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CN109562468A - 具有带有应力释放表面的刀片接收槽的刀具支架及其制造方法 - Google Patents

具有带有应力释放表面的刀片接收槽的刀具支架及其制造方法 Download PDF

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CN109562468A
CN109562468A CN201780047912.6A CN201780047912A CN109562468A CN 109562468 A CN109562468 A CN 109562468A CN 201780047912 A CN201780047912 A CN 201780047912A CN 109562468 A CN109562468 A CN 109562468A
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Abstract

本申请涉及一种刀具支架(20)，其具有带有接收至少一个切削刀片的至少一个槽(24)的刀具主体(22)。至少一个槽具有支撑表面(26)和与其横切的抵接表面(28)，并且第一应力释放表面(30)位于支撑表面和抵接表面之间。第一应力释放表面沿第一轴线朝向第一槽外周表面(32)延伸。在第一应力释放表面和第一槽外周表面之间形成第二应力释放表面(34)。第二应力释放表面在沿包含第一轴线的第二平面截取的剖视图中具有凸起形状。该凸起形状可以具有大于0.3mm的半径。此外，本申请涉及一种形成第二应力释放表面的方法。

Description

具有带有应力释放表面的刀片接收槽的刀具支架及其制造 方法
技术领域
本发明涉及具有通常用于金属切削处理、特别是用于旋转加工操作的刀片接收槽的刀具支架。
背景技术
在用于旋转加工操作的切削刀具领域中，存在许多具有带有应力释放表面的刀片接收槽的刀具支架的例子。应力释放表面通常位于刀片接收槽的支撑表面和抵接表面之间，以在加工操作期间通过可移除地固定的切削刀片减小施加在刀具支架上的拉应力和压应力。
对于具有带有应力释放表面的刀片接收槽的刀具支架的现有技术的例子，可以参照US6,929,427的图8至图10以及US8,506,208的图1和图7。
施加在具有应力释放表面的刀片接收槽上的拉应力的有限元分析(FEA)已经表明，峰值应力值出现在应力释放表面与相邻的槽外周表面的拐角相交处或附近，这也适用于配置有拐角相交表面的刀片接收槽，所述拐角相交表面在剖面中观察时具有倒角或凹陷形状。
图1至图3示出了根据现有技术的刀片接收槽124，其在第一应力释放表面130和相邻的槽外周表面132之间配置有拐角相交表面134。在图4看出，拐角相交表面134(其基本上用作第二释放表面)在剖面中观察时具有凹陷形状。
还在图4中看出，在剖面中，拐角相交表面134在第一端点136和第二端点138之间延伸。在其第一端点136处，拐角相交表面134与邻接的第一应力释放表面130形成第一中断部，并且在其第二端点138处，拐角相交表面134与邻接的槽外周表面132形成第二中断部。
图5是示出了在切削操作期间通过可移除地固定的切削刀片(没有示出)施加在刀片接收槽124上的拉应力的FEA图，其中峰值拉应力值37Kgf/mm2发生在紧邻拐角相交表面134处。
本发明的目的是提供一种改进的刀具支架，其在加工操作期间减小刀片接收槽处的应力。
本发明另外的目的是提供一种可以高效制造的改进的刀具支架。
发明内容
根据本发明，提供了一种刀具支架，其包括：
刀具主体，其具有用于接收至少一个切削刀片的至少一个槽，所述至少一个槽包括支撑表面和横切于支撑表面的抵接表面，以及
位于支撑表面和抵接表面之间的第一应力释放表面，该第一应力释放表面沿第一轴线朝向槽外周表面延伸，
其中在第一应力释放表面和槽外周表面之间形成有第二应力释放表面，并且
其中第二应力释放表面在沿包含第一轴线的第一平面截取的剖视图中具有凸起形状。
根据本发明，还提供了一种制造上述刀具支架的方法，其中第二应力释放表面通过非磨削加工形成。
附图说明
为了更好地理解，现在将仅通过举例的方式参考附图描述本发明，附图中的点划线表示构件的局部视图的截断边界，并且在附图中：
图1是根据现有技术的刀片接收槽的立体图；
图2是图1所示的刀片接收槽的一部分的详细立体图；
图3是图1所示的刀片接收槽的前视图；
图4是沿IV-IV线截取的图3所示的刀片接收槽的详细剖视图；
图5是图1所示的刀片接收槽的有限元分析图；
图6是根据本发明的一些实施方式的刀具支架的立体图；
图7是图6所示的刀具支架的刀片接收槽的立体图；
图8是图7所示的刀片接收槽的一部分的详细立体图；
图9是图7所示的刀片接收槽的前视图；
图10是图7所示的刀片接收槽的侧视图；
图11是沿XI-XI线截取的图9所示的刀片接收槽的详细剖视图；
图12是沿XII-XII线截取的图9所示的刀片接收槽的详细剖视图；
图13是图7所示的刀片接收槽的有限元分析图；
图14是沿XIV-XIV线截取的图10所示的刀片接收槽的详细剖视图；
图15是沿XV-XV线截取的图9所示的刀片接收槽的详细剖视图；以及
图16是用于制造本发明的刀具支架的旋转切削刀具的侧视图。
具体实施方式
如图6所示，本发明涉及一种刀具支架20，其包括刀具主体22，刀具主体22具有用于接收至少一个切削刀片(没有示出)的至少一个槽24。
在本发明的一些实施方式中，刀具主体22可由加工钢制成。
同样在本发明的一些实施方式中，至少一个切削刀片可以可移除地固定在其相关联的槽24中。
根据本发明，如图7至图10所示，至少一个槽24具有支撑表面26和横切于该支撑表面26的抵接表面28，并且第一应力释放表面30位于支撑表面26和抵接表面28之间。
在本发明的一些实施方式中，第一应力释放表面30可以与支撑表面26和抵接表面28相交。
同样在本发明的一些实施方式中，刀具主体22可具有多个槽24。
如图6所示，刀具主体22可以具有旋转轴线AR，并且刀具支架20可以用于旋转加工操作，例如铣削操作。
根据本发明，如图7至图10所示，第一应力释放表面30沿第一轴线A1朝向第一槽外周表面32延伸。在第一应力释放表面30和第一槽外周表面32之间形成有第二应力释放表面34。第二应力释放表面34可以邻接第一应力释放表面30和第一槽外周表面32二者。
在本发明的一些实施方式中，支撑表面26和抵接表面28可以与第一槽外周表面32相交。
同样在本发明的一些实施方式中，抵接表面28可以是平面的，并且第一轴线A1可以平行于抵接表面28。
如图6和图7所示，第一槽外周表面32可以是刀具主体22的前端表面36。
在本发明的一些实施方式中，第一槽外周表面32可以基本上是平面的。
同样在本发明的一些实施方式中，第一槽外周表面32可以垂直于旋转轴线AR。
如图11所示，第一应力释放表面30在沿垂直于第一轴线A1的第一平面P1截取的剖视图中可以具有凹陷形状。
同样如图11所示，在沿第一平面P1截取的剖视图中，第一应力释放表面30可以是弧形的，具有恒定的第一释放表面半径R1和大于90度的角范围。
在本发明的一些实施方式中，第一平面P1可以与底部支撑表面26和抵接表面28相交。
同样在本发明的一些实施方式中，支撑表面26可以与第二槽外周表面38相交。
此外，在本发明的一些实施方式中，支撑表面26可以是平面的。
如图6所示，第二槽外周表面38可以是刀具主体22的圆柱形外表面40。
根据本发明，如图12所示，第二应力释放表面34在沿包含第一轴线A1的第二平面P2截取的剖视图中具有凸起形状。
在本发明的一些实施方式中，第二应力释放表面34可以是非珩磨的，即不是通过边缘珩磨形成的。边缘珩磨是从切削刀具的边缘除去材料以获得半径在0.01mm至0.20mm之间的圆形形状的磨削加工处理，它的例子包括振动珩磨、介质珩磨和刷珩磨。
同样在本发明的一些实施方式中，如图10所示，支撑表面26可以限定第三平面P3，第三平面P3可以垂直于第二平面P2。
图13是详细的FEA图，其示出了在切削操作期间在本发明的槽24上通过其相关联的切削刀片(没有示出)施加的拉应力，其峰值拉应力值23Kgf/mm2发生在第二应力释放表面34处。
图13所示的发生在本发明的第二应力释放表面34处的23Kgf/mm2的峰值拉应力值显著低于图5所示的现有技术例子的紧邻刀片接收槽124的拐角相交表面134发生的37Kgf/mm2的峰值拉应力值。
提供具有凸起剖面形状的第二应力释放表面34确保了与邻接的表面(即，第一应力释放表面30和第一槽外周表面32)的平滑过渡，有利地减小了在槽24上施加的峰值拉应力值。
在本发明的一些实施方式中，如图14所示，第二应力释放表面34在沿包含第一轴线A1并垂直于第二平面P2的第四平面P4截取的剖视图中可具有凸起形状。
同样在本发明的一些实施方式中，第二应力释放表面34在沿其第二平面P2和第四平面P4之间的路径截取的剖视图(没有示出)中可具有凸起形状。
如图15所示，在沿垂直于第一槽外周表面32的第五平面P5截取的剖视图中，第二应力释放表面34可具有第二释放表面半径R2。
在本发明的一些实施方式中，第二释放表面半径R2可以大于0.3mm。
同样在本发明的一些实施方式中，第二释放表面半径R2可以小于或等于第一释放表面半径R1。
此外，在本发明的一些实施方式中，第五平面P5可以与第二平面P2相交，以形成具有小于或等于60度的值的锐角的第一槽角度α1。
本发明还涉及一种制造刀具支架20的方法，其中第二应力释放表面34可以通过非磨削加工处理形成，因此不同于边缘珩磨。
在本发明的一些实施方式中，第二应力释放表面34可以使用旋转切削刀具42(例如，铣刀)加工。
如图16所示，旋转切削刀具42在其侧视图中可具有朝外的凹陷形状的切削刃44。
在本发明的一些实施方式中，旋转切削刀具42的凹陷的切削刃44在其侧视图中可具有大于0.3mm的半径。
如图12所示，在沿第二平面P2截取的剖视图中，第一应力释放表面30可以在第二应力释放表面34的第一端点N1处与第二应力释放表面34相切。
将第一应力释放表面30构造成与第二应力释放表面34相切确保了这些表面之间的平滑过渡(例如，没有中断部)，由此使得应力降低得到改进。
在本发明的其他实施方式(没有示出)中，第二平面P2和第五平面P5可以是共面的，并且第一槽外周表面32可以在第二应力释放表面34的第二端点处与第二应力释放表面34相切。
如图11所示，在沿第一平面P1截取的剖视图中，第一假想直线L1和第二假想直线L2分别与支撑表面26和抵接表面28上的第一表面点S1和第二表面点S2相切，并且彼此相交以形成第二槽角度α2。
在本发明的一些实施方式中，第二槽角度α2的值可以在20度和120度之间。
同样在本发明的一些实施方式中，第一应力释放表面30的凹陷的表面部分46可以相对于下列中的至少一个下凹(undercut)：
平行于第一假想直线L1的第一方向D1，以及
平行于第二假想直线L2的第二方向D2。
如图11所示，凹陷的表面部分46相对于第一方向D1下凹。
应当理解，在整个说明书和权利要求中使用的术语“下凹”是指凹部或通道，其中沿特定方向远离凹部或通道的指定子表面延伸的直线与相同的凹部或通道的另外的子表面相交。
尽管已经在某种特定性程度上描述了本发明，但是应该理解，可以在不脱离要求保护的本发明的精神或范围的情况下进行各种替换和修改。

Claims (20)

1.一种刀具支架(20)，其包括：
刀具主体(22)，其具有用于接收至少一个切削刀片的至少一个槽(24)，所述至少一个槽(24)包括支撑表面(26)和横切于所述支撑表面(26)的抵接表面(28)；以及
位于所述支撑表面(26)和所述抵接表面(28)之间的第一应力释放表面(30)，所述第一应力释放表面(30)沿第一轴线(A1)朝向第一槽外周表面(32)延伸，
其中在所述第一应力释放表面(30)和所述第一槽外周表面(32)之间形成有第二应力释放表面(34)，并且
其中所述第二应力释放表面(34)在沿包含所述第一轴线(A1)的第二平面(P2)截取的剖视图中具有凸起形状。
2.根据权利要求1所述的刀具支架(20)，其中：
在沿垂直于所述第一槽外周表面(32)的第五平面(P5)截取的剖视图中，所述第二应力释放表面(34)具有第二释放表面半径(R2)，并且
所述第二释放表面半径(R2)大于0.3mm。
3.根据权利要求1或2所述的刀具支架(20)，其中，所述第二应力释放表面(34)是非珩磨的。
4.根据前述任一项权利要求所述的刀具支架(20)，其中，所述第一应力释放表面(30)与所述支撑表面(26)和所述抵接表面(28)相交。
5.根据前述任一项权利要求所述的刀具支架(20)，其中：
所述刀具主体(22)具有旋转轴线(AR)，并且
所述第一槽外周表面(32)实质上是平面的，并且垂直于所述旋转轴线(AR)。
6.根据前述任一项权利要求所述的刀具支架(20)，其中，所述支撑表面(26)和所述抵接表面(28)与所述第一槽外周表面(32)相交。
7.根据前述任一项权利要求所述的刀具支架(20)，其中：
所述抵接表面(28)是平面的，并且
所述第一轴线(A1)平行于所述抵接表面(28)。
8.根据前述任一项权利要求所述的刀具支架(20)，其中，在沿所述第二平面(P2)截取的剖视图中，所述第一应力释放表面(30)在所述第二应力释放表面(34)的第一端点(N1)处与所述第二应力释放表面(34)相切。
9.根据前述任一项权利要求所述的刀具支架(20)，其中，所述第二应力释放表面(34)在沿包含所述第一轴线(A1)并垂直于所述第二平面(P2)的第四平面(P4)截取的剖视图中具有凸起形状。
10.根据前述任一项权利要求所述的刀具支架(20)，其中：
所述支撑表面(26)限定第三平面(P3)，并且
所述第三平面(P3)垂直于所述第二平面(P2)。
11.根据前述任一项权利要求所述的刀具支架(20)，其中，所述第一应力释放表面(30)在沿垂直于所述第一轴线(Al)的第一平面(P1)截取的剖视图中具有凹陷形状。
12.根据权利要求11所述的刀具支架(20)，其中，所述第一平面(P1)与所述支撑表面(26)和所述抵接表面(28)相交。
13.根据权利要求11或12所述的刀具支架(20)，其中，在沿所述第一平面(PI)截取的剖视图中，所述第一应力释放表面(30)是弧形的，并且具有恒定的第一释放表面半径(R1)和大于90度的角范围。
14.根据权利要求13所述的刀具支架(20)，其中：
在沿垂直于所述第一槽外周表面(32)的第五平面(P5)截取的剖视图中，所述第二应力释放表面(34)具有第二释放表面半径(R2)，并且
所述第二释放表面半径(R2)小于或等于所述第一释放表面半径(R1)。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的刀具支架(20)，其中：
在沿所述第一平面(P1)截取的剖视图中，分别与所述支撑表面(26)上的第一表面点(S1)和所述抵接表面(28)上的第二表面点(S2)相切的第一假想直线(L1)和第二假想直线(L2)彼此相交，以形成第二槽角度(α2)，并且
所述第二槽角度(α2)的值在20度和120度之间。
16.根据权利要求15所述的刀具支架(20)，其中，所述第一应力释放表面(30)的凹陷的表面部分(46)相对于下列中的至少一个下凹：
与所述第一假想直线(L1)平行的第一方向(D1)，以及
与所述第二假想直线(L2)平行的第二方向(D2)。
17.一种制造前述任一项权利要求所述的刀具支架(20)的方法，所述方法包括通过非磨削加工形成所述第二应力释放表面(34)。
18.根据权利要求17所述的方法，其包括使用旋转切削刀具(42)加工所述第二应力释放表面(34)。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述旋转切削刀具(42)在其侧视图中具有朝外的凹陷形状的切削刃(44)。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其中，所述旋转切削刀具(42)在其侧视图中具有朝外的凹陷形状的切削刃(44)，所述切削刃的半径大于0.3mm。
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