具有增强的冷却剂递送的切削组件的制作方法与工艺

本发明涉及一种用于从工件上去除材料的切削组件。更确切地说，本发明涉及这样一种包括刀夹具的切削组件，该刀夹具携带一个切削镶片，其中该刀夹具提供了向该切削镶片供应冷却剂的能力。

背景技术：
在一个切削操作中，例如像开槽操作中，一个开槽或切削镶片与一个工件相接合以便从该工件上去除材料。在一些切削组件中，一个上座和一个下座夹持该切削镶片。在其中上座和下座夹持该切削镶片的示例性切削组件被显示在了美国专利号6,261,032以及PCT专利申请公开WO2009/141815A1中。材料去除操作会在切削镶片与工件之间的界面处产生热量。典型地，有利的是将冷却剂提供到切削镶片与工件之间的界面附近。以下专利文献是将冷却剂递送到切削镶片附近的一些示例性安排：美国专利号5,439,327；美国专利号5,775,854；美国专利号6,705,805；以及美国专利号7,641,422。虽然在以上一些专利文献中披露的这些安排递送了冷却剂，但是仍非常希望提供一种切削组件来以一种有效率的方式将冷却剂递送到切削镶片与工件之间的界面。这对于以下切削操作来说尤其是如此：其中切削镶片出于切削一个凹槽的目的而在外径处接合工件表面（即，外工件表面）。在这种切削操作过程中，随着凹槽深度的增加，将冷却剂递送到切削镶片-工件界面的相关难度增大。如可以理解的是，提供一种即使随着切削操作过程中凹槽深度的增加仍将冷却剂递送到切削镶片-工件界面上的切削组件（并且尤其是一种刀夹具）将是非常有益的。

技术实现要素：
诸位发明人已经通过提供一个形成在该切削镶片的柄部分中的冷却剂通道解决了将冷却剂递送到切削镶片-工件界面上的问题。更确切地说，该冷却剂通道是形成在该切削镶片的顶表面上的一个突起物之中，该冷却剂通道是与该刀夹具的冷却剂排放正好相对的。该冷却剂通道作为一个喷嘴起作用以提高该冷却剂向该切削镶片-工件界面的流速。在一个方面，本发明是一种包括刀夹具以及切削镶片的切削组件。该刀夹具带有一个轴向前端以及一个轴向后端，该刀夹具带有在该轴向前端处的一个头部分以及在该轴向后端处的一个柄部分。该头部分包含一个槽缝，该槽缝将该头部分分成一个下区段和一个上区段，该下区段限定了一个下座，而该上部分被适配为将切削镶片夹在它们之间。该头部分包含与一个紧固件孔处于流体连通的一个冷却剂进入通道，并且该头部分包含与该紧固件孔处于流体连通的一个冷却剂递送通道，并且该冷却剂递送通道具有被适配为将冷却剂引导到该切削镶片上的一个出口。该切削镶片包括一个带有向上延伸的突起物的顶表面，该向上延伸的突起物可以与该刀夹具接合以便将该切削镶片刚性地安装在该刀夹具的头部分中。该切削镶片进一步包括一个形成在该切削镶片的顶表面中的冷却剂通道，其中该冷却剂通道被定位成与该出口正好相对（当被安装在该刀夹具中时），由此使该通道作为喷嘴起作用以便提高被递送至该切削镶片与工件之间的界面上的冷却剂的流速。另一个方面，本发明是一种用于当该切削组件在切削镶片-工件（该工件具有一个工件表面）界面处与工件接合时从工件上去除材料的切削组件。该组件包括一个刀夹具以及一个长形的切削镶片，该长形的切削镶片具有一条中央纵向切削镶片轴线，其中该中央纵向切削镶片轴线是总体上垂直于该工件表面的。该刀夹具带有一个轴向前端以及一个轴向后端，该刀夹具带有在该轴向前端处的一个头部分以及在该轴向后端处的一个柄部分；该头部分具有一个窄的轴向向前延伸部，该延伸部具有一条中央纵向延伸轴线。该头部分包含一个槽缝，这个槽缝将该窄的轴向向前延伸部分成一个下部轴向向前延伸区段以及一个上部轴向向前延伸区段，其中该上部轴向向前延伸区段相对于该下部轴向向前延伸区段是可移动的。该下部轴向向前延伸区段限定了一个下座，而该上部轴向向前延伸区段限定了一个上座，其中该下座以及该上座被适配为在两者之间夹持该长形的切削镶片，这样使得该中央纵向切削镶片轴线是总体上平行于该中央纵向延伸轴线的。该头部分包含一个紧固件孔。该头部分包含与该紧固件孔处于流体连通的一个冷却剂进入通道，并且该上部轴向向前延伸区段包含了具有一条纵向冷却剂排放轴线的一个冷却剂排放区段的至少一部分。一个紧固件被容纳在该紧固件孔之内，并且该紧固件具有一个轴向紧固件孔，该轴向紧固件孔带有一个入口以及一个出口，该轴向紧固件孔的入口是与该冷却剂进入通道处于流体连通的并且该轴向紧固件孔的出口是与该紧固件孔处于流体连通的。该冷却剂排放区段是与该紧固件孔处于流体连通的，并且该冷却剂排放区段具有在该上部轴向向前延伸区段中的一个出口，其中该出口向该切削镶片-工件界面开放以便在一个总体上平行于该中央纵向切削镶片轴线的方向上朝向该切削镶片排放冷却剂。该切削镶片包括一个带有向上延伸的突起物的顶表面，该向上延伸的突起物可以与该刀夹具接合以便将该切削镶片刚性地安装在该刀夹具的头部分上。该切削镶片进一步包括一个形成在该切削镶片的顶表面中的冷却剂通道，其中该冷却剂通道被定位成与该出口正好相对（当被安装在该刀夹具中时），由此使该通道作为喷嘴起作用以便提高被递送至该切削镶片与工件之间的界面上的冷却剂的流速。附图说明虽然展示了本发明的不同实施方案，但是不应认为所示的具体实施方案限制了权利要求。在此预期可以在不脱离本发明的范围的情况下进行各种变化和修改。图1是切削组件的等距视图，该切削组件具有刀夹具以及由刀夹具夹持的一个切削镶片；图2是图1的刀夹具的头部分的俯视图；图3是图1的刀夹具的头部分的沿图2的剖面线3-3截取的截面图；图4是图1的刀夹具的头部分沿图2的剖面线4-4截取的的截面图；图5是图1的刀夹具的头部分沿图2的剖面线5-5截取的截面图；图6是一个放大图，示出了冷却剂经过刀夹具并到切削镶片上的流动；图7是根据本发明一个实施方案的切削镶片的等距视图；图8是该切削镶片的顶视图；图9是该切削镶片的端视图；图10是图7的切削镶片沿图8的截面线10-10截取的截面视图；并且图11是图7的切削镶片沿图8的截面线11-11截取的截面视图。具体实施方式参见附图，其中类似的参考字符指代类似的元件，示出了一个总体上指定为20的切削组件。所展示的切削组件20的具体种类是开槽组件。展示开槽组件并非旨在限制本发明的范围。此外，作为开槽组件和开槽镶片来提及切削组件和切削镶片并非旨在限制本发明的范围。本发明涉及的切削组件的种类包括但不限于车削组件、切断刀具组件、以及平面开槽组件。本发明的真正范围和精神是通过其权利要求来表明的。切削（或者开槽）组件20包括一个刀夹具22以及一个切削镶片（或者开槽镶片）24。如图7所示，切削镶片24具有一条中央纵向切削镶片轴线A-A。该切削镶片24被固定在刀夹具22中这样使得中央纵向切削镶片轴线A-A总体上是垂直于工件表面（未示出）。刀夹具22具有一个轴向前端28以及一个轴向后端30。刀夹具22具有在轴向后端30处的一个柄部分32以及在轴向前端28处的一个头部分34。头部分34包含一个槽缝36。槽缝36将头部分34分成一个上区段（见括号40）以及一个下区段（见括号42）。头部分34具有一个窄（或者薄）的轴向向前延伸部44，这个轴向向前延伸部具有一条中央纵向延伸轴线B-B（见图1）。窄的轴向向前延伸部44形成了一个下部轴向向前延伸部44A以及一个上部轴向向前延伸部44B。槽缝36将下部轴向向前延伸部44A与上部轴向向前延伸部44B分隔这样使得它们相对于彼此是可移动的。上区段40（处于上部轴向向前延伸部44B的形式）在轴向向前延伸部44的附近具有一个上座46。下区段42（处于下部轴向向前延伸部44A的形式）在轴向向前延伸部44的附近具有一个下座48。上座46和下座48构成一个总体上被指定为50的入坐区域。头部分34具有一个最大横向尺寸“G”，如图2中所示。窄的轴向向前延伸部44具有一个横向尺寸“F”，如图2中所示。如图2中所示，该窄的轴向向前延伸部的横向尺寸与该头部分的最大横向尺寸之比（F/G）是大约0.16。该窄的轴向向前延伸部的横向尺寸与该头部分的最大横向尺寸之比（F/G）的范围是在大约0.15与大约0.50之间。在一个替代性范围内，F/G的范围是在大约0.25与大约0.40之间。头部分34具有一个顶表面52以及一个选定的侧表面54，这在如图1的图中是可见的。如下文将说明的，通过从头部分34的窄的轴向向前延伸部44中的一个开口排出冷却剂而将冷却剂递送到切削镶片-工件界面的附近。在整个切削操作过程中将冷却剂直接排放在切削镶片-工件界面处产生多项优点。参见图1和图3，头部分34包含一个冷却剂进入通道60，这个冷却剂进入通道在一个侧表面54上具有一个进入开口62。如图3中所示，冷却剂进入通道60从该进入开口62延伸进入头部分34的内部。具体地，冷却剂进入通道60延伸进入头部分34的下区段42中，并且它在下区段42的内部终止。该进入开口62与一个示意性地示出的冷却剂源64是处于流体连通的，其中这个冷却剂源典型地处于压力下。头部分34还包含一个紧固件孔70，这个紧固件孔具有一个在顶表面52处的开放端72并且延伸进入头部分34的内部。紧固件孔70与冷却剂进入通道60相交，其中相交区域被指定为56。紧固件孔70终止在这个相交区域56中。关于紧固件孔70的几何形状并且具体参见图3，紧固件孔70具有一个邻近该开放端72的沉孔区段74。紧固件孔70进一步具有一个冷却剂储存器区段76，其中一个环形肩台78将沉孔区段74与冷却剂储存器区段76分隔。紧固件孔70进一步具有一个上部终止孔区段80，这个上部终止孔区段从冷却剂储存器区段76延伸到槽缝36。紧固件孔70进一步具有一个下部孔区段82，这个下部孔区段从槽缝36延伸并且终止在该开槽刀夹具22的头部分34的下区段42中。下孔区段82终止的方式是使得它与冷却剂进入通道60在相交区域56中相交。这种相交使得下部孔区段82与冷却剂进入通道60处于流体连通。参见图3和图4，头部分34的上区段40包含一个冷却剂递送通道90，该冷却剂递送通道具有一个接收区段92。接收区段92具有一个总体上横向的取向并且在头部分34的一个表面54处具有一个开口94。一个插塞100（或类似物）在开口94处挡住该接收区段92。冷却剂递送通道90的接收区段92以这样一种取向从开口94行进经过紧固件孔70而与冷却剂储存器区段76相交。冷却剂递送通道90的接收区段92与紧固件孔70的冷却剂存储器区段76是处于流体连通的。冷却剂递送通道90具有一个排放区段96，该排放区段在一个排放开口（或出口）98处终止，如图5中所示（图6中以虚线示出）。排放区段96具有一条纵向冷却剂排放轴线E-E（见图6）。接收区段92与排放区段96是处于流体连通的。冷却剂从切削镶片-工件界面上方的一个地方（或者位置）由排放开口98向切削镶片-工件界面排放。应该理解的是冷却剂是在直接朝向切削镶片24的方向上从该排放开口98排出。请记住切削镶片24是长形的并且具有一条中央纵向轴线，在整个切削操作过程中冷却剂在总体上与该长形的切削镶片24的中央纵向轴线对齐的一个方向上从排放开口98排出。如以下将讨论的，在整个切削操作过程中将冷却剂直接排放到切削镶片-工件界面的附近产生了某些优点。紧固件孔70接收一个长形的紧固件110。紧固件110具有一个顶部（一个）轴向端112以及一个相反的底部（另一个）轴向端114。紧固件110具有一个邻近该顶部轴向端112的头部区段118。紧固件110进一步具有一个带螺纹的柄部区段122、以及在头部区段118与柄部区段122之间的一个中间区段120。紧固件110在中间区段120中具有一个密封槽124并且密封槽124携带了一个弹性密封件126。密封件126与该上部终止孔区段80形成了一种不漏流体的密封。紧固件110包含一个轴向紧固件孔130，该轴向紧固件孔具有邻近紧固件110的下端114的一个开放端132。紧固件110进一步包含一个横向紧固件孔136，该横向紧固件孔与该轴向紧固件孔130相交、并且具有多个开口138。参见图3到图6，在操作中，来自该冷却剂源64的处于压力下的冷却剂经由进入开口62而进入该冷却剂进入通道60中。冷却剂流经冷却剂进入通道60并且进入该下部孔区段82的容积内。然后冷却剂经由轴向紧固件孔130的开放端132进入该轴向紧固件孔中。然后冷却剂沿轴向紧固件孔130向上前行并且进入横向紧固件孔136中。冷却剂在这些开口138处从横向紧固件孔136中离开并且进入冷却剂储存器区段76中。然后冷却剂进入冷却剂递送通道90的接收区段92中、并且随后进入冷却剂递送通道90的排放区段96中。处于压力下（见图5和图6中箭头“C”）的冷却剂接下来在朝向切削镶片24的方向上从排放开口98中排出。参见图7到图11，该切削镶片24包括被布置在柄部分144的任一侧上的一对切削部分140，142。在使用过程中，该切削镶片24的柄部分144被夹在刀夹具22上，如图1中所示，该刀夹具定位并且支撑了这些切削部分140、142之一。当这些切削部分140、142之一（例如，切削部分140）被磨损时，在该刀夹具22中将该切削镶片24旋转180°以便将另一个切削部分142定位在机加工位置上。如图8和图9中所示，该切削镶片24包括一个带有向上延伸的突起物146的顶表面145，该突起物可以与刀夹具22相接合以便将该切削镶片24刚性地安装在其操作位置上。在一个实施方案中，该切削镶片24是由一种相对硬的材料形成的，如碳化物、金属陶瓷、陶瓷、以及类似物。使用本领域已知的粉末冶金技术可以模制出该切削镶片24。然而，本发明考虑了用于形成和制造该切削镶片的其他方法和技术、连同不同于以上指出那些的材料。这些切削部分140、142实质上是相同的，并且因此出于简洁的目的仅对切削部分140进行描述。该切削部分140包括一个前部切削刃148以及从该前部切削刃向下延伸的间隙面150，如图9和11中所示。在所展示的实施方案中，该前部切削刃148是以等于0度的导程角定向的。然而，应该认识到，本发明不受该导程角的大小的限制，并且本发明可以按任何所希望的导程角进行实践，例如，在0度与10度之间的导程角。一个前刀面152从该前部切削刃148（即，向着该柄部分144）向后延伸到该凸出部146。在整个切削操作过程中，重要是的将冷却剂递送到切削镶片-工件界面。就形成凹槽的这种切削操作的本质而言，随着切削操作的进行，切削镶片（具有一种带有垂直于该工件表面的中央纵向轴线的长形几何形状）更深地移动进入工件中。此外，随着切削操作的进行，切削镶片-工件界面更深地移动进入工件的大部分中。其结果是，要将冷却剂从一个外侧喷嘴递送到切削镶片-工件界面上变得更困难，这是因为工件本身阻挡了冷却剂到达切削镶片-工件界面。递送冷却剂到切削镶片-工件界面上的问题已经通过本发明靠提供一个冷却剂通道而得到解决，该冷却剂通道总体上以154显示并且是形成在该切削镶片24的柄部分144中。在所展示的实施方案中，冷却剂通道154是形成在该切削镶片24的顶表面145上的突起物146中。然而，将会认识到，本发明不限于被形成在该突起物中的冷却剂通道，并且本发明可以通过在切削镶片的不包括突起物的顶表面中提供一个冷却剂通道来实施，只要该冷却剂通道是与该刀夹具22的排放开口98实质上对齐的。在所展示的实施方案中，该冷却剂通道154的截面实质上是呈V形的、并且是由一对侧壁156，158以及在它们之间的底表面160所限定。然而，应该认识到，本发明不受该通道的截面形状的限制，并且本发明可以通过任何所希望的提供了所希望的冷却剂流动行为特征的截面形状来进行实施。例如，该通道154的截面可以是椭圆的、卵形的、U形的、以及类似形状。各个侧壁156、158的前端包括一个成角度的表面162用于协助冷却剂流动穿过该通道154。注意到，通道154是与切削镶片24的中央纵向切削镶片轴线A-A对齐的且平行的，如图8中所示。还注意到，当被安装在刀夹具22中时该通道154被定位成与该排放开口98正好相对，如图6中所示。这个特征使该通道154起到了喷嘴的作用以便增强被直接递送到该切削镶片-工件界面上的冷却剂的流速，并且因此，冷却剂的递送具有更高水平的效率。更多的冷却剂冲击切削镶片-工件界面，从而为切削镶片-工件界面提供了更有效的冷却。总之，结合附图从以上说明中清楚的是，该切削组件将冷却剂以一种有效的方式递送到切削镶片与工件之间的界面附近。在此提及的这些专利以及其他文献通过引用结合在此。通过考虑本说明书或通过实施在此披露的发明，本发明的其他实施方案对于本领域技术人员将是清楚的。本说明书和这些实例旨在仅是说明性的而无意限制本发明的范围。本发明的真实范围和精神由以下的权利要求表明。