CN102773528A - 具有pcd切削刃尖的改进型旋转切削刀具 - Google Patents

Abstract

一种切削刀具，当这种切削刀具围绕一条中央纵向轴线转动时在一个工件上进行开孔操作，它包括一个总体上圆柱形的本体，这个总体上圆柱形的本体具有一个被结构化成有待安装到一台机床上的第一端以及一个被结构化成接合在工件上并且执行切削操作的一个相反的第二端。在这个总体上圆柱形的本体中限定了多个冷却剂通道，这些冷却剂通道中的每一个冷却剂通道都是相对于这条中央纵向轴线以一个第一螺旋角而布置的。在这个总体上圆柱形的本体中形成了多个槽，这些槽中的每一个槽都包括在这个总体上圆柱形的本体的第一端处或附近的一个第一部分、在这个总体上圆柱形的本体的第二端处或附近的一个第二部分、以及一个被布置在它们之间的过渡部分。

Description

具有PCD切削刃尖的改进型旋转切削刀具

技术领域

本发明总体涉及旋转切削刀具，并且更具体地涉及具有聚晶金刚石（PCD）切削刃尖的切削刀具，例如钻头。本发明进一步涉及一种用于形成具有聚晶金刚石切削刃尖的切削刀具的方法。

背景技术

聚晶金刚石（PCD）钻头历史上已经被形成为直槽钻头、小面钻尖式钻头（facet point drill）。最近，高压整体烧结的PCD钻头已经被形成为具有与整体碳化物钻头类似的螺旋槽以及更加复杂的钻尖几何形状。此类经高度工艺设计的PCD钻头的主要用途之一是用于在复合材料中钻孔，例如碳纤维增强聚合物（CFRP）钛复合材料。

在钛中钻孔要求冷却剂在钻头内流动顺畅以便控制在钻孔过程中产生的热量。由于高压整体烧结的PCD钻头通常被制造为一个PCD尖头和杆（它们随后被硬钎焊在一起），因此难以打通进入钻头侧面中的冷却剂通孔。典型地，通过一种EDM（电火花加工）方法在该PCD尖头中形成多个冷却剂孔，该方法是在尖端已经被硬钎焊到杆上之后进行的。这种EDM方法典型地因必要的装置和加工时间而颇为昂贵。另外，已知的高压整体烧结的PCD钻头通常使用穿过钻头芯部的一个中央冷却剂孔这个中央冷却剂孔进入通过EDM在尖头中形成的这些冷却剂孔。这样一个中央冷却剂孔的存在通常降低了钻头的强度并且因此降低了钻头的耐用性，这方面对用于对钛材料进行钻孔的钻头而言是至关重要的。

因此，对于用于对CFRP钛材料进行钻孔（特别是采用在此类钻头中供应冷却剂的方式）的切削刀具而言存在改进的空间。

发明内容

本发明的实施方案着手解决了现有技术中的这类缺陷，这些实施方案针对的是一种与改进的冷却剂孔设计相结合的改进型旋转切削刀具。

作为本发明的一个方面，提供了一种切削刀具，当这种切削刀具围绕一条中央纵向轴线转动时在一个工件上进行开孔操作。这种切削刀具包括一种总体上圆柱形的本体，该本体具有一个被结构化为有待安装到一台机床上的一个第一端以及一个被结构化为接合在工件上接并且执行切削操作的一个相反的第二端，该第二端的至少一部分是由一种PCD材料形成的。这种切削刀具进一步包括多个限定在这个总体上圆柱形的本体中的冷却剂通道，该多个冷却剂通道中的每个冷却剂通道是相对于该中央纵向轴线以一个第一螺旋角而布置的；以及多个形成在这个总体上圆柱形的本体中的槽，该多个槽中的每个槽具有：在这个总体上圆柱形的本体的第一端处或附近的一个第一部分，在这个总体上圆柱形的本体的第二端处或附近的一个第二部分，以及一个被布置在它们之间的过渡部分。每个槽的第一部分是相对于该中央纵向轴线总体上以这个第一螺旋角而布置的，每个槽的第二部分是相对于该中央纵向轴线总体上以一个第二螺旋角而布置的，并且每个槽的过渡部分是相对该中央纵向轴线总体上以一个第三螺旋角而布置的，并且这个第三螺旋角是大于第一螺旋角的。

该多个冷却剂通道的每个冷却剂通道可以包括一个开口，该开口被布置在该多个槽的一个相应的槽的过渡部分处或附近。

该多个槽可以包括两个槽，并且该多个冷却剂通道可以包括两个冷却剂通道。

该第一螺旋角可以包括一个约30度的角。该第三螺旋角可以包括一个约45度的角。该第二螺旋角可以包括一个范围在约15度到约20度的角。

作为本发明的另一个方面，提供了一种形成切削刀具的方法。该方法包括：以旋转切削刃尖的形式提供一个PCD材料涂覆形成的尖头；将该尖头硬钎焊到一个围绕一条中央纵向轴线布置的、总体上圆柱形的杆构件中，这个总体上圆柱形的杆构件具有多个相对于该中央纵向轴线以一个第一螺旋角形成在其中的冷却剂通道；并且将多个具有相对该中央纵向轴线变化的螺旋角的不同的槽研磨进入到这个硬钎焊的圆柱形杆和尖头中，每个不同的槽被定向为使得该多个冷却剂通道的一个相应的冷却剂通道通入一个相应的槽中。

每个不同的槽可以包括一个相对于该中央纵向轴线以该第一螺旋角或其大约的角度而布置的一个第一部分，以及一个相对于该中央纵向轴线以一个第二螺旋角而布置的一个第二部分，以及一个相对于该央纵向轴线以第三螺旋角而布置的一个第三部分。该第三部分沿着该中央纵向轴线被布置在该第一与第二部分之间，并且这个第三螺旋角是大于第一螺旋角的。

该多个冷却剂通道中的每个冷却剂通道可以通入该多个不同的槽的一个对应的槽中（总体上处于该对应的槽的第三部分中）。

对该多个不同槽中的每个槽进行研磨可以包括：以该第一螺旋角研磨一个第一部分，以一个第三螺旋角研磨与该第一部分相邻一个第三部分，并且以一个第二螺旋角研磨与该第三部分相邻的并且与该第一部分相反的一个第二部分，其中该第三螺旋角是大于该第一螺旋角的。该第一螺旋角可以包括一个约30度的角。该第三螺旋角可以包括一个约45度的角。该第二螺旋角可以包括一个范围在约15度到约20度的角。

附图说明

当结合这些附图来阅读时，可以从以下对优选实施方案的说明中获得对本发明的全面理解，在附图中：

图1是根据本发明的一个示例性实施方案的一种切削刀具的侧立面视图；

图2是沿图1的线2-2截取的图1的切削刀具的截面图；并且

图3是朝第二端向下观察刀具的纵向轴线时图1的切削刀具的侧端视图。

具体实施方式

这里使用的方向性词语（例如像：左、右、前、后、顶部、底部及其派生词）涉及在附图中示出的这些元件的取向，并且对于权利要求并非限制性的，除非在此明确地引述。在所有附图中对相同的部件提供相同的参考号。

如在此使用的，术语“多个（number）”是指任何非零的数量（即，一个或大于一的任何数量）。

如在此使用的，术语“附近”应该被用于指在一个在具体确定的点的附近、或者在该点（即邻近）处的点。

图1至图3描绘了根据本发明的一个非限制性实施方案的一种示例性的切削刀具10，该切削刀具用于在切削刀具10围绕一条中央纵向轴线12转动时在一个工件（未示出）上进行切削操作。尽管按照在此说明的示例性实施方案中的一个钻头进行了说明，但是应理解的是在此说明的这些概念适用于其他切削刀具的，例如像（没有限制）采用了硬钎焊的刃尖的端铣刀或其他旋转切削刀具。

切削刀具10包括一个第一端14和一个相反的第二端16。切削刀具10进一步包括一个被布置在第一端14处或附近的、用于将切削刀具10安装在一台机床（未示出）的卡盘机构中的安装部分18，一个总体上被布置在第二端16处的、用于接合并切削一个工件（未示出）的切削刃尖20，以及一个总体上圆柱形形状的、被布置在安装部分18与切削刃尖20之间的本体部分22。切削刃尖20是总体上由一个碳化物尖头24形成的，该碳化物尖头具有沉积在其上的一种PCD材料25，这种材料是通过一种适合的硬钎焊方法硬钎焊到本体部分22的一个硬钎焊接点26上的。优选地，本体部分22同样地是由一种类似的碳化物材料形成的。

切削刀具10进一步包括多个提供在本体部分22中的槽28（在所展示的实例中是两个）。每个槽28包括一个第一部分（总体上以30显示）、一个第二部分（总体上以32显示）、以及一个被布置在第一部分30与第二部分32之间的过渡部分（总体以34显示）。每个槽28的第一部分30是相对于中央纵向轴线12总体上以一个第一螺旋角θ₁而布置的，每个槽28的第二部分32是相对于中央纵向轴线12总体上以一个第二螺旋角θ₂而布置的，并且每个槽28的过渡部分34是相对中央纵向轴线12总体上以一个第三螺旋角θ₃而布置的。优选地，第一螺旋角θ₁是30度或约30度（+/-2度），第二螺旋角θ₂是在约15度到约20度的范围内，并且过渡螺旋角θ₃是45度或约45度（+/-2度）。在任何情况下，第三螺旋角θ₃是大于第一螺旋角θ₁的，这种关系的可取性将在下面进一步地详细讨论。

如图1中的隐线所示，切削刀具10进一步包括多个限定在总体上圆柱形的本体22中的冷却剂通道40（在所展示的实例中是两个）。每个冷却剂通道40是相对于该中央纵向轴线以一个螺旋角α₁而布置的。优选地，冷却剂通道40的螺旋角α₁是与槽28的第一螺旋角θ₁相同或大致相同的角度。容易理解的是这种安排提供了每个冷却剂通道40以便沿着一个对应的槽28的第一部分30总体上平行地延伸。

如图1和图3中所示，每个冷却剂通道40包括一个开口42，该开口总体上被布置在一个相应的槽28的过渡部分34中或者在其附近。换言之，在每个槽的第一部分30的第一螺旋角θ₁（以及冷却剂通道40的螺旋角α₁）与过渡部分34的过渡角θ₃之间的差异的结果是，每个冷却剂通道40穿过钻头本体22总体上进入过渡部分34中或者在其附近，从而将冷却剂提供到该周边（未编号）以及切削刀具10的切削刃尖20上，而不要求切削刀具10的任何EDM加工。

从前面的说明中，本领域的普通技术人员往往会容易地理解，根据本发明可以形成切削刀具10的方式有多种。作为实例，PCD尖头可以被硬钎焊到一个杆上，该杆具有多个形成在其中的并且以例如30度（无限制性）的螺旋角α₁布置的冷却剂通道。在已经完成了此类硬钎焊之后，接着研磨一个具有变化的螺旋角的不同的槽。此类不同的槽包括一个靠近切削点20的优化的第二螺旋角θ₂、以及一个第三螺旋角θ₃，该第三螺旋角“过渡”以便在总体地在轴向上位于切削刀具10的这些切削刃缘（未编号）之上的一个位置处切断冷却剂孔40。

应理解的是本发明提供了胜过已知PCD钻头的多项优点。这些优点包括，例如无限制性地，在制造PCD钻头的过程中使用现有冷却剂孔杆的能力，并不要求一个中央冷却剂孔（因此，更坚固）、消除了任何对EDM的需要、要求更少的加工时间（因此，费用更低），并且这种与众不同的螺旋可以容易地进行调整以便产生良好的动态特性。

虽然已对本发明的具体实施方案进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应认识到鉴于本披露的整体传授内容可以对在此提供的这些细节发展出不同的修改和替代方案。因此，所披露的具体安排仅是说明性的，而不作为对本发明的范围的限制，本发明的范围应涵盖在所附权利要求以及其任何和所有的等效物的全部广度内。

Claims (13)

1.一种切削刀具，当该切削刀具围绕一条中央纵向轴线转动时在一个工件上进行开孔操作，该切削刀具包括：

一种总体上圆柱形的本体，该本体具有一个被结构化为有待安装到一台机床上的一个第一端以及一个被结构化为接合在该工件上并且执行切削操作的相反的第二端，该第二端的至少一部分是由一种PCD材料形成的；

多个限定在该总体上圆柱形的本体中的冷却剂通道，该多个冷却剂通道中的每个冷却剂通道是相对于该中央纵向轴线以一个第一螺旋角而布置的；

多个形成在该总体上圆柱形的本体中的槽，该多个槽中的每个槽包括在该总体上圆柱形的本体第一端处或附近的一个第一部分、在该总体上圆柱形的本体的第二端处或附近的一个第二部分、以及一个被布置在它们之间的过渡部分，

其中每个槽的第一部分是相对于该中央纵向轴线总体上以该第一螺旋角而布置的，每个槽的第二部分是相对于该中央纵向轴线总体上以一个第二螺旋角而布置的，并且每个槽的过渡部分是相对该中央纵向轴线总体上以一个第三螺旋角而布置的，并且

其中该第三螺旋角是大于该第一螺旋角的。

2.如权利要求1所述的切削刀具，其中该多个冷却剂通道中的每个冷却剂通道包括一个被布置在该多个槽的一个相应的槽的过渡部分处或附近的开口。

3.如权利要求1所述的切削刀具，其中该多个槽包括两个槽，并且该多个冷却剂通道包括两个冷却剂通道。

4.如权利要求1所述的切削刀具，其中该第一螺旋角包括一个约30度的角。

5.如权利要求1所述的切削刀具，其中该第三螺旋角包括一个约45度的角。

6.如权利要求1所述的切削刀具，其中该第二螺旋角包括一个范围在约15度到约20度的角。

7.一种形成切削刀具的方法，该方法包括：

以旋转切削刃尖的形式提供一个PCD材料涂覆形成的尖头；

将该尖头硬钎焊在围绕一条中央纵向轴线而布置的一个总体上圆柱形的的杆构件上，该总体上圆柱形的杆构件具有多个相对于该中央纵向轴线以一个第一螺旋角形成在其中的冷却剂通道；并且

将多个具有相对于该中央纵向轴线变化的螺旋角的不同的槽研磨进入到该硬钎焊的圆柱形的杆和尖头之中，每个不同的槽被定向为使得该多个冷却剂通道中一个相应的冷却剂通道通入一个相应的槽内。

8.如权利要求7所述的方法，其中每个不同的槽包括一个相对于该中央纵向轴线以该第一螺旋角布置在其附近布置的第一部分，一个相对于该中央纵向轴线以一个第二螺旋角布置的第二部分，以及一个相对于该中央纵向轴线以一个第三螺旋角布置的第三部分；其中该第三部分是沿着该中央纵向轴线布置在该第一与第二部分之间；并且其中该第三螺旋角是大于该第一螺旋角的。

9.如权利要求8所述的方法，其中该多个冷却剂通道中的每个冷却剂通道通入该多个不同的槽的一个对应的槽中，总体上处于该对应的槽的第三部分内。

10.如权利要求7所述的方法，其中对该多个不同的槽中的每个槽进行研磨包括：

以该第一螺旋角研磨一个第一部分，

以一个第三螺旋角研磨与该第一部分相邻的一个第三部分，并且

以一个第二螺旋角研磨与该第三部分相邻并且与该第一部分相反的一个第二部分，其中该第三螺旋角是大于该第一部分。

11.如权利要求10所述的方法，其中该第一螺旋角包括一个约30度的角。

12.如权利要求10所述的方法，其中该第三螺旋角包括一个约45度的角。

13.如权利要求10所述的方法，其中该第二螺旋角包括一个范围在约15度到约20度的角。

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