[发明专利]使用超弹性材料的具有受控制的回弹性的切割刀具组件

说明书

本发明涉及一种切割刀具组件(10)，其包括刀具主轴箱(11)，所述刀具主轴箱(11)具有用于接收切割插入件(13)的底座(12)。所述切割刀具组件包括超弹性材料(15)，其被设置成控制所述切割刀具组件的回弹性以及阻尼冲击力以及局部振动。所述超弹性材料可被设置成层或涂层、或者呈由超弹性材料所制成的整个刀具部件的形式。

技术领域

本发明涉及一种设置有超弹性阻尼材料的切割刀具组件，所述超弹性阻尼材料被设置成在所述切割刀具与工件之间逐步地建立物理接触，以及在金属切割操作期间吸收冲击力以及振动能，以及因此提供所述切割刀具的受控制的回弹性。

背景技术

在机械加工期间的切削力振动对与工件接触的切割插入件的边缘引发干扰。当在切割插入件与工件之间形成接触时，切削力的突然增加由于冲击力效应在靠近于切割插入件的边缘的区域中引起局部应力分布以及破裂。在机械加工期间，当切割插入件的边缘与工件具有恒定的接触时，宽频范围的动态切削力激振切割插入件的边缘并且在靠近于切割插入件的边缘的区域中引起局部脱落以及剥落。在切割工艺的入口处的冲击力以及宽频动态切削力两者使切割插入件的刀具磨损加速，具有不可预知的刀具故障，并且使生产成本增加。

根据US 5738468，已知的是，确保切割插入件的韧性以及切割插入件的高破裂强度。特别地通过用垫片支撑切割插入件实现这一点，所述垫片具有符合切割插入件的表面轮廓的接触表面，所述垫片将被布置于距切割插入件的切割刃的下表面一定距离处。

在US 2011/0008576 A1中，公开一种提供包括有碳柱的涂层的切割刀具的方法。例如可应用所述涂层以增加切割刀具的动态刚度或类似。

在机械加工期间，切割工艺以及刀具结构的振动特性互相作用并且形成闭环系统。所述闭环系统具有由切割深度所限定的稳定的操作区域以及不稳定的区域，其中刀具结构的振动振幅随时间增长。在切割刀具悬垂长度与直径的比(L/D)超过五的状态下，切割刀具刚度减小并且稳定的区域的切割深度减小并且几乎接近零，以使得无法在稳定的状态下执行切割工艺。为了在长的悬垂长度下执行稳定的机械加工，已知的是，在刀具结构中嵌入振动阻尼解决方案并且这些解决方案可分成三大组：

●调谐质量阻尼器，其将振动动能传送至调谐质量；

●在关键的接合界面中的约束层阻尼，所述阻尼将振动应变势能转换成热量；以及

●压电致动器，其将反作用力施加至刀具柄以减弱振动趋势。

这些解决方案通常以弯曲模式或者扭转模式在通常低于3000Hz的频率范围内解决与结构振动相关联的问题。

刀具市场调研表明，机械加工案例中的仅仅不到5％由具有的悬垂长度比它的直径长5倍的切割刀具执行。在更短的悬垂长度(其中L/D比小于5)下，阻尼解决方案通常为不必要的，因为机械加工工艺在机床再生颤振方面通常被认为是稳定的。然而，独立于刀具结构构造以及悬垂长度与直径的比，在切割插入件的边缘处自然地发生切削力振动以及动态激振。

当前所公开的发明集中于其中刀具结构具有高刚度的这些机械加工案例上。传统上，这样的结构中的刚性可能太高。由于切割刀具的高的刚性，在金属切割操作期间的冲击力由于大多数碳化物材料以及陶瓷的脆性经常地使切割刃破裂。当前所公开的发明在切割刀具组件中应用用超弹性特性所实现的受控制的回弹性的方式来减小刀具破裂损害同时维持足够的刚性以确保机械加工部件的精确度。

例如，在铣削金属切割工艺中，在切割刀具的每一旋转期间在工件的入口处的冲击力激振切割刃。为了相对于由于冲击力所引起的破裂故障提高切割刀具的性能，常见的做法是，在碳化物插入件中添加更大量的粘合剂(例如钴)，以改善它的强度以及提高它的韧性(抗裂强度)，代价是减小的耐磨性以及由磨损所引起的减小的刀具寿命。当前所公开的发明使切割刀具组件的回弹性(韧性或者抗裂强度)以及硬度的设计分离。因此，可获得碳化物插入件的韧性(抗裂强度)而不牺牲耐磨性特性。