纤维被从要加工的工件的材料中拉出。还已经证实，在仅利用左扭转的切割刃进行切割时，被切下的材料会被压入工件的被加工的表面，刺水所述材料倾向于在这里发生焊接并由此对表面质量产生不利影响。 [0014] 因此根据本发明设定，以左扭转绕刀具轴线延伸的预加工切割刃的后面可以分别跟随非左扭转的、而是无扭转的再加工切割刃，所述再加工切割刃不是将刚刚由先行的左扭转预加工切割刃分离的材料压向工件表面，而是将其从所加工的工件表面上清除。通过改变扭转方向，在两个彼此相继的切割刃的作用时出现在纤维强化的材料基质上的载荷分别来自不同的方向，从而实现了至少对工件表面上沿轴向方向作用的载荷部分的一定补偿。纤维强化的材料，如例如CFK较为不均匀，从而可能出现，在切割刃以一个确定的载荷方向作用时材料可能避开了这种作用，但在以另一个载荷方向作用时则不是这样。如果现在在左扭转的预加工切割刃后面跟随无扭转的、中性的再加工切割刃，则材料、例如可能在预加工切割刃以压载荷作用时被错过的丝线端部被没有压载荷地作用的再加工切割刃捕获(erfassen)并分离。 [0015] 这里压载荷和拉载荷应尽可能相互交替。出于几何上的原因，在主出屑槽和相应在后分布的副出屑槽以及由此还有预加工切割刃和再加工切割刃不相交的情况下，再加工切割刃沿与预加工切割刃的相反方向扭转是不可能的。因此，设有跟随左扭转的预加工切割刃的再加工切割刃的无扭转的而非左扭转的分布走势。但替代完全无扭转的再加工切割刃，也可以设置接近无扭转的再加工切割刃，即再加工切割刃具有相对于直接先行的预加工切割刃的左扭转小的或更小的左扭转，这里也可以设想小的或在数值上较小的右扭转结构。 [0016] 如果仅考察一个先行的预加工切割刃和跟随的再加工切割刃，则由此已经实现了对作用在纤维强化的工件的树脂基质上的压力和拉力的一定补偿。但通常的情况是这样的，即，在预加工切割刃上完成主切割工作，而在再加工切割刃行进经过时，只还有较小的载荷部分作用在材料上。如果所有预加工切割刃以左扭转延伸，则因此构成起压作用的优选切割方向，因为预加工切割刃此时将分离的带入工件的孔隙中或将其焊接在那里，从而再加工切割刃在一些情况下不再能起作用并且由此使得载荷补偿失效。 [0017] 因此，根据本发明，左扭转的预加工切割刃不仅与无扭转的在加工切割刃相交替。而且，每个预加工切割刃的扭转的方向相对于沿周向的下一个预加工切割刃也从左扭转变化到无扭转，其中替代完全无扭转的预加工切割刃，也可以设置接近无扭转的预加工切割刃，就是说，具有相对于直接先行的预加工切割刃的左扭转结构小的或较小的左扭转，其中，也可以设想小的或者说数值上较小的右扭转。在无扭转或接近无扭转地沿着刀具轴线延伸的预加工切割刃的后面分别跟着左扭转的再加工切割刃。 [0018] 对于无扭转或接近无扭转的预加工和再加工切割刃的扭转角已经证实从-2°到2°的范围是合适的值，其中，所述预加工和再加工切割刃优选完全无扭转地以0°的扭转角延伸。对于左扭转的切割刃，已经证明从-10°到-6°的范围是对于扭转角合适的值，优选的是-8°的扭转角。这里扭转角是指切割刃在延伸穿过刀具轴线的平面上的投影相对于刀具轴线的角度，其中左扭转以负值给出，而右扭转以正值给出。就是说，对于沿右扭转方向驱动的刀具，右扭转的出屑槽首先在刀尖处处于作用点，相反对于左扭转是最后。 [0019] 这里所有再加工切割刃上的前角有利地大于分别先行的预加工切割刃的前角。就是说，用于精整切削的再加工切割刃比相应先行的预加工切割刃更锋利。所有再加工切割刃有利地也比每个预加工切割刃都锋利。但也可以设想在所有或至少一部分预加工切割刃上有负的前角，就是说，可以构成较钝的拉刀。 [0020] 这里特别有利的是，在所有预加工切割刃上的前角是不同的。特别有利的还有，在所有再加工切割刃上的前角也是不同的。这是基于这样的认知，即，纤维强化的塑料是均匀度较低的材料，这种材料具有分布不均匀的硬度，就是说，局部可能存在紧密的较硬和较软位置并存的序列。补充切割刃交替的扭转结构，通过不同的前角试图在刀具上模拟所述不均匀性。这里在相应高的转速下有这样的希望，即，以正确的前角经过所加工的部位至少一次。 [0021] 有利的还有，预加工切割刃分别在没有圆形磨削倒棱(Rundschlifffasen)的情况下过渡到后刀面 从而基本上避免了分离的材料被擦入(einreiben)已加工的表面中。类似地在再加工刀片上也优选的是，这里再加工切割刃直接地并且在没有圆形磨削倒棱情况下过渡到后刀面。 [0022] 根据有利地选择得不同的前角，这里有利的是，后角在所有预加工切割刃上是不同的，以便由此对所加工的材料的不均匀性予以考虑。此外还有利的是，后角在所有再加工切割刃上也是不同的。 [0023] 在这种情况下，甚至可以设想，优选至少两个左扭转的预加工切割刃的扭转角选择成不同的，同样优选同样至少两个无扭转或接近无扭转的预加工切割刃的扭转角也是不同的。相同情况也适用于再加工切割刃。 [0024] 在测试中已经证明特别符合期望的是切削刀具作为端铣刀的实施形式，这种端铣刀具有四个、在个别场合并且特别是在刀具直径较大时也可以具有六个预加工切割刃，就是说，两个或三个右扭转的预加工切割刃以及两个或三个无扭转的预加工切割刃。此外为了实现简单的刀具几何结构，预加工切割刃在圆周上常见的等距分布已经证明对于改进根据本发明的刀具是有利的。 [0025] 由于主切削或切割工作在预加工切割刃上进行，并且由此材料导出主要也通过主出屑槽进行，也得到验证的是，每个先行的预加工切割刃上的切割角部到分别跟随的再加工切割刃上的切割角部的相角小于每个跟随的再加工切割刃上的切割角部到相应跟随的预加工切割刃上的切割角部的相角。 [0026] 这里考虑到对材料不均匀性的补偿，完全可以设想的是，各再加工切割刃分别设有不同的与分别先行的预加工切割刃的角间距，前提是该角间距小于到下一个跟随的预加工切割刃的角间距。但为了实现简单的刀具几何结构有利的是，再加工切割刃在圆周上等距地分布。 [0027] 对于具有四个预加工切割刃和再加工切割刃的刀具，在试验中已经证明，在所有再加工切割刃上，对于从先行的预加工切割刃上的切割角部到分别跟随的再加工切割刃上的切割角部的相角，约为20°-35°的值是适当的，对于具有六个预加工切割刃的刀具，15°-25°的值是适当的。 [0028] 此外已经证明有利的是，切割角部至少在预加工切割刃上是略微倒圆的，优选以0.1mm-0.5mm的半径倒圆，并且由此避免了出现锋利的切割角部或带有两个切割角部的倒棱。因为这种切割角部易于钩挂在要切削的材料上并在此时将细线或纤维从所加工的表面中拉出(分层)。 [0029] 此外，为了实现简单的刀具几何结构，在避免交叉的切割刃的同时，有利的是，预加工切割刃和再加工切割刃的切割刃长度等于刀具直径最大2倍的值。 [0030] 已经证明，对于预加工切割刃上的从具有最小前角的预加工切割刃直到具有最大前角的预加工切割刃的前角升高，在实现尽可能平滑的表面方面，3°-5°的步长能提供最好的结果。在符合预期的具有四个预加工和再加工切割刃的试验刀具上，在四个预加工切割刃上，前角为5°、8°、11°、14°。这里假定，所述升高优选围绕圆周依次升高，直至具有最小前角的预加工切割刃重新跟随在具有最大前角的预加工切割刃之后。 [0031] 此外还证实，对于从具有最小后角的预加工切割刃直到具有最大后角的预加工切割刃的后角升高，在尽可能平滑的表面方面，3°-5°的步长能提供最好的结果。在符合期望的具有四个预加工切割刃和再加工切割刃的试验刀具上，在四个预加工切割刀片上，后角为12°、17°、22°、27°。 [0032] 这里是以预加工切割刀片上的后角升高和前角升高的组合效果为出发点。就是说最小的后角优选设置在具有前角最小的预加工切割刃的预加工刀片上，而且，在各个预加工刀片上后角随着这里的前角升高。例如在前面所述的符合期望的试验刀具中，12°的后角设置在具有5°的前角的预加工切割刃上，17°的后角设置在具有8°的前角的预加工切割刃上，22°的后角设置在具有11°的前角的预加工切割刃上，而27°的后角设置在具有14°的前角的预加工切割刃上。 [0033] 已经证实，对于再加工切割刃上的前角的升高，3°-5°的步长也是合适的，例如在具有四个预加工切割刃和再加工切割刃的刀具中，再加工切割刃上的前角为10°、14°、18°、22°。但与后角升高与前角升高的同向组合效果不同，有利的是，再加工切割刃上的前角升高与预加工切割刃上的前角升高是相反地分布的。就是说，跟随具有最小前角的预加工切割刃的再加工切割刃上的前角是最大的，并且再加工切割刃上的前角随着相应先行的预加工切割刃上的前角升高而降低，直至跟随具有最大前角的预加工切割刃的再加工切割刃上的前角是最小的。由此由在预加工切割刃上和跟随的再加工切割刃上出现的各个切割力得出的总切割力对于切削刀具上的所有预加工和再加工切割刃对保持在尽可能相同的水平上。 [0034] 因此相应地，优选跟随具有最小后角的预加工切割刃的再加工切割刃上的后角最大，并且再加工切割刃上的后角随着相应先行的预加工切割刃上的后角升高而降低，直至跟随具有最大后角的预加工切割刃的再加工切割刃上的后角是最小的。这里也已经证实，对于再加工切割刃上的后角升高，3°-5°的步长是有利的。 [0035] 在修理由纤维强化塑料、如例如CFK组成的受损构件时，通常使用所谓的嵌接修补 特别是以便修补撕裂的孔或类似结构。为此例如围绕撕裂的孔以非常小的间隔 形成梯田状设置的台阶，例如以高度和宽度为0.1mm-0.5mm的间 隔形成。 [0036] 目前为止，这仅限用使用激光或水束。在使用激光时可能很容易造成待修理的构件的树脂基质的严重损伤。而对于能够经济地使用而言，通过水束处理持续时间过长。 [0037] 利用根据本发明的端铣刀，通过嵌接修补修理由纤维强化塑料、如例如CFK制成的受损构件所需的梯田形设置的台阶第一次可以以嵌接修补所需的在高度和宽度上0.1mm-0.5mm的间隔进行制造，并且可以通过铣削形成接下来的粘结所需的表面光滑度。 [0038] 因此，本发明的主题还包括一种方法，其中，为了修理目的，在由纤维强化塑料、如例如CFK制成的构件上，例如围绕构件中撕裂的孔以高度和宽度为0.1mm-0.5mm的间隔建立梯田状设置的台阶，特别是利用根据本发明的或根据本申请改进的铣刀来实现，其中所述构件接下来与补丁或与和梯田形设置的台阶互补的结构粘结。附图说明 [0039] 下面根据附图来详细说明本发明的实施形式。图1示意性地示出根据本发明的一个实施形式的端铣刀的刀具尖的主视图。 具体实施方式[0040] 这里端铣刀具有六个主出屑槽1、2、3、4、5、6，这些主出屑槽与相应跟随的沿刀具轴线延伸的预加工刀片形成具有预加工切割刃13、14、15、16、17、18的切割楔。这里沿轴向分别设置在各两个主出屑槽1、2、3、4、5、6之间地设有6个副出屑槽7、8、9、10,11、12。就是说副出屑槽沿周向分别跟随其中一个主出屑槽。每个副出屑槽7、8、9、10,11、12这里将一个再加工刀片与沿周向先行的预加工刀片隔开间距。各个副出屑槽7、8、9、10,11、12与所述再加工刀片形成具有再加工切割刃19、20、21、22、23、24的切割楔。 [0041] 预加工切割刃13、14、15、16、17、18这里交替地绕刀具轴线以左扭转设置以及无扭转地沿刀具轴线设置。就是说，预加工切割刃13、15、17是右扭转的，相反预加工切割刃14、16、18是无扭转的。 [0042] 这里直接跟随左扭转的预加工切割刃13、15、17的再加工切割刃19、21、23无扭转地沿刀具轴线延伸，相反跟随无扭转的预加工切割刃14、16、18后面行进的再加工切割刃20、22、24绕刀具轴线左扭转地延伸。 [0043] 在不偏离本发明的范围的情况下，也可以对所示实施形式进行改变和改动。 |
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