陶瓷铣削刀具 |
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| 申请号 | CN201580070260.9 | 申请日 | 2015-12-21 | 公开(公告)号 | CN107107211A | 公开(公告)日 | 2017-08-29 |
| 申请人 | 山特维克知识产权股份有限公司; | 发明人 | 埃曼努埃尔·戴维; 卡米耶·桑达吉安; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种 铣削 装置(1)，该铣削装置(1)能够围绕纵向中 心轴 线(A)沿一个方向旋转，该纵向中心轴线(A)限定向前方向和相反的向后方向，该铣削装置(1)包括前部(3)和后部(2)。该前部(3)包括切削刃(4、4')，所述切削刃(4、4')各自具有纵向延伸部，该前部(3)包括切屑槽(5、5')，所述切屑槽(5、5')各自具有纵向延伸部，该前部(3)由整 块 陶瓷制成。所述后部(2)被构造成固定在可旋转的刀具主体或可旋转的卡盘中。所述后部(2)由整块硬质 合金 制成。所述后部(2)的前端表面具有比所述前部(3)的后端表面更小的面积，所述后部(2)的前端表面和所述前部(3)的后端表面通过接头彼此永久地结合或钎焊在一起。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种铣削装置(1)，所述铣削装置(1)能够围绕纵向中心轴线(A)沿一个方向旋转，所述纵向中心轴线(A)限定向前方向和相反的向后方向，所述铣削装置(1)包括前部(3)和后部(2)，所述前部(3)包括切削刃(4、4')，所述切削刃(4、4')各自具有纵向延伸部，所述前部(3)包括切屑槽(5、5')，所述切屑槽(5、5')各自具有纵向延伸部，所述前部(3)由整块陶瓷制成，所述后部(2)被构造成固定在可旋转的刀具主体或可旋转的卡盘中，其特征在于，所述后部(2)由整块硬质合金制成。所述后部(2)的前端表面比所述前部(3)的后端表面具有更小的面积，所述后部(2)的前端表面和所述前部(3)的后端表面通过接头永久地结合或钎焊在一起。 |
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| 说明书全文 | 陶瓷铣削刀具技术领域背景技术[0002] 对于金属切削刀具，许多切削刀具材料，即切削刀具的切削刃的材料是已知的。切削刀具材料分布在独立且不同的材料组中，例如高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石。这些材料具有不同的化学成分，并且具有不同的特性和性能，尤其是与韧性和硬度有关，尤其是在切削过程中在切削刃处或在切削刃附近的高温下。 [0003] 过去和现在的切削刀具材料研制的一个目的是研制具有高韧性和高硬度的材料。然而，到目前为止，切削刀具材料的选择总是韧性和硬度之间的折衷。 [0004] 陶瓷或陶瓷材料非常硬且比硬质合金更耐热，因此可用于高切削速度的金属切削。陶瓷的一个重要优点是它们在高温下的稳定性。立方氮化硼比陶瓷硬，但具有比陶瓷更贵的缺点。与硬质合金相比，陶瓷不那么坚韧，这意味着它们更脆弱或更易碎，且具有较小的弯曲强度。陶瓷可以是氧化铝基的陶瓷或硅基的陶瓷或氮化硅基的陶瓷，或者这些陶瓷的混合物。它们可通过“晶须”加强。常见的陶瓷类型包括Al2O3、Si3N4和SiAlON。 [0005] 在某些金属切削或加工操作中，诸如在由耐热超合金(HRSA)制成的工件中铣削深凹槽或腔体时，需要一种长而细的铣削刀具或铣削装置，其能够在高切削速度下实现较低的切削刃磨损，具有可预测的刀具寿命和高精度(即，所加工的部件上的几何偏差小)。理想地是，这种铣削刀具或铣削装置具有低制造成本和/或很少的制造步骤。 [0006] 用于这种加工操作的已知的铣削刀具或铣削装置包括端铣刀、可更换刀头的铣削刀具和具有扁平形刀片的铣削刀具。 [0007] 端铣刀通常是圆柱形的整体，它们被夹在卡盘中。端铣刀可以由各种材料制成，硬质合金是常见的选择。US8647025公开了一种由单块陶瓷材料制成的端铣刀。 [0008] 可替换刀头的铣削刀具包括具有切削刃的前部的可更换头部，该前部的可更换头部在其后部处被安装在刀具中。将这种可更换刀头安装在刀具中的一种方法是通过配合螺纹。这种装置在EP2167263B1中示出，其中可更换刀头由一整块硬质合金制成。 发明内容[0009] 本发明的目的是提供一种铣削装置，该铣削装置可用于利用陶瓷切削刃以高切削速度切削金属工件中的深凹槽，且具有改善的刀具寿命。第二个目的是提供可以以成本有效方式制造的铣削装置。上述目的中的至少一个通过根据权利要求1所述的铣削装置来实现，即一种铣削装置，其能够围绕纵向中心轴线(A)沿一个方向旋转，该纵向中心轴线(A)限定向前方向和相反的向后方向，该铣削装置包括前部和后部，该前部包括切削刃，所述切削刃各自具有纵向延伸部，该前部包括切屑槽，所述切屑槽各自具有纵向延伸部，所述前部由整块陶瓷制成。该后部被构造成固定在可旋转的刀具主体或可旋转的卡盘中，其特征在于，该后部由整块硬质合金制成，该后部的前端表面具有比该前部的后端表面更小的面积，该后部的前端表面和该前部的后端表面通过接头彼此永久地结合或钎焊在一起。 [0010] 通过包括陶瓷前部和硬质合金后部的这样的铣削装置，可以实现切削刃的长刀具寿命，同时当铣削装置围绕其纵向中心轴线旋转时，在断裂之前、在操作或加工或切削期间，还允许铣削装置的一定量的弯曲。换句话说，与US8647025中公开的端铣刀相比，在与切削刃相距相对较大(10-100mm)距离的铣削装置的一部分中的抗断裂或裂纹性能得到增加。这种改进是因为：与陶瓷相比，硬质合金具有较高的韧性。这种铣削装置还具有减少在切削期间受到不期望的振动的风险，这种不期望的振动可能在加工表面上产生颤动痕迹。这种降低的风险是因为：与陶瓷相比，硬质合金的密度较高。这种铣削装置也具有很坚固的接头，因为金属切削过程中的高温在位于离接头相对较远的工作切削刃处，或接近所述工作切削刃。因此，在切削期间，接头的温度上升将相对较低。与实心陶瓷铣削装置相比，这种铣削装置还具有降低的材料成本，因为只有前部由更昂贵的陶瓷材料制成，而后部由较便宜的硬质合金材料制成。这样的铣削装置还具有相对较低的制造成本，因为仅需要一个接头即可，而不管切削刃的数量如何。陶瓷前部优选地被磨削，使得其质心位于纵向中心轴线处。陶瓷前部优选地包括2-6个切削刃。铣削装置的所有切削刃形成在相同的整块陶瓷中。 纵向中心轴线是铣削装置的旋转轴线。铣削装置适于在加工或金属切削期间围绕纵向中心轴线沿一个方向旋转。每个切削刃都有相关的切屑槽。由硬质合金制成的后部优选由包含体积百分比为80-95％的WC和5-20％的Co的烧结硬质合金制成。陶瓷前部和硬质合金后部通过接头彼此永久地结合或钎焊在一起。接头必须有足够的强度。实现这种接头的一个合适的示例是使用活性银钎焊填料金属进行钎焊。钎焊是接合两个部件的工艺，在这两个部件中，填料金属被加热到填料金属熔化的温度。在冷却之后，这两个部件永久结合在一起。 接头也可以是胶粘剂，其可用于实现永久结合。铣削装置可以是端铣刀的形式，即，包括适于通过卡盘(例如，液压卡盘)固定的圆柱形后部。在使用之后，可以从卡盘中取出端铣刀。 铣削装置还可以是可更换刀头的铣削刀具的形式，即，通过例如相应的螺纹而固定在可旋转的刀具主体的前端的刀具的一部分。在使用之后，可从可旋转的刀具中移除可更换刀头的铣削刀具。铣削装置的直径优选为5mm至40mm。当表面投射在与纵向中心轴线垂直的平面上时，后部的前端表面具有比前部的后端表面更小的面积。后部的前端表面和前部的后端表面优选具有对应的形状。一个这样的布置是：后部的前端表面和前部的后端表面均是平坦的且垂直于纵向中心轴线(A)。另一种这样的布置是：后部的前端表面包括脊部，而前部的后端表面包括凹槽。 [0011] 根据一个实施例，后部包括用于将铣削装置固定在可旋转的刀具主体中的对应螺纹中的螺纹，其中后部包括径向外部握持表面，所述径向外部握持表面用于当通过旋转运动将铣削装置固定在铣削装置中以及从铣削刀具主体释放铣削装置时，与扳手或扳钳接合，并且其中握持表面被形成于后部的螺纹和前端表面之间。通过这样的布置，在使用之后，可以容易地移除铣削装置。它可用于具有不同长度和形状的可旋转刀具。优选地，握持表面彼此相对地定位。优选地，握持表面是平坦的。优选地，握持表面是相对的腔体的平坦的底表面。 [0012] 根据一个实施例，通过磨削形成切削刃和切屑槽，其中握持表面通过压制和烧结形成，并且其中螺纹通过磨削形成。这样的铣削装置制造起来相对较便宜，因为在形成握持表面时不进行随后的磨削。 [0013] 根据一个实施例，前部的后端表面和后部的前端表面垂直于纵向中心轴线(A)。这种铣削装置也具有相对低的制造成本，因为例如通过磨削操作，垂直于纵向中心轴线的平面相对容易制造。 [0014] 根据一个实施例，前部的纵向后端表面是与纵向中心轴线同心的圆形表面，其中后部的前端表面是与纵向中心轴线同心的圆形表面。通过这种铣削装置，接头可以具有相对大的面积，因此可以更坚固。已经发现圆形适合于可旋转的刀具。 [0015] 根据一个实施例，前部的纵向后端表面与后部的前端表面相比从纵向中心轴线延伸更大的距离。 [0016] 根据一个实施例，前部具有离纵向中心轴线(A)的最大径向距离，该最大径向距离大于从纵向中心轴线(A)到后部的周界的最大径向距离。通过这种铣削装置，当加工深凹槽时的可接近性得到改善。换句话说，后部不会冒与所要加工的部件接触的风险。此外，后部由比前部耐磨性较差的材料制成，在切削过程中，其被切屑损坏的风险较小。 [0017] 根据一个实施例，切屑槽具有后端点，所述后端点位于前部中，与接头相距一段纵向距离。通过这种铣削装置，因为当切屑槽在前部中、离前部的后端表面一段距离处终止时，前部的后端表面的面积更大，所以能够提高接头的强度。这是因为：切屑槽是腔体或切口，即：其中一块材料已经从前部移除的切屑空间，从而与纵向中心轴线(A)垂直的前部的面积在切屑槽存在的情况下减小。通过这种铣削装置，切屑变得与后部接触的风险较小，该后部由硬质合金制成，其耐磨性小于由切屑引起的磨料磨损。优选地，切屑槽在朝向接头的方向上具有减小到零深度的深度。 [0018] 根据一个实施例，切屑槽具有纵向后端点，所述纵向后端点在纵向上位于比切削刃的纵向后端点更靠近接头的位置。通过这种铣削装置，排屑得到改善，因为通常希望使切屑在通常远离工作的切削区域的纵向向向后方向上流动。 [0019] 根据一个实施例，切削刃被成形为具有相等半径的圆弧，其中切削刃围绕所述纵向中心轴线(A)对称地布置，其中切削刃的前端点位于纵向中心轴线(A)上离接头相同的距离处。这种铣削装置适合用于仿形铣削或铣削装置的进给方向在垂直于纵向中心轴线的方向上的操作。在这种操作中，切削刃的最靠近纵向中心轴线的部分在切削过程中是工作的，而与切削深度无关，并且由于具有低热传导率的陶瓷材料，接头处的温度升高相对较低。从接头到切削刃的前端点的距离相对较大，这降低了接头的温度上升，从而增加了在切削期间接头的强度。这种铣削装置具有降低的耐凹口磨损性，这是在加工耐热超合金(HRSA)(特别是镍基超合金)时切削刃的主要的磨损机制。 [0020] 根据一个实施例，前部由Al2O3、Si3N4或SiAlON制成。通过这种铣削装置，发现前部在高切削速度下、尤其是在耐热超合金中具有较长的刀具寿命。SiAlON，其是硅+铝+氧+氮，是用于加工基于镍的耐热超合金的优选陶瓷。SiAlON基于氮化硅(Si3N4)和氧化铝(Al2O3)。 [0021] 根据一个实施例，接头包括焊料，焊料包含重量百分比为58-62％的Ag、23-25％的Cu、13-13％的In和1.5-2.5％的Ti。焊料是易熔金属合金。通过这种铣削装置，已经发现陶瓷与硬质合金之间的接头提供了改进的接头强度。优选地，使用来自日本东京卜拉泽有限公司(Tokyo Braze Co Ltd.)的活性银钎焊填料金属“TB-629T”制造接头。 [0022] 根据一个实施例，接头包括焊料，该焊料包含重量百分比为55-60％的Ag、25-30％的Cu和1-2％的Ti。通过这种铣削装置，已经发现陶瓷与硬质合金之间的接头提供了改进的接头强度。 [0023] 根据一个实施例，铣削刀具包括铣削装置和可旋转的刀具主体，该可旋转的刀具主体包括与铣削装置的螺纹相对应的螺纹，可旋转的刀具主体由钢制成，可旋转的刀具主体的螺纹为内螺纹，铣削装置的螺纹为外螺纹。通过这种铣削装置，与如果内螺纹形成在后部中相比，铣削装置相对容易制造。 [0024] 根据一个实施例，一种制造铣削装置的方法包括以下步骤：供应由整块硬质合金制成的后部，该后部具有纵向中心轴线，该纵向中心轴线限定向前方向和相反的向后方向；磨削后部的纵向前端表面；对后部的前端表面进行喷砂；清洁后部的纵向前端表面；供应由具有限定前部的后端表面的圆形表面的整块陶瓷制成的圆柱形前部，该前部的后端表面的面积大于后部的前端表面的面积；清洁前部的后端表面；放置前部，使得纵向中心轴线(A)处于竖直位置；在后部的前端表面上涂敷活性银钎焊填料金属；将后部的前端表面抵靠前部的后端表面定位；在8-12分钟内，将前部、后部和填料材料加热至140℃至160℃的温度； 在22-26分钟内，将前部、后部和填料材料加热至740℃至760℃的温度；磨削前部，以便在前部中形成切削刃和切屑槽。这种铣削装置也具有相对低的制造成本，因为当接合前部和后部时，圆柱形陶瓷前部不必与硬质合金后部完美对准。换句话说，当接合这些部分时，圆柱形陶瓷前部的中心轴线不必与硬质合金后部的中心轴线重合。 附图说明 [0025] 图1是根据本发明的第一实施例的铣削装置的立体图。 [0026] 图2是图1中的铣削装置的另一立体图。 [0027] 图3是图1中的铣削装置的侧视图。 [0028] 图4是图1中的铣削装置的前视图。 [0029] 图5是图1中的铣削装置的俯视图。 [0030] 图6是图1中的铣削装置的后视图。 [0031] 图7是根据本发明的第二实施例的铣削装置的侧视图。 [0032] 图8是图7中的铣削装置的立体图。 具体实施方式[0033] 图1-6示出了根据第一实施例的铣削装置(1)，其示出了可更换刀头类型的铣削装置(1)。该铣削装置(1)可围绕限定向前方向或前向以及相反的向后方向或后向的纵向中心轴线(A)沿一个方向旋转。铣削装置(1)包括通过接头彼此结合或钎焊在一起的前部(3)和后部(2)。如图3所示，前部(3)相对于接头仅沿向前方向或前向延伸，并且后部(2)相对于接头仅沿相反的方向延伸，所述相反的方向是向后方向或后向。在向后方向或后向上比后部(2)更远的是旋转机床主轴(未示出)，其是诸如加工中心或其它CNC机床(未示出)的机床的一部分。铣削装置(1)可以通过至少一个可旋转的刀具主体(未示出)连接到旋转的机床主轴。铣削装置用于加工金属工件，例如钢基或镍基的材料。铣削装置(1)的前部(3)包括两个切削刃(4、4')，每个切削刃具有相等长度的纵向延伸部。两个切削刃(4、4')各自具有相等长度的径向延伸部，该长度从纵向中心轴线(A)延伸到铣削装置(1)的最大径向尺寸。换句话说，与离纵向中心轴线(A)具有最大径向距离的切削刃(4、4')的那一部分相比，铣削装置(1)的任何部分都不从纵向中心轴线(A)延伸更大的径向距离。每个切削刃(4、4')具有作为圆弧、更具体地四分之一个圆的形状。切削刃(4、4')彼此相对地定向，使得在前视图中，如在图4中所看到的那样，切削刃(4、4')相对于彼此形成180°的角度。与每个切削刃(4、4')相邻的前刀面的法向矢量指向相反方向。相邻的每个切削刃(4、4')是呈切口形式或腔体形式的切屑槽(5、5')，其具有纵向延伸部。切屑槽(5、5')是切屑可以形成和在切屑形成之后可以移动的空间。在切削期间，切削刃(4、4')形成切屑，其将形成将与切屑槽(5、5')的前刀面和底面接触的切屑。切削将产生铣削装置(1)的温度升高。最高温度将位于切削刃(4、4')处或其附近(<1mm距离)。与移动的切屑的接触将产生磨料磨损。前部(3)由一整块陶瓷制成。Al2O3、Si3N4、SiAlON或这些材料的混合物是合适的陶瓷的示例。陶瓷可以是晶须增强的。立方氮化硼(CBN)、金刚石、硬质合金、金属陶瓷和高速钢(HSS)在本文献含义中不是陶瓷的材料的示例。前部(3)的所有外表面均通过磨削形成。前部(3)具有前端和相对的后端，在前端中，切削刃(4、4')在纵向中心轴线(A)处相会合，所述后端则呈与纵向中心轴线(A)同心且垂直的圆的形式。前部(3)的后端永久结合或钎焊到后部(2)的前端。后部(2)包括彼此相对定向的平坦的径向外部握持表面(7)，如图5所示。当要将铣削刀具装置(1)安装或固定在可旋转的刀具主体(未示出)的刀座中时，具有抵靠握持表面(7)定位的表面的扳手或扳钳(未示出)沿一个方向转动，这导致铣削装置(1)的旋转。螺纹(6)在可旋转的刀具主体(未示出)中具有相应的螺纹。握持表面(7)位于后部(2)的螺纹(6)和前端表面之间。后部(2)的前端呈垂直于纵向中心轴线(A)的表面的形式。后部(2)由整块硬质合金制成，优选包含体积含量为80-95％的WC和5-20％的Co，其在压制后进行烧结。从图3和图5可以看出，在接头处有台阶。换句话说，在接头处，前部(3)的后端表面比后部(2)的前端表面延伸更大的径向距离，使得形成径向台阶。该台阶长度为0.1mm至5mm。后部(2)的纵向延伸部为8mm至30mm。前部(3)的纵向延伸部是后部(2)的纵向延伸部的20％至60％。前部(3)的最大直径为8mm至 40mm。后部(2)的最大直径为前部(3)的最大直径的80％至99.5％。 [0034] 图7-8示出了根据第二实施例的呈端铣刀形式的铣削装置(1)。它具有与根据第一实施例的前部(3)相同的前部(3)。此外，接头和后部(2)的前端也与第一实施例相同。后部(2)具有圆柱形的形状。铣削装置(1)可以位于例如液压卡盘(未示出)的腔体中，并且通过液压夹紧在其中。附加布置是可能的，例如与液压卡盘的腔体内的拉出防止装置相配合的、位于径向表面中的径向表面中的螺旋槽。根据第二实施例的后部(2)的纵向延伸部是50mm至150mm。所有其它性能与根据第一实施例的铣削装置(1)相同。 [0035] 根据第一实施例的铣削装置(1)根据以下方法制造。供给由整块硬质合金制成的后部(2)，后部(2)具有限定向前方向和相反的向后方向的纵向中心轴线(A)。握持表面(7)单独通过压制和烧结形成。螺纹(6)通过压制和烧结连同随后的磨削操作而形成。后部(2)的纵向前端表面被磨削成使得形成后部(2)的与纵向中心轴线(A)垂直的前端表面。前端被喷砂，并且用酒精清洗。供给由整块陶瓷制成的圆柱形前部(3)，其呈SiAlON的形式，具有限定前部(3)的后端表面的圆形表面。前部(3)的后端表面的面积大于后部(2)的前端表面的面积。用酒精清洗前部(3)的后端表面。前部(2)被放置成使得纵向中心轴线(A)处于竖直位置。在后部(2)的前端表面上涂敷呈活性银钎焊填料金属形式的糊膏。活性银钎焊填料金属包含重量百分比为58-62％的Ag、23-25％的Cu、13-13％的In和1.5-2.5％的Ti。商标名为“TB-629T”，来自日本东京卜拉泽有限公司。后部(2)的前端表面抵靠前部(3)的后端表面定位。因为前部(3)具有较大的后端表面，所以定位不需要绝对精确。换句话说，前部(3)和后部(2)的纵向中心轴线不必重合。它们仅需要平行。在140-160℃的环境中，将铣削装置(1)，即前部(3)、后部(2)和填料材料预热8-12分钟。然后，通过在740-760℃的温度环境下，在22-26分钟内加热铣削装置(1)，将前部(3)和后部(2)钎焊到彼此。由此，前部(3)和后部(2)永久地彼此结合。之后，将前部(3)磨削，使得在前部(2)中形成切削刃(4、4')和切屑槽(5、 5')。此外，将前部(3)的附加材料磨削，使得前部(3)的质心位于纵向中心轴线(A)处。 [0036] 根据第二实施例的铣削装置(1)以与根据第一实施例的铣削装置相似的方式制造。不同之处在于，所提供的后部(2)具有圆柱形形状。它不包括握持表面或螺纹。 |
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