[发明专利]用激光进行旋转切削刀具切削刃的三维表面成形

说明书

技术领域

本发明涉及旋转切削刀具刃的形成、并且更具体地涉及使用激光来提供此类切削刃的三维表面成形。

背景技术

众所周知在机加工中需要具有硬度比所机加工的材料更大的切削刃。贯穿刀具的演进过程，这已经从石头进步到青铜、到铁、到碳钢、到高速钢、并然后到了硬质碳化物。在近几十年，这种演进已经进一步继续到了引入陶瓷(氮化硅、氧化铝等)和“超级磨料”材料如聚晶金刚石(PCD)和立方氮化硼(CBN)。尽管这些材料已经通过增大硬度、耐磨性、以及对切削刃变形的耐受性而大大提高了某些材料的刀具寿命，但它们已经很难应用于更宽的刀具范围。这是由于在这些材料本身、尤其是带有PCD和CBN的材料的机加工方面的困难，因为没有硬度大于PCD的材料来对它们进行机加工。

目前用于将这些材料成形的方法是电火花加工(EDM)、电火花磨削(EDG)、以及使用包含PCD作为磨料的轮进行的磨削。这些方法全都具有不同类型的缺点，如差的切削刃品质(EDM和ECG)以及高的费用和加工时间(磨削)。对于所有这些方法还存在的限制在于，形式自由的几何形状不能进行逐点限定、而是必须由该表面发生器(磨削轮的面、丝电极等等)产生的多个规定的表面组成。

激光已经被用于切削不同类型的材料。例如，美国专利号4,481,016、4,849,602、5,643,523、以及7,189,032披露了使用激光将一个切削刀具材料板切穿以便由该单个材料板来形成几个单独的切削刀具镶片。激光还已经被用于将切削刀具镶片的切削刃尖部分切穿，例如在美国专利号4,714,385、5,178,645、以及7,322,776以及公开的美国专利申请号2008/029415中披露的。在此类激光切削操作中，该激光束在与该切削操作所形成的平坦表面的平面相平行的方向上穿过该切削刀具镶片材料进行切片。

激光还已经被用于对切削刀具镶片的表面进行粗糙化，以便改进一个随后施加的材料层的粘附性，如在美国专利号5,722,803、5,776,355、以及6,161,990，中披露的；或以便提供一个纹理化的表面，该纹理化的表面在它被机械地卡入一个切削机器中时有助于将该切削刀具镶片保持在位，如在美国专利号6,712,564中披露的。

尽管有了这些先前的方法，但是对于在具有相对复杂几何形状的刀具中、如在钻头以及其他旋转切削刀具中有效地形成切削刃的方式仍然存在一种需要。

发明内容

本发明提供了一种用于形成旋转切削刀具的切削刃以及相邻的仿形的(contoured)表面区域的方法，该方法使用激光来从该刀具的切削末端去除材料以便产生一种预定的逐点式几何形状(point-by-point geometry)。相对复杂的表面和切削刃几何形状可以如下形成：将一个激光束以一个角度射向该刀具的切削末端，该角度具有一个垂直于该切削末端的表面的分量。使激光束以多条路径横跨过该切削末端的表面，以便去除材料并且形成所希望的切削刃以及相邻的三维仿形的表面的几何形状。

本发明的一个方面是提供一种形成旋转切削刀具的切削刃的方法，该旋转切削刀具具有一个本体以及至少一个槽，该槽是沿着该本体的长度的至少一个部分而在该本体中形成的、限定了与该刀具的一个切削末端相邻的一个切削刃，该方法包括用一个定向的激光束从该刀具的切削末端上去除材料，由此形成该切削刃以及与该切削刃相邻的一个预定的三维仿形的表面。

本发明的另一个方面是提供一种旋转切削刀具，该旋转切削刀具包括一个本体；至少一个槽，该槽是沿着该本体的长度的至少一个部分而在该本体中形成的、限定了与该刀具的一个切削末端相邻的一个切削刃；以及与该切削刃相邻的一个仿形的表面，其中该切削刃以及相邻的仿形的表面是通过一个激光束形成的。

本发明的这些以及其他方面将从下面的说明中变得更清楚。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方案的一种处于钻头形式的旋转切削刀具的等距视图，该钻头具有可以通过受控的激光束形成的多个切削刃以及相邻的多个三维仿形的表面。

图2是与图1中所示的相类似的一个钻头的侧视图。

图3是图2中所示钻头的一个部分的侧视图，其中该刀具围绕其纵向轴线从图2中所示的位置旋转了90度。

图4是图2的钻头的一个端视图。

图5展示了用于形成钻头的切削末端的一种常规磨削方法。

图6展示了在图5所示的磨削方法中从钻头的切削末端上去除的材料。