TWI579076B - 切削刀具 - Google Patents

Description

切削刀具

本發明是有關於一種切削刀具，且特別是有關於降低切削時的摩擦力的切削刀具。

一般的切削加工是利用刀具的刃邊去除工件材料的加工方法，切削加工常見有車、銑、鑽等。在切削過程中產生的切屑會在刀面上滑動而產生摩擦力。切屑與刀面的接觸面積愈大則摩擦力愈大，摩擦力會造成刀具溫度上升與刀具磨耗，致使刀具壽命下降，增加加工費用與生產時間。

參閱第1圖，其為一先前技術的專利申請公開號WO 2007099777所揭露的一種在刀面1上面配置許多格子狀的溝槽2，而構成方型的凸出部分3的陣列，溝槽2的長度4與寬度5都是固定的尺寸。

可知該設計可讓切削液流入刀面1上面的溝槽2，有助於潤滑以降低切屑與刀面間的摩擦力。但經由實驗發現，格子狀的溝槽雖然能減少摩擦力，仍有切屑堆積在刀面上，即所謂切削延性材料常發生的積屑緣(built-up edge)問題。因此，需要提供一種較佳的切削刀具設計，讓切屑容易與刀面脫離，達到降低切屑與刀面間的摩擦力，提升刀具壽命的目的。

本發明構想就是提供一種嶄新設計的切削刀具設計，在其刀面上配置多個溝槽，利用這些溝槽產生的液動壓效應，使切屑更容易脫離刀面，降低切屑與刀面間的摩擦力，進而提升刀具的壽命。

根據本發明之第一實施例，本發明提出一種切削刀具的設計，該切削刀具之刀面上，具有複數個溝槽。其中各溝槽具有一人字形轉折。各人字型溝槽的分角線與切屑流動方向相近。

根據本發明之另一實施例，本發明提出一種切削刀具的設計，該切削刀具之刀面上，具有複數個溝槽。其中各溝槽具有一非均勻寬度分佈。各溝槽之非均勻寬度沿著切屑流動方向分佈。

根據本發明之又一實施例，本發明提出一種切削刀具的設計，於刀面上具有複數個溝槽。各溝槽之非均勻深度沿著該切屑流動方向分佈。

本發明各實施例的詳細內容與功效可參閱以下圖式與實施方式之說明而得到充分的了解。

1‧‧‧切削刀具

2‧‧‧溝槽

3‧‧‧凸出部分

4‧‧‧間距

5‧‧‧寬度

21‧‧‧軸承

23‧‧‧轉軸

25‧‧‧潤滑流體

100/200‧‧‧切削刀具

102/202‧‧‧刀面

103‧‧‧工作件

105‧‧‧切屑

104/204‧‧‧刀腹

106/206‧‧‧切屑接觸區域

108/208‧‧‧切削刃邊

110/130/140/150‧‧‧人字形溝槽

111/131‧‧‧中心線

θ‧‧‧刀具角度

112/212‧‧‧第一端

114/214‧‧‧第二端

112a/212a‧‧‧第一寬度

114a/214a‧‧‧第二寬度

120/220‧‧‧疏水性結構

210a/210b/210n/230/220a/220b/220n/230a/230b/240/702/704‧‧‧溝槽

D1‧‧‧第一深度

D2‧‧‧第二深度

X11/X12/X21/X22/X31/X32/Y1/Y2‧‧‧間距

X/Y‧‧‧方向

α1/α2‧‧‧溝槽轉折角度

從以下描述中可以更詳細地理解本發明，這些描述是以實例的方式給出的，並且可以結合附圖加以理解，其中：第1圖係繪示先前技術之示意圖；第2圖係繪示習知動壓軸承之示意圖；第3A圖係繪示本發明之第一實施例之切削刀具之示意圖；第3B圖係繪示切削過程之示意圖； 第4A圖係繪示第3圖所示實施例之切削刀具上溝槽配置方式之上視圖；第4B圖係繪示第4A圖或第6圖中剖面線A-A所示之剖面圖，其顯示切削刀具上溝槽深度為非均勻分佈的不同實施例；第5圖係繪示本發明之另一實施例之切削刀具之示意圖；第6圖係繪示第5圖所示實施例之切削刀具上溝槽配置方式之上視圖；第7圖係繪示本發明之另一實施例之切削刀具上溝槽配置方式之上視圖；

以下詳細討論本發明之實施例的製作與使用。然而，應該理解的是，這些實施例提供許多可應用的創新概念，其可在各種特定背景中加以體現。所討論之特定的實施例僅係用以舉例說明，並非用以限制本發明之範圍。

請參閱第2圖，介紹動壓軸承的基本概念。圖中的軸承21內配置有逆時針方向轉動的轉軸23，在兩者之中會利用潤滑流體25提供潤滑。轉軸23轉動時，靠近軸承下方的潤滑流體25因粘滯力而朝著圖中左向右的方向流向愈來愈窄的楔型區域，隨著在軸承當中因為擠壓，在流體不可壓縮的條件下形成一壓力膜，分開上下兩個表面以避免接觸，如此可以確保軸承在轉動時的摩擦力為流體本身的剪力，而非軸承21與轉軸23 之間固體相互接觸的摩擦力。第2圖最下方顯示不同位置的液壓分佈，其中軸承21與轉軸23最接近的位置壓力最大，此即動壓軸承的基本概念。

為了強化流體產生的動壓效果，一般會在軸承21或轉軸23的表面加工出人字型溝槽，當流體進入人字型溝槽後會往溝槽中間移動，溝槽間的流體會在溝槽中間交會，因為溝槽體積減少，加上流體的不可壓縮性而產生往上的壓力，將上下兩個表面更加的分離。根據本發明的一構想，將人字型或是楔型的溝槽配置於刀具的刀面，根據動壓潤滑原理，加上前面敘述的減少切屑與刀面接觸面積的效應，可以降低刀面與切屑之間的摩擦力。

請參閱第3A圖，其繪示本發明之第一實施例之切削刀具100之示意圖。切削刀具100包含刀面102和刀腹104，刀面102與刀腹104交會形成切削刃邊108，刀面102鄰近切削刃邊108的一區域為刀面與切屑的接觸區域106，請同時參閱第3B圖，在切削過程中，切削刀具100作用於工件103之上，而切屑105從切削刃邊108產生而在刀面與切屑的接觸區域106上面流動。刀面102上的切屑接觸區域106和刀腹104上配置有複數個溝槽110及150。本領域專業人士可以了解在刀面以及刀腹上可以使用例如雷射、放電加工、化學蝕刻甚至傳統的加工方式產生溝槽。在一實施例中，刀面102和刀腹104夾一刀片角度θ，該角度θ通常介於45度至130度之間。為了方便描述，在刀面102上沿著切削刃邊108為X方向。切屑105在切削過程中會從切削刃邊108產生，而在切屑接觸區域106上面沿著不同於X方向的Y方向移動直到與刀面102脫離，也就是說，Y方向可以理解為切削過程中的切屑流動方向。特別值得一提的是，為了讓切 屑105更容易與接觸區域106脫離，本案各實施例中都可以可利用鍍膜技術或是雷射在刀面與切屑的接觸區域106上配置疏水性塗層120。

人字型或楔型溝槽也可加工在刀腹上，如第3A圖的刀腹104上的溝槽150以及第5圖的刀腹204上的溝槽240，但因為工件剛性大於切屑，使得刀具與工件無法因為液動壓潤滑而分離。因此刀腹上加工溝槽的功用是保存切削液，以及減少刀腹以及工件的接觸面積，也能達到減少刀腹與工件之間的摩擦力。

參閱第4A圖，其繪示第3圖所示實施例之切削刀具上溝槽配置方式之上視圖。圖中Y方向為切削過程中的切屑流動方向，人字形溝槽110的分角線111和人字形溝槽130的分角線131都與Y方向相近。切削過程中，流動於人字形溝槽110內的切削液或空氣會因為受到切屑的帶動，而產生兩個方向的運動：一為朝向Y方向，流體會流經人字形溝槽之間形成的楔型結構，構成產生動壓效應的條件。二為沿著人字型溝槽內往中間轉折處移動，流體被擠壓而由人字形溝槽110的兩側進入中間的轉折部位後，因為質量不滅原理，當空間減少後，壓力增大。將此二方向運動之流體的建壓效果相加，就能將切屑向上抬升，使切屑105和刀面102脫離。在另一實施例中，人字形溝槽可以組合為具多個轉折的溝槽，例如圖中的溝槽140。本領域專業人士可依此概念推導出具更多轉折的溝槽，於此不用詳述。

如前所述，當流體流向愈來愈窄的楔型區域，就構成動壓效應的條件。參閱第4B，其係顯示第4A圖中剖面線A-A所示之剖面圖。圖中D1和D2表示溝槽沿著Y方向不同位置的深度。第4B圖中的D1大於 D2，所以溝槽中的切削液或空氣受上方切屑的帶動而朝向如楔型結構的漸窄方向移動，產生動壓效應，進而將切屑向上抬升，使切屑和刀面(刀面102)脫離。

請參閱第5圖，其繪示本發明之又一實施例之切削刀具200之示意圖。切削刀具200包含刀面202和刀腹204，刀面202與刀腹204交會，形成切削刃邊208，刀面202鄰近切削刃邊208的區域為切屑接觸區域206。在一實施例中，刀面202和刀腹204夾一刀片角度θ，該角度θ通常介於45度至130度之間。刀面202上切屑接觸區域206和刀腹204上配置有複數個溝槽210、210a、210b...210n、220a、220b...220n、240等等。為了方便描述，在刀面202上沿著切削刃邊208為X方向。切屑105在切削過程中會從切削刃邊208產生，而在切屑接觸區域206上面沿著Y方向移動直到與刀面202脫離，也就是說，Y方向可以理解為切削過程中的切屑流動方向。

請參閱第6圖，其係繪示溝槽210a、210b...210n、220a、220b、230a、230b、240等等在刀面202以及刀腹204上各種配置方式之示意圖。第6圖中溝槽210n的上方寬度212a小於其下方寬度214a，按照前述動壓效應的形成條件，本領域專業人士可以理解，在切削過程中，流動於刀面溝槽中的切削液(未顯示)或空氣受上方切屑(未顯示)的推擠而朝向楔型結構的漸窄方向移動，產生動壓效應，進而將切屑向上推昇，使切屑和刀面(刀面202)脫離。

再參閱第6圖，在一實施例中，溝槽210a、210b...210n沿著X方向配置的間距X11、X12為固定間距；在另一實施例中，溝槽220a、 220b...220n沿著X方向配置X方向配置的間距X21、X22為漸減的關係，亦即X21大於X22；在另一實施例中，溝槽230a、230b...230n沿著X方向配置X方向配置的間距X31、X32為漸增的關係，亦即X31小於X32。在另一實施例中，沿著Y方向看來，每列溝槽之間的間距Y1和Y2呈現漸減的關係，亦即Y1大於Y2。圖中沒有表現，然而本領域專業人士可以自行推知另一種實施方式是，沿著Y方向看來，每列溝槽之間的間距Y1和Y2呈現漸增的關係，亦即Y1小於Y2。綜上所述，無論是漸增或漸減，配置於刀面102、202以及刀腹104、204上的該等溝槽的間距可具有一非均勻分佈。在溝槽外型符合上述本發明各類構想的條件下，都可以在位置的配置上構成溝槽間距的變化，也就是非均勻的分佈。

參閱第7圖，其顯示本發明切削刀片溝槽之另外多種實施例，例如單一曲線形溝槽702，以及多重曲線形溝槽704。圖中Y方向為切削過程中的切屑流動方向。本領域專業人士可以依據上述各種實施例，視需要加以排列組合。

實施例

1、一種切削刀具，包含：一刀面，刀面上具有複數個溝槽，配置於該刀面與切屑的接觸區域上，其中各該等溝槽具有一人字形轉折。

2. 如實施例1所述之切削刀具，其中該切屑接觸區域具有一切屑流動方向，各該等溝槽的該人字形轉折之一中心線係配置與該切屑流動方向相近。

3. 如實施例1所述之切削刀具的刀腹，與刀面相交會而形成一切削刃邊，且該刀腹配置有複數個具有該人字形轉折的溝槽。

4. 一種切削刀具，包含：一刀面，刀面上具有複數個溝槽，配置於該刀面與切屑的接觸區域上，其中各該等溝槽具有一非均勻寬度分佈。

5. 如實施例4所述之切削刀具，其中該切屑與刀面的接觸區域上具有一切屑流動方向，各該等溝槽之該非均勻寬度分佈係沿著該切屑流動方向而配置。

6. 如實施例4所述之切削刀片的刀腹，與刀面相交會而形成一切削刃邊，且該刀腹配置有複數個具有該非均勻寬度分佈的溝槽。

7. 一種切削刀具，包含：一刀面，刀面上具有複數個溝槽，配置於該刀面與切屑接觸區域上，其中各該等溝槽具有一非均勻深度分佈。

8. 如實施例7所述之切削刀具，其中該切屑接觸區域具有一切屑流動方向，各該等溝槽之該非均勻深度分佈係沿著該切屑流動方向而配置。

9. 如實施例8所述之切削刀具的刀腹，與刀面相交會而形成一切削刃邊，且該刀腹配置有複數個具有該非均勻深度分佈的溝槽。

10. 如上述實施例1-9所述之切削刀具，其中該刀面包含一疏水性塗層，其中該刀面與該刀腹相交會而形成一切削刃邊，該刀面具有沿著該切削刃邊的一X方向，以及不同於該 第一方向的Y方向，該等溝槽沿著X方向和Y方向排列，該切屑接觸區域鄰近該切削刃邊，且該等溝槽之間的間距具有一非均勻分佈。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧切削刀具

102‧‧‧刀面

104‧‧‧刀腹

106‧‧‧切屑與刀具接觸區域

108‧‧‧切削刃邊

θ‧‧‧刀具角度

110‧‧‧人字形溝槽

120‧‧‧疏水性結構

Claims (6)

1. 一種切削刀具，包含：一刀面，刀面上具有複數個溝槽，溝槽配置於刀面與切屑的接觸區域上，其中各溝槽具有一人字形轉折，而該切屑具有一切屑流動方向，而人字形轉折係指向該切屑流動方向。
2. 如申請專利範圍第1項所述之切削刀具，其中各溝槽的中心線方向接近於該切屑流動方向。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之切削刀具，包含刀面與刀腹，其中該刀面與該刀腹交會而形成一切削刃邊，且該切屑接觸區域鄰近該切削刃邊。
4. 如申請專利範圍第3項所述之切削刀具，其中該刀腹配置有複數個具有該人字形轉折的溝槽層，且該刀面包含一疏水性塗層。
5. 如申請專利範圍第1項所述之切削刀具，其中各溝槽之間的間距為非均勻分佈。
6. 如申請專利範圍第1項所述之切削刀具，其中各溝槽具有一非均勻深度分佈。