用于加工的叠层材料刀具和方法
【专利摘要】一种用于加工叠层材料工件的刀具，该刀具包括刀具本体(23)，该刀具本体(23)包括延伸到所述刀具本体的前端(27)的一个或更多个螺旋排屑槽(25)。每一个螺旋排屑槽具有由第一切削刃(29)和第二切削刃(31)限定的宽度，所述排屑槽的邻近所述第一切削刃的表面(33)面向所述刀具本体的前端，并且所述排屑槽的邻近所述第二切削刃的表面(35)背对所述刀具本体的前端。每一个螺旋排屑槽能够包括第一部分(37)和第二部分(39)，该第一部分(37)具有第一负螺距角，该第二部分(39)具有不同于所述第一负螺距角的第二负螺距角，所述第一部分从所述刀具本体的前端延伸到所述第二部分。所述刀具只具有负螺距角。还公开了一种用于加工叠层材料的方法。
【专利说明】
用于加工的叠层材料刀具和方法
【背景技术】
[0001]本发明涉及用于加工的刀具和方法，并且更具体地，涉及用于加工具有不同特性的叠层材料的刀具和方法。
[0002]在航天工业中，叠层材料是很常见的。在这个行业特别感兴趣的材料是由叠层纤维增强聚合物(FRP)-T1、FRP-A1以及FRP-不锈钢制成的材料。FRP可以是碳纤维增强聚合物(CFRP)或玻璃纤维增强聚合物(GFRP)。对叠层材料进行加工是困难的，这时这两种材料最好是由不同类型的切削刃加工。通常必要的是在设计用于加工CFRP的刀具或设计用于加工例如钛的刀具之间进行选择。这导致更短的刀具寿命和工件上最终不佳的表面。
[0003]在加工叠层材料时会发生的另一个问题是，当从刀具的排肩槽排出时，来自例如钛的材料上的尖锐的切肩会导致在较柔软的材料(诸如CFRP和GFRP)上的划痕。
[0004]文献DE20 2011 001512 Ul和JP H06 246525 A每一个均示出了一种包括正和负螺距角的刀具。
[0005]期望的是提供一种用于加工叠层材料的刀具和方法，可以针对叠层材料的各种材料提供最优的加工特性。还期望的是提供一种刀具和方法，其降低损坏较柔软的材料的可能性。
【发明内容】
[0006]根据本发明的一个方面，一种叠层材料工件刀具包括刀具本体，该刀具本体包括延伸到刀具本体的前端的一个或更多个螺旋排肩槽。每一个螺旋排肩槽具有由第一切削刃和第二切削刃限定的宽度，排肩槽的邻近第一切削刃的表面面向刀具本体的前端，并且排肩槽的邻近第二切削刃的表面背对刀具本体的前端，并且每一个螺旋排肩槽包括具有第一负螺距角的第一部分和具有不同于第一负螺距角的第二负螺距角的第二部分，第一部分从刀具本体的前端延伸到第二部分，其中，第一负螺距角大于第二负螺距角，并且其中，第一负螺距角在35°到45°的范围内选择，优选为大约40°，并且第二负螺距角在5°到15°的范围内选择，优选为大约10°。
[0007]刀具有助于在朝向刀具本体前端的方向上从工件移除材料，这能够有利于避免对与螺旋排肩槽的第二部分相邻的叠层材料的一种材料的损坏，损坏可能由来自与第一部分相邻的材料形成的尖锐的切肩所导致。此外，对于将被加工的叠层材料的特定材料，第一部分和第二部分的加工特性能够被优化。
[0008]根据本发明的另一个方面，提供了一种用于加工叠层材料工件的方法，工件包括与第二材料相邻地堆叠的第一材料，第二材料例如FRP材料，其比第一材料柔软。方法包括在工件中形成孔，在孔中定位根据权利要求1-8的用于加工工件的刀具，刀具包括刀具本体，刀具本体包括延伸至刀具本体的前端的一个或更多个螺旋排肩槽，每一个螺旋排肩槽包括具有第一负螺距角的第一部分和具有不同于第一负螺距角的第二负螺距角的第二部分，第一部分被布置成邻近第一材料并且第二部分被布置成邻近第二材料，通过在加工方向上围绕刀具的纵向轴线转动刀具以形成来自第一材料和第二材料的切肩而从工件上移除材料，并且在朝向第一材料和背对第二材料的方向上通过一个或更多个螺旋排肩槽从孔移除切肩。
[0009]方法有利于在趋于避免损坏叠层材料的邻近螺旋排肩槽的第二部分的较柔软的材料的方向上从工件移除材料。此外，对于将被加工的叠层材料的特定材料，第一部分和第二部分的加工特性可以被优化。
【附图说明】
[0010]本发明的特征和优点通过结合附图阅读下面的详细描述被很好地理解，其中类似的标记指示相似的元件，并且其中:
[0011]图1A是根据本发明的一个方面的刀具的一部分的透视图，并且图1B是图1A中的刀具的这一部分的侧视图；
[0012]图2A和图2B是通过根据本发明的方面的刀具所加工的工件的局部截面视图；
[0013]图3A是根据本发明的一个方面的刀具的侧视图，并且图3B是图3A中的刀具的端面视图；以及
[0014]图4A和图4B是根据本发明的方法方面的由刀具加工的工件的局部截面视图。
【具体实施方式】
[0015]图1A-1B示出了用于加工叠层材料工件101(参见图2A)的刀具21的一部分。叠层材料工件101包括金属的具有第一厚度的第一材料103以及FRP的第二材料105，第二材料105被假定具有与金属不同的材料特性以及可能大于、小于或等于第一厚度的第二厚度。第一材料103和第二材料105可以是任何可叠层材料。特别感兴趣的材料是碳或玻璃纤维增强聚合物(CFRPSGFRP)-Ti，( CFRP或GFRP)-Al 和(CFRP或GFRP)-不锈钢。
[0016]刀具21包括刀具本体23，刀具本体23包括延伸至刀具本体的前端27的一个或更多个螺旋排肩槽25。正如所看到的，例如，在图3B中，所示出的刀具21具有四个排肩槽25。刀具本体23的前端27可以垂直于刀具21的纵向轴线，如图所示，然而，当转动时，它可能交替地限定出圆锥形或其它轮廓。每一个螺旋排肩槽25具有由第一切削刃29和第二切削刃31限定的宽度。前端27可以是非切削的，例如是完全平面的，或者是切削的，例如通过设有径向延伸的切削刃(用于图2A中所示的操作)。优选地，第一切削刃29具有正的刀前角。
[0017]在期望用来加工叠层材料的刀具21的实施例中，其中第一材料103会产生比第二材料105更尖锐的切肩，并且刀具本体23的前端27被布置在第一材料的孔107中(图2A)，或者延伸穿过工件101的第一材料的与第二材料的相反侧上的孔外侧(图2B)，排肩槽25的邻近第一切削刃29的第一表面或前刀面33面向刀具本体的前端27，并且排肩槽的邻近第二切削刃31的第二表面35背对刀具本体的前端。通过提供具有这样的构造的排肩槽25，通过提供刀具21在切削或加工方向上，S卩，在切削刃29执行切削或加工操作的方向上的旋转，由刀具从工件1I加工出的切肩C趋向于朝向刀具本体的前端27流动。这样，第一材料103的切肩将在避免在它们从孔中流出时损坏较柔软的第二材料105的方向上被从加工孔107中移除。在图1A-3B中示出的刀具21的实施例中，当在顺时针方向中围绕刀具的纵向轴线旋转刀具并且螺旋排肩槽25是“左旋”的时，刀具适合于执行加工操作。
[0018]每一个螺旋排肩槽25包括具有第一负螺距角的第一部分37和具有与第一负螺距角不同的第二负螺距角的第二部分39，第一部分从刀具本体23的前端27延伸到第二部分。根据定位在刀具高度上的材料103和105的最优几何形状，排肩槽25的几何形状在螺旋、倾斜和切削刃类型中变化。排肩槽25的第一部分37通常将被布置在邻近第一材料103的孔107中，并且排肩槽的第二部分39通常将被布置在邻近第二材料105的孔中。针对加工图2A和图2B中所示的工件，其中相比于第二材料105，第一材料103具有不同的加工特性，第一负螺距角通常(但不是必需)会大于第二负螺距角，即，第二负螺距角会小于第一负螺距角。相对于刀具的纵向轴线，第一部分37的负螺距角可以在35°到45°的范围内选择，优选为约40°，并且第二部分39的负螺距角可以在5°到15°的范围内选择，优选为约10°。
[0019]如图2A-2B以及3A所示，无螺纹的刀杆部41通常被设置在刀具本体23的与前端27相反的端部43上。
[0020]如图1A-1B所示，每一个排肩槽25通常在第一切削刃29的与第一表面33的相反侧上包括刀棱面45。在刀具具有多个排肩槽24的情况下，刀棱面45通常布置在一个排肩槽的第一切削刃29和另一个排肩槽的第二切削刃31之间。每一个刀棱面45可以设有多个切肩分割凹槽47，以便分割由切削刃29加工产生的切肩。切肩分割凹槽47能够仅仅被布置第一部分37上，而不提供与第二部分39中的切削刃相交的切肩分割凹槽，因为将更尖锐的切肩分割成更小的切肩比分割较柔软材料的钝切肩通常更有用，然而，能够在排肩槽的第一和第二部分的两者都设有切肩分割凹槽，两者均不设有切肩分割凹槽，或者其中的一个上设有切肩分割凹槽。因此，切肩分割凹槽可以被放置在刀具的两个部分上，这些切肩分割凹槽将减少力和热，并且对于金属材料，所述切肩分割凹槽也减少了切肩的尺寸以方便排出切肩。刀具的负螺距角或螺旋角以及切肩的重力将合作以排出切肩。由与螺旋线相切的线(分别是图1B和IA中的Tl或T2)和经过刀具的纵向轴线的平面形成的角度形成了负螺距角或负螺旋角。
[0021]图4A-4B示出了用于加工叠层材料工件101的方法，所述工件包括邻近FRP的第二材料105堆叠的第一材料103，孔107被形成在所述工件中。如图4A所示，用于加工工件101的刀具21”被定位在孔107中。排肩槽25”的第一部分37”被布置成邻近第一材料103，并且第二部分39”被布置成邻近第二材料105。如图4B所示，通过在顺时针加工方向上围绕刀具纵向轴线转动刀具21”，材料被从工件101上移除，以形成来自第一材料103和第二材料105的切肩。切肩在朝向第一材料103和远离第二材料105的方向上被从孔107中移除。示出的刀具21”是左旋的并且在顺时针切削或加工方向上旋转。应当理解的是，排肩槽25”的第一部分37”可以具有比第二部分39”的负螺距角更大的负螺距角，并且切肩分割器可以仅布置在第一部分和第二部分的任一个或两个上，这取决于针对工件的最佳切削刃构造。从第一材料103形成的切肩可以由与每一个螺旋排肩槽25”的第一部分37”的切削刃相交的切肩分割器47”打断。类似的切削分割器(未示出)可以沿着第二部分39”布置，以用于分割来自第二材料105的切肩，尽管通常不是有利的。所述刀具21”可以被定位在孔107中，使得刀具的前端27”延伸超过工件101的表面(如在图2B和图4A-4B中所示的实施例)或者刀具的前端可以被布置在工件(如在图2A中所示的实施例)中，例如当期望以特定的深度加工孔时。
[0022]尽管当绕着它们的纵向轴线旋转时，所示的刀具21和21”限定了圆柱形轮廓，但是应该理解的是，当绕它们的纵向轴线旋转时具有非圆柱形轮廓的刀具也可以被提供。当期望加工具有非圆柱形孔壁的孔，或者加工在圆柱形或非圆柱形孔壁中的凹槽，或加工在圆柱形或非圆柱形孔壁上的凸起时，这样的刀具是有用的。
[0023]因此，本发明提供了一种用于加工叠层材料的刀具和方法，可以为叠层材料的各种材料提供最佳的加工特性并且减少移除另一材料的尖锐切肩所带来的对于FRP潜在的损坏。
[0024]在本申请中，术语例如“包括”的使用是开放式的，并且旨在与例如“包含”的术语具有相同的含义，并且不排除其它结构、材料或行为的存在。同样地，尽管术语例如“可以”或“能”的使用旨在是开放式的，并且意味着该结构、材料或动作并不是必需的，但是不使用这种术语并不旨在意味着该结构、材料或行为是必要的。对于结构、材料或行为目前被认为是必要的程度，它们会被确定为是必要的。
[0025]虽然本发明已经根据优选实施例被示出和描述，但是应当认识到，可以在其中作出各种变型和修改，而不脱离根据权利要求书中所阐述的本发明。
[0026]本申请要求优先权的欧洲专利申请N0.14156528.3中的公开内容通过引用并入此文。
【主权项】
1.一种用于叠层材料工件的刀具，所述刀具包括刀具本体(23，23”)，所述刀具本体(23，23”)具有延伸到所述刀具本体(23，23”)的前端(27，27”)的一个或更多个螺旋排肩槽(25，25，，)， 其特征在于，每一个螺旋排肩槽(25，25”)具有由第一切削刃(29，29”)和第二切削刃(31，31”)限定的宽度，所述排肩槽(25，25”)的邻近所述第一切削刃(29，29”)的第一表面(33)面向所述刀具本体(23，23”)的所述前端(27，27”)，并且所述排肩槽(25，25”)的邻近所述第二切削刃(31，31”)的第二表面(35)背对所述刀具本体(23，23”)的所述前端(27，27”)，并且所述刀具只具有负螺距角。2.根据权利要求1所述的刀具，其中每一个螺旋排肩槽(25，25”)包括第一部分(37，37”)和第二部分(39，39”)，所述第一部分(37，37”)具有第一负螺距角，所述第二部分(39，39”)具有不同于所述第一负螺距角的第二负螺距角，所述第一部分(37，37”)从所述刀具本体(23，23” )的所述前端(27，27”)延伸到所述第二部分(39，39” )。3.根据权利要求2所述的刀具，其中所述第一负螺距角大于所述第二负螺距角。4.根据权利要求1所述的刀具，其中每一个螺旋排肩槽(25，25”)包括第一部分(37，37”)和第二部分(39，39”)，所述第一部分(37，37”)具有第一切削刃几何形状，所述第二部分(39，39”)具有不同于所述第一部分的第一切削刃几何形状的第二切削刃几何形状，所述第一部分(37，37”)从所述刀具本体(23，23”)的所述前端(27，27”)延伸到所述第二部分(39,39") ο5.根据权利要求2-4中的任一项所述的刀具，其中每一个排肩槽(25，25”)在所述第一切削刃(29，29”)的与所述第一表面(33)的相反侧上包括刀棱面(45)。6.根据权利要求1-5中的任一项所述的刀具，其中所述刀具本体(23，23”)的所述前端(27，27”)垂直于所述刀具(21，21”)的纵向轴线或者设有径向延伸的切削刃。7.根据权利要求2或3所述的刀具，其中所述第一负螺距角在35°至45°的范围中选择，优选为大约40°，并且所述第二负螺距角在5°至15°的范围中选择，优选为大约10°。8.根据权利要求1-7中的任一项所述的刀具，其中每一个刀棱面(45)包括多个切肩分割凹槽(47)。9.根据权利要求1-7中的任一项所述的刀具，其中每一个刀棱面(45)包括与每一个螺旋排肩槽的所述第一部分(37，37” )的所述切削刃(29，29”)相交的切肩分割凹槽(47)。10.根据权利要求8-9中的任一项所述的刀具，其中在每一个刀棱面(45)中均未设置与每一个螺旋排肩槽的所述第二部分(39，39”)中的所述切削刃(29，29”)相交的切肩分割凹槽。11.根据权利要求1-10中的任一项所述的刀具，其中当围绕所述刀具(21，21”)的纵向轴线在顺时针方向上旋转时，所述刀具(21，21”)适合于执行加工操作，并且所述螺旋排肩槽(25，25”)是左旋的。12.—种用于加工叠层材料工件(101)的方法，所述工件(101)包括邻近第二材料(105)堆叠的第一材料(103)，所述第二材料诸如FRP材料，所述方法包括: 在所述工件(101)中形成孔(107) 将用于加工所述工件(101)的刀具(21，21”)定位在所述孔中，所述刀具(21，21”)包括刀具本体(23，23”)，所述刀具本体(23，23”)包括延伸到所述刀具本体(23，23”)的前端(27，27”)的一个或更多个螺旋排肩槽(25，25” ); 通过围绕所述刀具(21，21”)的纵向轴线在加工方向上转动所述刀具(21，21”)以形成来自所述第一材料和所述第二材料的切肩而从所述工件(101)移除材料;以及 在朝向所述第一材料(103)并且远离所述第二材料(105)的方向上经由所述一个或更多个螺旋排肩槽(25，25”)从所述孔中移除切肩。13.根据权利要求12所述的方法，其中每一个螺旋排肩槽(25，25”)包括第一部分(37，37”)和第二部分(39，39”)，所述第一部分(37，37”)具有第一负螺距角，所述第二部分(39，39”)具有不同于所述第一负螺距角的第二负螺距角，并且所述方法包括:将所述第一部分(37，37”)定位成邻近所述第一材料(103)，并将所述第二部分(39，39”)定位成邻近所述第二材料(105)。14.根据权利要求12-13所述的方法，其中每一个螺旋排肩槽(25，25”)包括第一部分(37，37”)和第二部分(39，39”)，所述第一部分(37，37”)具有第一切削刃几何形状，所述第二部分(39，39”)具有不同于所述第一螺距的第二切削刃几何形状，并且所述方法包括:将所述第一部分(37，37”)定位成邻近所述第一材料(103)，并将所述第二部分(39，39”)定位成邻近所述第二材料(105)。15.根据权利要求12-14中的任一项所述的方法，包括将所述刀具(21，21”)定位在所述孔中，使得所述第一部分(37，37”)和所述第二部分(39，39” )中的至少一个部分延伸超过所述工件(101)的表面。
【文档编号】B23C5/10GK106061660SQ201580006976
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2015年2月2日
【发明人】耶罗恩·赫伊斯, 马塞尔·阿尔茨
【申请人】山高刀具公司