高速铣刀及其切削镶片的制作方法
【专利摘要】一种可转位切削镶片具有一个顶表面、一个底表面以及多个侧表面。在该顶表面与这些侧表面的相交处形成了一个主要切削刃、一个斜面加工切削刃、一个擦拭切削刃以及一个鼻部半径切削刃。两个沿对角线相对的侧表面包括一个第一侧表面和一个第二侧表面。该第二侧表面延伸了该主要切削刃的总长度。当该切削镶片被安装在高速铣刀的一个镶片凹座中时，该第一和第二侧表面以及两个其他的侧表面接触了该铣刀的该镶片凹座，由此在该切削镶片与该镶片凹座之间提供了四点式接触。
【专利说明】高速铣刀及其切削镶片
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于铣削金属工件、例如铝等等的铣刀以及切削镶片。更确切地说，本发明涉及高速铣刀以及可转位切削镶片，该可转位切削镶片包括从底表面延伸的一对成角度的侧壁，该底表面使该切削镶片抵靠镶片凹座的径向入座壁而楔入，以便将该切削镶片的移动以及在镶片安装螺钉上所得到的弯矩和剪切力减到最小或消除。
【背景技术】
[0002]用于在金属工件上执行机加工操作的铣刀是现有技术中众所周知的。这样的刀具典型地包括一个圆柱形或盘形本体，该本体以可拆卸的方式可连接至一个旋转的驱动轴上。围绕刀具本体的外周边安装了多个切削镶片，以用于在工件上产生一系列刮削金属的切割。在操作中，此类铣刀典型地以几千rpm的速度旋转而同时金属工件与刀具本体中的镶片相接合。
[0003]最近，对于能够以远超过几千rpm的转速操作的铣刀的需求增大。与此类高速铣削相关联的优点包括:更快的切削动作，这导致在工件上更高的金属去除速率；由工件施加至切削镶片上的切削力的减小；以及更光滑的最终切口。这样的减小的切削力延长了镶片的工作寿命，从而不仅降低了与镶片更换相关联的成本、而且减小了重新定向可转位镶片的切削刃所必须的停工时间量。还减小了工装夹设的成本和时间，因为更高的切削力需要更精巧且更刚性的工装夹设来实现所希望的准确度。
[0004]由于这些优点，高速铣刀不仅在提高生产率的同时降低了机加工成本、而且还提高了最终经机加工的工件的品质，因为切削动作更顺畅并且留下了更好的光洁度。将会了解的是，为获得所有上述优点所必须的转速上的实质性增加还导致了在刀具本体中产生的离心力的实质性增加。总的来说，离心力F。是依赖于支撑该切削镶片的刀具本体的质量(m)、刀具本体的半径(r)的长度、以及本体的角速度(Ω)的平方的。这些参数之间的关系可以表示为方程F。= (πιΩ2)(Γ)。刀具本体上的离心力(并且因此拉伸应力)随着角速度的平方而增大这一事实迄今为止在对于能够在高于几千rpm的速度下操作的铣刀的开发中形成了实质性的阻碍。以10，OOOrpm旋转的铣刀与以2，OOOrpm操作相比，将沿着其周边具有大25倍的由于离心引发的拉伸应力。如果相同的刀具以20，OOOrpm旋转，它将具有大了超过100倍的由于离心引发的拉伸应力。
[0005]此外，为获得所有上述优点所必须的转速上的实质性增加还导致了在刀具的镶片上产生的离心力的实质性增加。确切而言，这些离心力趋向于使得这些镶片在高速铣削操作过程中从镶片凹座上脱离。因此,需要一种能够在高速下、例如在约20，OOOrpm下操作的高速铣刀，该高速铣刀将切削镶片牢固地且强制性地保留在刀具本体的镶片凹座中。理想地，这样的高速铣刀和切削镶片应该是制造起来相对便宜的，并且应该利用便宜的、容易更换的切削镶片，以便将该装置的制造和操作成本二者均减到最小。
[0006]最后，对材料如铝进行机加工的技术中传授了:趋势是结合真空系统以便使得在刀具近处的工作区域没有切下的材料(切屑)。如果切屑的形状和/或大小不被控制到可管理的水平，这些系统将很快堵塞。因此，成功的刀具将是其镶片形貌会产生受控切屑的刀具。
【发明内容】
[0007]本发明的发明人已经认识到了与高速铣刀和相关切削镶片相关联的这些以及其他问题。简要地说，根据本发明，在高速铣削操作过程中将切削镶片充分紧固在铣刀凹座中这个问题是通过以下方式解决的:提供从切削镶片的底表面延伸的一对成角度的侧壁，这些侧壁接触从镶片凹座的底表面延伸的对应的成角度的径向支撑表面，由此在切削镶片与镶片凹座之间提供四点式接触。
[0008]在一个方面，用于高速铣刀的可转位切削镶片包括:一个具有基本上平坦的中央部分的顶表面、一个基本上平坦的底表面、以及多个侧表面，其中这些侧表面中的至少两个是沿对角线彼此相对的；在该顶表面与这两个沿对角线相对的侧表面之间的相交处形成的一个主要切削刃；在该顶表面与这些侧表面中的一个不同侧表面之间的相交处形成的一个斜面加工(ramping)切削刃；在该顶表面与这些侧表面中的一个不同侧表面之间的相交处形成的一个擦拭切削刃；以及在该顶表面与该多个侧表面中的两个侧表面之间的相交处形成的一个鼻部半径切削刃，其中这两个沿对角线相对的侧表面进一步包括一个第一侧表面和一个第二侧表面，该第二侧表面延伸了该主要切削刃的总长度，并且其中该第一侧表面是相对于该基本上平坦的底表面以一个角度形成的，并且其中该第二侧表面是相对于该基本上平坦的底表面以一个角度形成的，并且其中与这两个沿对角线彼此相对的侧表面不同的至少两个侧表面接触了一个镶片凹座，并且其中这两个沿对角线相对的侧表面的第一和第二侧表面接触了该镶片凹座，由此当该切削镶片被安装到该高速铣刀的镶片凹座中时在该切削镶片与该镶片凹座之间提供了四点式接触。
[0009]在本发明的另一方面，一种组合式高速铣刀与切削镶片包括:一个高速铣刀，该高速统刀包括一个镶片凹座，该镶片凹座包括一个底表面、一个径向支撑壁、一个轴向支撑壁以及从该底表面延伸的一对支撑壁，这些支撑壁是相对于该底表面以一个角度形成的；以及安装在该镶片凹座中的一个切削镶片，该切削镶片包括:一个具有基本上平坦的中央部分的顶表面、一个基本上平坦的底表面、以及多个侧表面，其中这些侧表面中的至少两个侧表面是沿对角线彼此相对的；在该顶表面与这两个沿对角线相对的侧表面之间的相交处形成的一个主要切削刃；在该顶表面与这些侧表面中的一个不同侧表面之间的相交处形成的一个斜面加工切削刃；在该顶表面与这些侧表面中的一个不同侧表面之间的相交处形成的一个擦拭切削刃；以及在该顶表面与该多个侧表面中的两个侧表面之间的相交处形成的一个鼻部半径切削刃，其中这两个沿对角线相对的侧表面进一步包括一个第一侧表面和一个第二侧表面，该第二侧表面延伸了该主要切削刃的总长度，并且其中该第一侧表面是相对于该基本上平坦的底表面以一个角度形成的，并且其中该第二侧表面是相对于该基本上平坦的底表面以一个角度形成的，并且其中与这两个沿对角线彼此相对的侧表面不同的至少两个侧表面接触了一个镶片凹座，并且其中这两个沿对角线相对的侧表面的第一和第二侧表面接触了该镶片凹座，由此当该切削镶片被安装到该高速铣刀的镶片凹座中时在该切削镶片与该镶片凹座之间提供了四点式接触。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]从以下参见附图做出的详细说明中本发明的其他特征连同从中衍生的优点将变得清楚，在附图中:
[0011]图1示出了根据本发明一个实施例的可转位切削镶片的透视图；
[0012]图2示出了图1的切削镶片的顶视图；
[0013]图3示出了沿着图2的线3-3截取的该切削镶片的截面视图；
[0014]图4示出了图1的切削镶片的端视图；
[0015]图5示出了图1的切削镶片的前视图；
[0016]图6示出了图1的切削镶片的底视图；
[0017]图7示出了根据本发明一个实施例的高速铣刀的透视图；
[0018]图8不出了图7的闻速f先刀的侧视图；
[0019]图9不出了图7的闻速统刀的键片凹座的放大视图；
[0020]图10示出了高速铣刀的镶片凹座以及安装在其中的切削镶片的一个放大视图；并且
【具体实施方式】
[0021]参见图1至图6，其中类似的参考号代表类似的要素，一个可转位切削镶片10总体上包括一个顶表面12、一个基本上平坦的底表面14以及六(6)个侧表面16、18、20、22、24、26。镶片10总体上为菱形，其中侧表面16、22是沿对角线彼此相对的，侧表面18、24是沿对角线彼此相对的，并且侧表面20、26是沿对角线彼此相对的。镶片10优选是由烧结碳化物或本领域技术人员已知用于铣削金属工件(未示出)例如铝等等的其他材料制成的。
[0022]侧表面16进一步包括相对于彼此成角度的一个第一侧表面16a和一个第二侧表面16b。确切而言，该第一侧表面16a相对于底表面14形成了一个小于九十(90)度的角17。例如，相对于底表面14的角17可以是在约七十(70)至约八十(80)度之间的范围内。在一个实施例中，角17是约七十五(75)度。此外,该第二侧表面16b相对于底表面14形成了一个角19。例如，相对于底表面14的角19可以是在约二十(20)至约五十(50)度之间的范围内。在一个实施例中，角17是约三十(30)度。总体上，角19的量更大是优选的。在所有实施例中，角17大于角19(即，角19小于角17)。换言之,第一侧表面16a和第二侧表面16b形成了大于九十(90)度的一个夹角21。
[0023]类似地，侧表面22进一步包括也是相对于彼此成角度的一个第一侧表面22a和一个第二侧表面22b。确切而言,该第一侧表面22a相对于底表面14形成了一个小于九十
(90)度的角23。例如，相对于底表面14的角23可以是在约七十(70)至约八十(80)度之间的范围内。在一个实施例中，角23是约七十五(75)度。此外，该第二侧表面22b相对于底表面14形成了一个角25。例如，相对于底表面14的角25可以是在约二十(20)至约五十(50)度之间的范围内。在一个实施例中，角25等于角19并且为约三十(30)度。角19、25可以彼此不同，但切削镶片10将不再是可转位的。总体上，角25的量更大是优选的。在所有实施例中，角23大于角25( S卩，角25小于角23)。换言之,第一侧表面22a和第二侧表面22b形成了大于九十(90)度的一个夹角27。如图5和图6中可见,第二侧表面16b、22b从底表面14延伸了主要切削刃28、30的总长度。
[0024]分别在顶表面12与侧表面16、22的相交处形成了主要切削刃28、30。分别在顶表面12与侧表面18、24的相交处形成了斜面加工切削刃32、34。分别在顶表面12与侧表面20、26的相交处形成了擦拭切削刃36、38。在顶表面12与侧表面20和22的相交处形成了鼻部半径切削刃40，并且在顶表面12与侧表面16和26的相交处形成了鼻部半径切削刃42。在侧表面16、18之间形成了圆化的拐角44，在侧表面18、20之间形成了圆化的拐角46，在侧表面22、24之间形成了圆化的拐角48，并且在侧表面24、26之间形成了圆化的拐角50。
[0025]切削镶片10的顶表面12包括从主要切削刃28延伸的一个前刀面52、从主要切削刃30延伸的一个前刀面54、从斜面加工切削刃32延伸的一个前刀面56、从斜面加工切削刃34延伸的一个前刀面58、从擦拭切削刃36延伸的延伸的一个前刀面60、以及从擦拭切削刃38延伸的延伸的一个前刀面62。这些前刀面52、54、56、58、60、62相对于底表面14以一个在约十(10)度至约二十五(25)度之间的范围内的角51向上倾斜，而使得所有切削刃都位于同一平面内，如图3所示。在一个实施例中，角51是约十五(15)度。这些前刀面52、54、56、58、60、62被用于将在铣削操作过程中形成的切屑相对于顶表面12有效地排空。切削镶片10的顶表面12还包括总体上垂直于该基本上平坦的底表面14的一个基本上平坦的中央部分64。因此，这些前刀面52、54、56、58、60、62相对于该中央平台64以一个在约十(10)度至约二十五(25)度之间的范围内的角51向上倾斜，而使得所有切削刃都位于同一平面内。
[0026]顶表面12进一步包括多个半径弯部，这些半径弯部在中央部分64与该切削镶片10的该多个前刀面之间提供了顶表面12的形貌的过渡。例如，这些半径弯部可以在截面上是略凹的以便在中央部分64的基本上平坦的形貌与相对于其对应切削刃以角51向上倾斜的这些前刀面之间提供一种过渡。确切而言，半径弯部66、68位于中央部分64与对应地相对于主要切削刃28、30向上倾斜的前刀面52、54之间。半径弯部70、72位于中央部分64与对应地相对于斜面加工切削刃32、34向上倾斜的前刀面56、58之间。非常小的半径弯部74,76位于中央部分64与对应地相对于擦拭切削刃36、38向上倾斜的前刀面60、62之间。
[0027]此外，在切削镶片10的该多个前刀面之间提供了多个半径弯部。确切而言，如图2所示，半径弯部78位于前刀面52、56之间，半径弯部80位于前刀面56、60之间，半径弯部82位于前刀面54、60之间，半径弯部84位于前刀面54、58之间，半径弯部86位于前刀面58、62之间，并且半径弯部88位于前刀面52、62之间。
[0028]将会了解的是，本发明不受这些前刀面从其对应弯部半径相对于其对应切削刃向上倾斜的量所限制，并且本发明可以用任何希望的角度来实施以提供改进的切屑形成和强度。因此，本发明的切削镶片10的顶表面12的形貌是使得中央部分64是基本上平坦的并且在高度上是最低的而逐渐向上倾斜到切削刃28、30、32、34、36、38。
[0029]参见图1、2和6，为了有助于将切削镶片10插入下文描述的镶片凹座中并从中去除，提供了从切削镶片10的顶表面12延伸到底表面14的一个埋头孔90，并且该埋头孔优选地位于切削镶片10的顶表面12的中央部分64中。
[0030]如图1至图6所示，切削镶片10优选地但并非必须地包括上述切削刃、前刀面、半径弯部和在沿对角线相对的拐角处的其他特征。因此，切削镶片10是可转位的并且是沿着穿过了中央轴线92和主要切削刃28、30的一条线、或穿过了中央轴线92和斜面加工切削刃32、34的一条线、或穿过了中央轴线92和擦拭切削刃36、38的一条线镜像对称的。切削镶片10的这种镜像对称允许切削镶片10被转位两次，这是通过将该切削镶片在报废之前围绕中央轴线92旋转180度来完成。
[0031]现在参见图7至图10，示出了根据本发明一个实施例用于与切削镶片10 —起使用的一种纟先刀100。总体上,统刀100包括一个柄102、一个前部部分104、以及在该柄102与该前部部分104之间的一个过渡表面106。该刀具100优选地由热处理钢、例如H13工具钢或本领域技术人员已知的其他材料制成。所使用的具体材料可以根据刀具100的希望的设计特性而改变。刀具100围绕旋转轴线108旋转。刀具100还包括一个镶片凹座，总体上以110示出，该镶片凹座是形成在前部部分104中、刀具100的前导末端处。当安装在铣刀100的镶片凹座110中时，切削镶片10提供了在约五(5)度与约三十五(35)度之间的一个有效地为正的径向前角。
[0032]如图9所示，镶片凹座110包括一个底表面112、一个径向支撑壁114和一个轴向支撑壁116。该镶片凹座110还包括从底表面112延伸的一对支撑壁118、120。这些支撑壁118、120分别是相对于底表面112以角122、124形成的。角122、124大致等于在切削镶片10的第二侧表面16b、22b与底表面14之间形成的角19、25。例如，相对于底表面112的角122、124可以是在约二十(20)至约五十(50)度之间的范围内。总体上，角122、124的量更大是优选的。在一个实施例中，角122等于角124并且为约三十(30)度。然而，角122、124可以彼此不同，但切削镶片10将不再是可转位的。镶片凹座110可以包括在底表面112与支撑壁118之间的一个半径弯部126、以及在底表面112与支撑壁120之间的一个半径弯部128。此外，镶片凹座110可以包括在径向支撑壁114与支撑壁118之间的一个拐角离隙
130、以及在底表面112与轴向支撑壁116之间的一个拐角离隙132。镶片凹座110的底表面112还包括用于接收一个安装螺钉136的一个螺纹孔134。
[0033]在图7和图8中所示的铣刀100的所展示实施例中，铣刀100能够将相对于彼此以120度定向的三个切削镶片10安装在对应的镶片凹座110中。然而，将会了解的是，本发明的铣刀不受可以安装在镶片凹座110中的切削镶片10的数目所限制，并且本发明可以用任何希望数目的切削镶片来实施，该数目仅由该铣刀的材料特性的物理限制因素所限制。例如，该铣刀可以被设计用于将更少量的切削镶片10或更大量的切削镶片10安装在对应的镶片凹座110内。如图7和图8中所见，基于刀具直径，切削镶片10是以在约五(5)与十八(18)度之间的轴向前角111、以及在加十(10)与减十(10)度之间的径向前角113安装在镶片凹座110中的。
[0034]如图10所见，当切削镶片10被安装在镶片凹座110中时，切削镶片10的第二侧表面16b、22b分别接触了支撑壁118、120。此外，当切削镶片10被安装在镶片凹座110中时，切削镶片10的侧表面16的第一侧表面16a接触了径向支撑表面114，并且切削镶片10的侧表面24接触了轴向支撑表面116 (在图10中不可见)。要注意，当切削镶片10被安装在镶片凹座110中时，切削镶片10的底表面14不接触该镶片凹座的底表面112。因此，当切削镶片10被安装在镶片凹座110中时，在切削镶片10的底表面14与该镶片凹座的底表面112之间存在一个空隙138。
[0035]如以上说明的，在切削镶片10与镶片凹座110之间存在四点式接触，由此对于镶片凹座110中的切削镶片10提供了较高的保持力并且允许在高速铣削切削操作过程中实现该铣刀100的最大RPM。此外，该菱形切削镶片10和铣刀100允许实现在铝部件的制造中有时需要的高斜面加工角。
[0036]在此提及的这些文件、专利以及专利申请通过引用而结合在此。
[0037]虽然已经联系本发明的各种实施例对本发明进行了具体描述，但应该理解这是作为说明而不是作为限制，并且应当如现有技术所允许的那样来宽泛地解释所附权利要求的范围。
【权利要求】
1.一种用于高速铣刀的可转位切削镶片，该可转位切削镶片包括: 一个具有基本上平坦的中央部分的顶表面、一个基本上平坦的底表面、以及多个侧表面，其中这些侧表面中的至少两个侧表面是沿对角线彼此相对的； 在该顶表面与这两个沿对角线相对的侧表面之间的相交处形成的一个主要切削刃；在该顶表面与这些侧表面中的一个不同侧表面之间的相交处形成的一个斜面加工切削刃； 在该顶表面与这些侧表面中的一个不同侧表面之间的相交处形成的一个擦拭切削刃；以及 在该顶表面与该多个侧表面中的两个侧表面之间的相交处形成的一个鼻部半径切削刃， 其中这两个沿对角线相对的侧表面进一步包括一个第一侧表面和一个第二侧表面，该第二侧表面延伸了该主要切削刃的总长度，并且 其中该第一侧表面是相对于该基本上平坦的底表面以一个角度形成的，并且其中该第二侧表面是相对于该基本上平坦的底表面以一个角度形成的，并且其中与这两个沿对角线彼此相对的侧表面不同的至少两个侧表面接触了该铣刀的一个镶片凹座，并且其中这两个沿对角线相对的侧表面的第一和第二侧表面接触了该铣刀的该镶片凹座，由此当该切削镶片被安装到该高速铣刀的镶片凹座中时在该切削镶片与该镶片凹座之间提供了四点式接触。
2.如权利要求1所述的切削镶片，其中该第一侧表面所形成的角大于该第二侧表面所形成的角。
3.如权利要求1所述的切削镶片，其中相对于该底表面，该角是在约二十至约五十度的范围内。
4.如权利要求1所述的切削镶片，其中该切削镶片是总体上菱形的、具有六个侧表面以及两个沿对角线彼此相对的主要切削刃、两个沿对角线彼此相对的斜面加工切削刃、两个沿对角线彼此相对的擦拭切削刃、以及两个沿对角线彼此相对的鼻部半径切削刃。
5.如权利要求1所述的切削镶片，其中该顶表面包括从该主要切削刃延伸的一个前刀面、从该斜面加工切削刃延伸的一个前刀面、以及从该擦拭切削刃延伸的一个前刀面。
6.如权利要求5所述的切削镶片，其中这些前刀面相对于该底表面以在约十度至约二十五度之间的范围内的一个角向上倾斜，而使得所有这些切削刃位于同一平面内。
7.如权利要求5所述的切削镶片，其中该顶表面包括在该中央部分与这些前刀面之间的多个半径弯部。
8.如权利要求5所述的切削镶片，其中该顶表面包括在这些前刀面之间的多个半径弯部。
9.如权利要求1所述的切削镶片，其中该镶片的顶表面平行于该底表面。
10.一种高速铣刀，包括: 一个镶片凹座，该镶片凹座包括一个底表面、一个径向支撑壁、一个轴向支撑壁、从该底表面延伸的一对支撑壁，这些支撑壁是相对于该底表面以一个角形成的；以及安装在该镶片凹座中的一个如权利要求1所述的切削镶片。
11.如权利要求10所述的高速铣刀，进一步包括在这些支撑壁与该底表面之间的一个半径弯部。
12.—种组合式高速铣刀与切削镶片，该组合包括: 一个高速铣刀，该高速铣刀包括: 一个镶片凹座，该镶片凹座包括一个底表面、一个径向支撑壁、一个轴向支撑壁、从该底表面延伸的一对支撑壁，这些支撑壁是相对于该底表面以一个角形成的；以及安装在该镶片凹座中的一个切削镶片，该切削镶片包括: 一个具有基本上平坦的中央部分的顶表面、一个基本上平坦的底表面、以及多个侧表面，其中这些侧表面中的至少两个侧表面是沿对角线彼此相对的； 在该顶表面与这两个沿对角线相对的侧表面之间的相交处形成的一个主要切削刃；在该顶表面与这些侧表面中的一个不同侧表面之间的相交处形成的一个斜面加工切削刃； 在该顶表面与这些侧表面中的一个不同侧表面之间的相交处形成的一个擦拭切削刃；以及 在该顶表面与该多个侧表面中的两个侧表面之间的相交处形成的一个鼻部半径切削刃， 其中这两个沿对角线相对的侧表面进一步包括一个第一侧表面和一个第二侧表面，该第二侧表面延伸了该主要切削刃的总长度，并且 其中该第一侧表面是相对于该基本上平坦的底表面以一个角度形成的，并且其中该第二侧表面是相对于该基本上平坦的底表面以一个角度形成的，并且其中与这两个沿对角线彼此相对的侧表面不同的至少两个侧表面接触了该铣刀的一个镶片凹座，并且其中这两个沿对角线相对的侧表面的第一和第二侧表面接触了该铣刀的该镶片凹座，由此当该切削镶片被安装到该高速铣刀的镶片凹座中时在该切削镶片与该镶片凹座之间提供了四点式接触。
【文档编号】B23C5/00GK104338991SQ201410353890
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年7月23日 优先权日:2013年7月30日
【发明者】J·F·科瓦克 申请人:钴碳化钨硬质合金公司