专利名称：刀夹和带有断屑面的金属切削刀片的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及金属加工，具体地说，涉及一种金属切削刀片以及用于夹持金 属切削刀片的刀夹。
背景技术：
具有各种各样的切屑控制形状的金属切削刀片在本领域内是已知的。美国专利 No. 3654681公开了一种金属切刀，其特征在于，其切削部分设有断屑面，该断屑面包括位于 切削刃之后的相对的倒棱面，其有助于提供用于除屑目的的间隙。美国专利No. 3815191介 绍了一种切屑成形刀片，该刀片使切屑具有纵向延伸的凸出部分，以使切屑变硬并改变其 形状。美国专利No3973308介绍了一种具有若干凹部或凹口的切削工具，这些凹部相互间 分开，并位于切削刃的内侧且与之间隔开。Huston的美国专利No. 4629372公开了一种具有 断屑面的切削刀片，其可用作分离或切断工具。当将已知的刀片设计用在低强度的韧性钢上时，其会固有地存在若干问题。低强 度韧性钢的例子包括304L和316L不锈钢，以及1010和1026碳素钢，为了更容易地在心轴 上拉拔以形成管材，其具有较低的强度。在切断操作期间，当采用一定的引导角(lead angle)以确保已制出部分可以干净 利落地从管料和棒料上切断下来时，会使得控制切屑的任务更加困难。由具有一定引导角 的切刀所形成的切屑趋向于沿着垂直于切削刃的方向流动。由于轴向上的作用力分量，导 致在与工件初始接触时所产生的断屑更容易地流动成螺旋形状，而不是更希望有的更容易 控制的像钟表弹簧的形状。已经采用了大量的技术来补偿断屑的趋向，该断屑主要受到引 导角的引导，以致形成了螺旋形切屑。在这些技术中采用了一种相对于刀具的中心线为不 平衡的断屑器，以便可阻碍螺旋化的趋向。另一所尝试的技术提供了一种具有与引导角大 小相等但方向相反的后壁的断屑器。另一所尝试的技术采用了非均勻高度的切削刃，该切 削刃通过尝试向引导角的轴向作用力中引入反作用力来阻碍引导角的影响。尽管这些技术 对于某些工作来说是足够用的，但是它们在应用范围上还是非常有限的，并且为了获得切 屑控制要在加工中经常性地提高切削压力，这样会牺牲刀具的寿命。例如上面提到的那些切削刀片通常夹持在形成了切削刀具组件的一部分的刀夹 中。刀夹通常是滑动机构的一部分，该滑动机构可使刀片处于由待执行的操作所决定的预 定工作位置上。应当清楚，当进行机加工操作例如开槽、切断或仿形切削时，会在切削刀片 和刀夹上施加较大的作用力。给定的切削刀具组件通常可采用各种各样的切削刀片，包括 具有定位成具有一定引导角的切削刃的刀片，以及具有定位成相对于刀片的纵向轴线成直 角的切削刃的刀片。在本领域中已知有整体柄式刀夹，其采用了挠性的上部，该上部铰接成使得当紧固器上紧时可使该上部偏转，以便刚性地夹紧双头的V形底的刀片。除了具有可以确保切 削刀片正交于工件的单件刚性结构的优点之外，刀夹还可通过用作用于各种刀片构造的标 准平台而简化仓储、定货和设计。希望有一种可以通过同一刀夹来容纳具有特定宽度但具 有可变转角半径的V形底开槽刀片、V形底仿形切削刀片以及切断刀片，允许用公用刀夹来 执行多种组合的功能。对于要确保所有这些切削刀片具有一致的性能来说，重要的是克服 刀片之下和之后的切向和径向切削作用力来支承刀片的能力。V形底的支承构造可确保这 种位于切削刀片之下的公用刚性支承。通常将刀夹设计成具有精确加工的定位面，双头刀 片的未使用的切削刃可定位在该表面上。该定位面可执行至少两种功能，即，可确保抵抗径 向上的切削作用力，还可使刀片在径向上精确地定位，以确保正确的开槽深度或者完全的 切断。刀夹的定位面通常是平面的，并定位成具有一定角度，以便与将要定位在其上的切削 刀片前部的配对的平面型留隙面精确地相匹配。该表面定位成平行于工件的轴向中心线。一些切断刀片利用引导角来确保某一部分被完全切断，而没有在该部分上留下不 希望有的尖端或突起。当这种类型的刀片安装到上述类型的刀夹上时，可靠地支撑了开槽 刀片或纵向切断刀片的平面型刀夹的支撑定位面不再能够提供较大的接触面积，而只是弱 得多的且尺寸上更不连贯的线接触。在本领域内已知有可解决这种问题的若干技术。这些 技术并不能完全令人满意，在一些情况下还会给刀片的制造成本增加不必要的开支。
发明内容
本发明提供了一种用于切削金属的新型的改进刀片，其提供了多个断屑面，这种 构造在切削低强度的韧性钢时尤其有效。在具有定位成一定引导角的切削刃的切削刀片 内，多个断屑面在提高切屑控制的方面也是有效的。根据本发明的第一方面，提供了一种具有前留隙面的金属切削刀片，所述前留隙 面的上边缘形成了切削刃，一对间隔开的第一前刀面从所述切削刃中延伸出来，各所述第 一前刀面至少部分地形成了第一断屑面，所述第一前刀面设于槽道的两侧，所述槽道包括 从所述切削刃附近开始的入口部分，一对第二断屑面从所述第一断屑面中延伸出来，各所 述第二断屑面通过过渡面与相关的第一断屑面互连，各所述第二断屑面相对于与其相关的 第一断屑面向上升起，当切屑从旋转工件上切下时，所述第一断屑面使切屑产生初始卷曲， 同时所述槽道可促使所述切屑的中部硬化，所述第二断屑面使所述切屑进一步卷曲，以便 减小所述切屑的卷曲直径。根据本发明的第二方面，提供了一种金属切削刀片，包括a)设置于柄部两侧的 一对切削部分；b)可与切削刀片夹接合的夹紧结构，通过所述切削刀片夹可将所述金属切 削刀片夹持在工作位置，在此处所述切削部分中的一个位于相对于旋转工件的工作位置； 以及C)所述切削部分的至少一个具有前留隙面，所述前留隙面的上边缘形成了切削刃，一 对间隔开的第一前刀面从所述切削刃中延伸出来，各所述第一前刀面至少部分地形成了第 一断屑面，所述第一前刀面设于槽道的两侧，所述槽道包括从所述切削刃附近开始的入口 部分，一对第二断屑面从所述第一断屑面中延伸出来，各所述第二断屑面通过过渡面与相 关的第一断屑面互连，各所述第二断屑面相对于与其相关的第一断屑面向上升起，当切屑 从旋转工件上切下时，所述第一断屑面使切屑产生初始卷曲，同时所述槽道可促使所述切 屑的中部硬化，所述第二断屑面使所述切屑进一步卷曲，以便减小所述切屑的卷曲直径。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于可靠地安装金属切削刀片的刀夹，所述 类型的刀片包括设置于柄部两侧的一对切削部分，以及可与所述切削刀片夹接合的夹紧结 构，通过所述切削刀片夹可将所述金属切削刀片夹持在工作位置，在所述位置中所述切削 部分之一位于相对于旋转工件的工作位置，所述刀夹包括底部和夹紧臂，所述夹紧臂与所 述底部一起形成了用于容纳所述切削部分之一的间隙，所述夹紧臂可与所述切削刀片形成 的所述夹紧结构相接合，所述刀夹形成了第一和第二平面型对接面，所述第一对接面适于 与具有定位成非零度引导角的切削刃的切削刀片的切削部分所形成的定位面相接合，所述 第二对接面适合于与具有基本上零度引导角的切削刃的切削刀片的切削部分所形成的定 位面面对面相接合。在该优选的所示实施例中，切削刀片包括从前切削刃延伸到一对相关的第一断屑 面上的一对前刀面。一对第二断屑面设置在第一断屑面的下游，并通过过渡面而分隔开。当 切屑离开刀具的切削刃时，第一断屑面使切屑产生初始的卷曲。通过导致在切屑中部形成硬化的肋，具有入口部分和出口部分的中心槽道趋向于 使切屑变硬。至少对于一些材料来说，第一断屑面所施加的初始卷曲比所希望的更小。随 着带有比所希望的更小卷曲的切屑沿着刀片继续移动，切屑会遇到趋向于向切屑施加更大 卷曲的第二断屑面，在刀片具有引导角的情况下，第二断屑面趋向于将切屑的构造改变成 更像钟表弹簧的形状，而不是螺旋形状。在该优选的所示实施例中，金属切削刀片包括设置于柄部两侧上的一对切削部 分。由刀片所形成的夹紧结构可与切削刀片夹相接合。在该示范性实施例中，设置于柄部 的任一端上的切削部分基本上是一样的，并且包括上述的第一断屑面和第二断屑面。在该 优选实施例中，金属切削刀片由碳化物材料模制而成，并适合于用作一次性使用的碳化物 刀片。本发明同样适合于具有定位成非零度和大致零度引导角的切削刃的金属刀片的切削 部分。本发明还提供了一种用于上述切削刀片以及其它类型刀片的刀夹，所述其它类型 刀片包括带有和不带有引导角的刀片。为了容纳各种各样的刀片，刀夹包括一对对接面，其 中一个对接面与给定的刀片相接合。在所示实施例中，对接面是平面型的，并且是相邻接 的。对于带有引导角的切削刀片来说，刀夹提供了可与形成于刀片上的倾斜平坦表面相接 合的倾斜平坦表面。对于具有正交切削刃(相对于刀片的纵向轴线而言，即切削刃大体上 平行于工件的旋转轴线)的切削刀片来说，该刀夹提供了定位成可与刀片上的定位面完全 接合的对接面。根据本发明，具有定位成基本上零度引导角的切削刃的金属切削刀片包括刀片定 位面，该定位面定位成一定的角度，使得通过该平面型定位面的平面所画的横向线与切削 刀片的纵向轴线正交。该定位面可与刀夹所形成的其中一个对接面面对面地接合。如果金 属切削刀片的前切削刃具有非零度的引导角，那么定位面形成为以不同于前留隙面的角度 而远离刀片的前留隙面延伸，并且定位成使得通过定位面的平面所画的横向线与切削刀片 的纵向轴线正交。该定位面可与刀夹所形成的另一对接面面对面地接合。在所示实施例中，刀夹包括底部和夹紧臂，夹紧臂可与刀片所形成的夹紧结构相 接合。刀夹适于容纳并紧固具有形成于柄部任一侧的基本上相同的切削部分的切削刀片， 以便定位其中一个切削部分来对旋转工件执行机加工操作，而另一切削部分容纳于刀夹中，并定位成使其定位面与刀夹所形成的其中一个对接面面对面地接合。通过结合附图来阅读下文中的具体介绍，可以清楚本发明的其它特点，并且可获 得对本发明的更全面的了解。
图1是根据本发明的优选实施例来构造的切削刀片的顶视平面图；图2是图1所示切削刀片的侧视图；图3是切削刀片的端视图；图4是切削刀片的局部透视图；图5是图1所示刀片的局部侧视图；图6是根据本发明的优选实施例来构造的刀夹的透视图；图7是显示了处于工作位置的带有图1所示类型的切削刀片的图6所示刀夹的局 部视图；图8是显示为安装在图7中的切削刀片的局部透视图；图9是带有显示为安装在工作位置中的备选切削刀片的图6所示刀夹的局部视 图；以及，图10是显示为安装在图9中的备选切削刀片的局部透视图。
具体实施例方式图1到4显示了根据本发明的优选实施例来构造的金属切削刀片10的总体结构。 在使用中，刀片10被夹紧在刀夹100中(见图6)。通常来说，刀夹形成了滑动机构的一部 分，该滑动机构可将切削刀片10的切削刃14定位成与旋转工件(未示出)相接触，以便在 工件上执行切削操作。在所公开的实施例中，刀片10包括一对位于柄部IOc两侧上的切削部分10a、10b。 在使用中，刀片10的柄部IOc被夹紧到刀夹100 (如图6中所示)上，该刀夹100使切削部 分之一即IOa定位并支撑在机加工位置上。在该切削部分IOa磨损后，刀片10在刀夹100 中旋转180°，以便将另一切削部分IOb定位于机加工位置。如在图2和3中可清楚看到 的那样，刀片10包括向上延伸的突起16，如下文将要介绍的那样，该突起16可与刀夹相接 合。突起16与刀夹100的接合用来将刀片刚性地安装在其工作位置，并且其中一个切削部 分之处于可对旋转工件执行机加工操作的位置上。在该优选实施例中，刀片10可由相对较硬的材料如碳化物、金属陶瓷、陶瓷等制 成。刀片优选采用本领域已知的粉末冶金技术模制而成。然而，本发明也可采用其它的用 于形成或制造刀片的方法和技术，也可以采用不同于以上所述的那些材料。在所示实施例中，切削部分10a、10b基本上是一样的，因此，只对切削部分IOa进 行介绍。如上所述，切削部分IOa包括前切削刃14。优选为平面的前留隙面20从前切削刃 14中向下延伸。在所示实施例中，如在图1中可清楚看到的那样，切削刃14定位成角Θ。 通常将该角度叫做引导角。然而，本发明的原理还可适用于切削刃14并未定位在引导角 下、即θ =0度的实施例。应当指出的是，引导角通常从与切削刀片10的纵向轴线正交的 平面或线25开始测量。
一对间隔开的下凹前刀面26a、26b从切削刃14中向后延伸(如图1所示)。具体 参考图2和4，前刀面26a、26b相对于前切削刃14下降，然后向上升起，并连接到或融入到 相对较短的凸面28a、28b中。前刀面26a、26b的向上弯曲部分与凸面28a、28b—起形成了
第一断屑面。参考图1，下凹前刀面26a、26b设于凹谷形槽道30的两侧。槽道30在切削部分 IOa内基本上居中设置。槽道30包括入口部分30a，其从刀片的前切削刃14处或其附近开 始，并形成了切削刃14的中间部分14a。入口部分30a包括底部31 (见图5)，该底部31相 对于前切削刃14下降(如图2和5所示)，还包括向上弯曲的侧部，这些侧部经由中间融合 面32a、32b融入到前刀面26a、26b中。中心槽道30的入口部分30a还可包括渐增的横向 尺寸。入口部分30a经由过渡面29a、29b、29c平滑地过渡到凹部或槽道30的出口部分 30b中。出口部分30b的底面33 (见图5)以与入口部分30a的底面31相比稍微不同的轮 廓向下延伸，然后向上升起(如图5所示)。椭圆形曲面从底面33中向上升起，并经由椭圆 形过渡面40连接到刀片的顶面上。随着切削刃14切入工件，切削操作所产生的切屑在下凹前刀面26a、26b上运动。 由于中间凹部或槽道30的存在，切屑的中部没有受到支撑。当切屑的中部弯向槽道时，支 撑的缺乏会导致在切屑的中部形成硬化肋，从而会使切屑变硬且变窄。随着切屑移动到前 刀面26a、26b的向上弯曲的部分，切屑就产生了卷曲。根据本发明，在第一断屑面26a、26b、28a、28b的上面和后面设有第二断屑面。如 图4最佳地显示，第二断屑面包括较短的凹面44a、44b，它们从相应的过渡面46a、46b中延 伸出来，并与相关凸面48a、48b合并，而凸面48a、48b融入到基本上水平的表面50a、50b 中。在所示实施例中，过渡面46a、46b基本上是水平的，并将第一断屑面与第二断屑面互连 起来。应当理解的是，将描述为“水平”或“垂直”表面进行分类是为了从图中所示的方位 来方便介绍。然而，本发明不应限制为具有“水平”或“垂直”表面的刀片。当将所公开的切削刀片10用于加工韧性材料如低碳钢和奥氏体不锈钢时，第一 断屑面可使在切削操作中产生的切屑形成初始的卷曲。然而，随着其继续朝着切削刀片的 后方(如图2所示)移动，其会遇到第二断屑面，该第二断屑面可使切屑进一步地更紧密卷 曲。这种情况与槽道30所提供的变硬相结合，可以导致切屑最终破裂。还已发现，当该公 开的切削刀片制成在前切削刃14上带有引导角时，第二断屑面趋向于阻碍切屑形成为螺 旋结构的趋势，而代之以促使切屑变形成为形状上更类似于钟表弹簧的结构。在该优选构造中，刀片由相对较硬的材料如碳化物、金属陶瓷或陶瓷制成。刀片可 采用本领域已知的粉末冶金技术模制而成。在优选实施例中，刀片采用已知的技术模制而 成，并用于一次性使用。采用该优选的构造，在切削刀片的切削部分磨损之后就可将其丢 弃，而不再用于重磨或改制。如上所述，在该优选实施例中，切削刀片是模制而成的。当采用模制工艺生产本发 明的切削刀片时，应当理解，如图所示的表面构造并不一定要与图中所示的一样地清楚界 定。另外，通常在模制工艺之后在切削刀片上涂上涂层，例如氮化钛、碳氮化钛或氮化铝钛， 其可改善切削性能并延长刀片的寿命。采用涂层还可使所公开的表面构造在外观上更不明 显。不过，本发明仍可构思出具有所公开特性而不太清楚界定的表面构造的切削刀片。
图6显示了根据本发明的优选实施例来构造的切削刀片夹100的整体结构。所公 开的刀夹100包括一定的特征，这些特征可允许图1到5所公开类型的刀片以及具有各种 构造的其它类型刀片安装到其上。刀夹100包括底部102和夹紧臂104。在所公开的实施例中，刀夹100是单体式构 造(底部102和夹紧臂104由单件材料整体式形成)。然而，应当理解的是，本发明的原理 可适应于其它类型的刀夹构造，不应局限于图6中所示的单体式构造。刀夹100包括安装柄100a，通过该安装柄IOOa便可将刀夹100适当地安装或连接 到机床上。如上所述，刀夹通常紧固到滑动机构上，其可使刀夹以及与其相关的切削刀片移 动到各个位置，以便对旋转工件如棒料或管料(未示出)执行切削操作。在夹紧臂104和底部102之间形成有间隙106。切削刀片例如前面所介绍的切削 刀片10可拆卸地安装于该间隙106内。图7显示了切削刀片10在间隙106内的定位和安 装。在所示实施例中，底部102包括V形槽道110，其适合于容纳形成于刀片10底部的 互补形V形部分112，该V形部分112在图4和8中最佳地示出。夹紧臂104包括适合于与 形成在刀片10上的突起16相接合的倒V形面。根据本发明，刀夹100包括一对邻接的平面型对接面120、122，其中的至少一个与 形成于切削刀片上的定位面对接。如下文将要介绍的那样，两个对接面120、122使得刀夹 100能够容纳各种各样的切削刀片。具体参考图7和8，当图1到5所示类型的刀片10由刀夹100夹持住时，由刀夹 100所形成的上对接面122与由刀片10所形成的定位面124对接。如上所述，切削刀片10 包括具有引导角θ的切削刃。在图1中最佳地显示了引导角的方位。为了提供与刀夹上 对接面122的平面型的面对面接合，形成在刀片10上的表面124可形成为向下延伸的倾斜 (相对于垂直面)平面。如图4和8所示，定位平面124相对于前留隙面20倾斜，它们的相 对角度取决于切削刃14的角θ。定位平面124优选相对于切削刀片的纵向轴线垂直地定 位，即通过定位平面124所画的水平线或横向线垂直于刀片10的纵向轴线。这样，在该优 选实施例中，形成于刀片10上的定位面124可与形成于刀夹上的对接面122完全接合，因 此就实现了与切削刃14的引导角无关的完全平面型的表面接触。一旦切削刀片10安装在图7所示的位置，就通过螺栓(未示出)将刀片10可靠 地夹紧住，该螺栓延伸穿过形成于夹紧臂104中的开孔140，并与在底部102 (未示出)中形 成的螺纹孔相接合。采用夹紧螺栓来使夹紧臂104向下弯曲以与刀片10紧密接合被认为 是常规的手段。本发明可以构思出用于在切削刀片10上产生夹紧或夹持力的其它构造。下对接面120用于与形成在其它类型的切削刀片上的定位面对接式接合。图9和 10显示了在构造上与刀片10相类似的刀片10'，不同之处在于前切削刃14'未定位成具 有引导角。切削刀片10'包括类似的V形面112'和16'，它们分别由底部102和夹紧臂 104所容纳并与之接合。如图10所示，刀片10'包括与图4中关于刀片10所示的表面20 类似的向下延伸的前留隙面20'。然而，刀片10'包括基本上竖直的并可与由刀夹100所 形成的下对接面120接合的下平面定位面124'。采用本发明，在刀夹100上可安装各种各样的切削刀片，包括在图1到5中所示类 型的具有引导角的切削刀片，以及其它构造的切削刀片，包括带有相对于旋转工件的旋转轴线无倾斜的切削刃的切削刀片，例如图9和10中所示的类型。 尽管在一定程度上具体地对本发明进行了介绍，但是应当理解，在不脱离如权利 要求所限定的本发明的精神或范围的前提下，本领域的技术人员可以对其进行各种改变。
权利要求
一种用于可靠地安装金属切削刀片的刀夹，所述类型的刀片包括设置于柄部两侧的一对切削部分，以及可与所述切削刀片夹接合的夹紧结构，通过所述切削刀片夹可将所述金属切削刀片夹持在工作位置，在所述位置中所述一对切削部分之一位于相对于旋转工件的工作位置，所述刀夹包括底部和夹紧臂，所述夹紧臂与所述底部一起形成了用于容纳所述一对切削部分之一的间隙，所述夹紧臂可与所述切削刀片形成的所述夹紧结构相接合，所述刀夹形成了第一和第二平面型对接面，所述第一对接面适于与具有定位成非零度引导角的切削刃的切削刀片的切削部分所形成的定位面相接合，以及所述第二对接面适合于与具有基本上零度引导角的切削刃的切削刀片的切削部分所形成的定位面面对面相接合。
2.根据权利要求1所述的刀夹，其特征在于，所述夹紧臂和底部由单件材料整体式地 形成。
3.根据权利要求1所述的刀夹，其特征在于，所述刀夹还包括安装柄，所述刀夹可通过 所述安装柄连接到机床上。
4.根据权利要求1所述的刀夹，其特征在于，所述底部包括适于容纳形成于切削刀片 底部上的互补形状部分的V形槽道。
5.根据权利要求1所述的刀夹，其特征在于，所述第一和第二对接面相邻接。
6.根据权利要求1所述的刀夹，其特征在于，所述切削刀片夹持在形成于所述夹紧臂 和所述底部之间的间隙内，夹紧螺栓推动所述夹紧臂与夹持在所述间隙内的刀片形成夹紧 式接合。
全文摘要
一种用于可靠地安装金属切削刀片的刀夹，该刀片包括设置于柄部两侧的一对切削部分，以及可与该切削刀片夹接合的夹紧结构，通过该切削刀片夹可将该金属切削刀片夹持在工作位置，在该位置中该一对切削部分之一位于相对于旋转工件的工作位置，该刀夹包括底部和夹紧臂，该夹紧臂与该底部一起形成了用于容纳该一对切削部分之一的间隙，该夹紧臂可与该切削刀片形成的该夹紧结构相接合，该刀夹形成了第一和第二平面型对接面，该第一对接面适于与具有定位成非零度引导角的切削刃的切削刀片的切削部分所形成的定位面相接合，以及该第二对接面适合于与具有基本上零度引导角的切削刃的切削刀片的切削部分所形成的定位面面对面相接合。
文档编号B26D3/00GK101979195SQ20101029793
公开日2011年2月23日 申请日期2003年10月17日 优先权日2002年10月18日
发明者N·P·C·童, V·辛普森三世 申请人:肯纳合金公司