不重磨刀片制造技术

传统的高压烧结材料的小尺寸可转位刀片的问题在于，没有工具柄夹紧孔，与柄的连接复杂且夹紧力较弱。这是由于很难在高压烧结材料中加工具有曲线轮廓的孔。通过激光加工必要的构造同时调节光束输出功率并通过检流计镜增强光束光采集，以及控制光束辐射位置的高精度，在由高压烧结材料和硬质合金构成的整体烧结的可转位刀片中加工夹紧孔。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及用于金属切削作业中的可转位刀片以及制造这种刀片的方法。
技术介绍
在钢/铁材料和铝合金的加工中，由于近年来对于减少环境污染，更不用说降低加工成本的需求，使得高精度、高效率的机加工作为重要的技术开发问题成为人们关注的焦点。作为其解决方案，将诸如烧结立方氮化硼(cBN)和烧结金刚石等的高压烧结材料用作切削工具的例子已经增加。与屹今为止使用的硬质合金和陶瓷相比，使用高压烧结材料作为切削工具的资源成本较高。因此，在采用高压烧结材料的应用中，例如在其底质由硬质合金构成的可转位刀片中，被切成用作切削刃的部分的尺寸的烧结材料通过钎焊等技术被安装到底质中。图1(A)是它的一个特殊例子。由高压烧结材料1和硬质合金2构成的坯料通过钎焊被焊接到由硬质合金构成的底质3上，在底质被烧结前在底质中形成夹紧/锁定孔5。可转位刀片形成包括较小尺寸的三角形或四边形的几何形状，用于钻小孔的操作，以及同样为小尺寸的圆形，用于仿形作业。在这些可转位刀片中，那些整个切削面或整个刀片本身由高压烧结材料构成的刀片，和那些不具有夹紧/锁定孔的刀片，已经被沿着切削面楔在带有夹持楔块的工具柄上以将它们固定在适当的位置以便于使用。图1(B)和1(C)是这样的刀片的特定例子。在图1(B)中，高压烧结材料1构成切削面，硬质合金部分2被整体烧结。在图1(C)中的可转位刀片整个由高压烧结材料构成。这些可转位刀片不具有夹紧/锁定孔。设置有夹紧/锁定孔的可转位刀片在连接到工具柄上时具有优点。在日本专利申请公开出版物No.H04-2402中公开了一种在可转位刀片已被模制后用于在可转位刀片中钻孔的技术，该技术使用激光束产生从切削面到由线体加强陶瓷制成的铣削刀片安装座的圆柱形通孔。同样地，在日本专利申请公开出版物No.H07-299577中公开了一种与直接转换方法结合的激光加工cBN烧结物质的方法，其中几乎不包含任何的烧结添加剂。上述在图1(A)中所示的使用了高压烧结材料的传统可转位刀片的一个问题在于，对于小尺寸可转位刀片，在其上钎焊刀片的毛坯尺寸较小，意味着由于减小了钎焊的表面积，钎焊焊缝在切削作业期间在间歇冲击力和重复应力作用下有时会松脱。为了解决这一问题，与采用将毛坯钎焊到刀片的切削刃部分的结构不同，可利用一种刀片，具有如图1(B)或图1(C)所示的结构，其中整个切削面或整个刀片本身由高压烧结材料制成，其中没有夹紧/锁定孔。采用整个切削面或整个可转位刀片本身由高压烧结材料制成的结构有可能使刀片具有许多切削齿，并且通过去除钎焊过程，使得制造成本得以减少。刀片不具有夹紧/锁定孔的原因是，由于使用传统的技术在高压烧结材料上钻孔极其困难，因此就工业可行性而言在可接受的限度内的生产成本下进行制造是不可能的。在安装不具有夹紧/锁定孔的可转位刀片的情况下所采用的系统依赖于以下技术，其中通过利用楔块沿着可转位刀片的切削面压在可转位刀片上来固定可转位刀片，或者将刀片夹紧在垫片和夹紧块之间。在这些情况下，当加工具有高延展性的工件时，来自工件的碎屑为连续和卷曲形的，碎屑碰撞夹具头，常常损坏夹具头。已经证明这是使碎屑脱离能力变差的一个因素，从而使得碎屑与工件的表面接触并在工件的表面上留下划痕，产生低品质的切削。在用于切削齿的具有高压烧结材料的刀片安装在诸如端铣刀之类的回转刀具上的机加工中会产生另外的问题。由于在这些情况下刀片通常在高速机加工条件下使用，因此刀具转速较快，并且，在不使用夹紧/锁定孔的夹紧系统中不能得到足够的夹紧力，因此，由于转动期间产生的离心力，刀片易于从工具柄上松脱。而且，对于不使用夹紧/锁定孔的夹紧系统，用于夹紧/锁定的部分的数量很大，这已证明是庞大的，从而使得用于小直径工具柄(诸如φ20mm或更小)规格的多点设计很困难。至于加工如上所述的用于夹紧/锁定的孔的方法，除了本专利技术中公开的激光加工方法以外，尽管可利用诸如使用旋转研磨机研磨、超声加工、放电加工等等的技术，但由于使用这些技术在高压烧结材料上进行加工的速度极慢，研磨机、超声波照射枪、放电电极等等的形状随着时间改变，因此不可能保持加工精度。对于线放电加工，必须加工出导向钻头孔(starter hole)，就可加工的形状而言，只能加工圆柱孔。而且，在高压烧结材料不导电的情况下，放电加工是不适用的。至于激光加工，利用传统方法在加工过程中会有相当大的热损伤，诸如在被加工面中出现潜在裂纹，导致刀片破坏；并且，与线放电加工一样，只能加工圆柱形的孔。本专利技术的问题是解决上述的到目前为止的技术中所存在的问题，为此，提供一种可转位刀片，该刀片没有结构脆性部分，能够容易地和牢固地连接到工具柄上，并且在处理碎屑方面具有优越性。
技术实现思路
为了实现上述目的，通过采用在超高压下整体地烧结到硬质合金上的高压烧结材料本身作为主要部件，消除钎焊焊缝中的非稳定强度状态(wise)；通过在切削面的中心部分中设置孔以便夹紧到工具柄上，以提高连接到工具柄上的强度和精度，并且减小工具的总体尺寸，从而使得加工可行性的限度扩大了。此外，在本专利技术的第二方面中，通过从高压烧结材料构造整个可转位刀片，除了前述的效果外，由于高压烧结材料具有的高水平的热传导，减小了加工时在切削刃中的温度升高，使得在切削刃中的碎屑和破裂减少，并提高了加工的尺寸精度。在前述的本专利技术的第一和第二方面中，为了对诸如钢、铸造金属物体、不锈钢等黑色金属进行切削操作，可利用立方氮化硼(cBN)烧结物质作为高压烧结材料，而在对诸如压铸铝合金、镁合金以及铜合金等非铁金属进行切削操作中，可利用金刚石烧结物质作为高压烧结材料。两者中的任一种都具有高强度、在高温下化学性质稳定并且具有高的热传导性。通过本专利技术扩大可转位刀片的总体几何尺寸将意味着较大尺寸的高压烧结材料用作刀片材料，提高了生产成本，并且意味着与屹今为止使用的可转位刀片——其中高压烧结材料只钎焊到刀片的切削刃部分——相比，本专利技术的可转位刀片在性能价格比方面将不会显示优越性。因为同样的原因，如果根据本专利技术的刀片的总体几何尺寸被减小到一定程度，在该程度下设置在刀片中部中的夹紧孔的存在明显削弱了刀片的机械强度，将不会显示稳定的切削工具性能。因此，在本专利技术的可转位刀片的几何形状为多角形的情况下，投影到切削面上并构成可转位刀片轮廓的多角形中的内接圆的直径优选为3mm或更多，13mm或更小；在几何形状为圆形的情况下，在投影到切削面上的圆形中的可转位刀片的外径优选为5mm或更多，20mm或更小。可利用高功率脉冲YAG激光器加工位于可转位刀片的中心部分中的把柄夹紧孔，其中调节输出功率并且同时利用检流计镜增强光收集，同时，通过控制输出功率、振荡频率和滚花节距，以固定的加工量逐渐切削出刀片的轮廓线(contour line)。利用这样的激光加工方法，通过减小激光束的总输出功率及提高它的光收集水平，可减小热对于加工表面的影响。另外，向被接通以便接收电子数据的激光加工设备直接传送通过三维CAD系统准备的形状建模数据，在激光加工设备中安装CAD-CAM系统以便由接收的形状建模数据自动产生加工孔型，使得加工不仅限于一般的线切削作业，而且延伸到具有不规则曲面的复杂形状。可利用上述的激光系统，在可转位刀片的中心部分中提供把柄夹紧孔，所述夹紧孔的形状不同于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可转位刀片，包括：构成切削面的高压烧结材料，及用于支撑所述高压烧结材料的硬质合金，其特征在于，其包括：位于切削面中心部分中的孔，用于连接到工具柄上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：植田丞司，马场良介，佐桥稔之，久木野晓，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]