用于加工的疊層材料刀具和方法
【專利摘要】一種用于加工疊層材料工件的刀具，該刀具包括刀具本體(23)，該刀具本體(23)包括延伸到所述刀具本體的前端(27)的一個或更多個螺旋排屑槽(25)。每一個螺旋排屑槽具有由第一切削刃(29)和第二切削刃(31)限定的寬度，所述排屑槽的鄰近所述第一切削刃的表面(33)面向所述刀具本體的前端，并且所述排屑槽的鄰近所述第二切削刃的表面(35)背對所述刀具本體的前端。每一個螺旋排屑槽能夠包括第一部分(37)和第二部分(39)，該第一部分(37)具有第一負螺距角，該第二部分(39)具有不同于所述第一負螺距角的第二負螺距角，所述第一部分從所述刀具本體的前端延伸到所述第二部分。所述刀具只具有負螺距角。還公開了一種用于加工疊層材料的方法。
【專利說明】
用于加工的疊層材料刀具和方法
【背景技術】
[0001]本發明涉及用于加工的刀具和方法，并且更具體地，涉及用于加工具有不同特性的疊層材料的刀具和方法。
[0002]在航天工業中，疊層材料是很常見的。在這個行業特別感興趣的材料是由疊層纖維增強聚合物(FRP)-T1、FRP-A1以及FRP-不銹鋼制成的材料。FRP可以是碳纖維增強聚合物(CFRP)或玻璃纖維增強聚合物(GFRP)。對疊層材料進行加工是困難的，這時這兩種材料最好是由不同類型的切削刃加工。通常必要的是在設計用于加工CFRP的刀具或設計用于加工例如鈦的刀具之間進行選擇。這導致更短的刀具壽命和工件上最終不佳的表面。
[0003]在加工疊層材料時會發生的另一個問題是，當從刀具的排肩槽排出時，來自例如鈦的材料上的尖銳的切肩會導致在較柔軟的材料(諸如CFRP和GFRP)上的劃痕。
[0004]文獻DE20 2011 001512 Ul和JP H06 246525 A每一個均示出了一種包括正和負螺距角的刀具。
[0005]期望的是提供一種用于加工疊層材料的刀具和方法，可以針對疊層材料的各種材料提供最優的加工特性。還期望的是提供一種刀具和方法，其降低損壞較柔軟的材料的可能性。
【發明內容】
[0006]根據本發明的一個方面，一種疊層材料工件刀具包括刀具本體，該刀具本體包括延伸到刀具本體的前端的一個或更多個螺旋排肩槽。每一個螺旋排肩槽具有由第一切削刃和第二切削刃限定的寬度，排肩槽的鄰近第一切削刃的表面面向刀具本體的前端，并且排肩槽的鄰近第二切削刃的表面背對刀具本體的前端，并且每一個螺旋排肩槽包括具有第一負螺距角的第一部分和具有不同于第一負螺距角的第二負螺距角的第二部分，第一部分從刀具本體的前端延伸到第二部分，其中，第一負螺距角大于第二負螺距角，并且其中，第一負螺距角在35°到45°的范圍內選擇，優選為大約40°，并且第二負螺距角在5°到15°的范圍內選擇，優選為大約10°。
[0007]刀具有助于在朝向刀具本體前端的方向上從工件移除材料，這能夠有利于避免對與螺旋排肩槽的第二部分相鄰的疊層材料的一種材料的損壞，損壞可能由來自與第一部分相鄰的材料形成的尖銳的切肩所導致。此外，對于將被加工的疊層材料的特定材料，第一部分和第二部分的加工特性能夠被優化。
[0008]根據本發明的另一個方面，提供了一種用于加工疊層材料工件的方法，工件包括與第二材料相鄰地堆疊的第一材料，第二材料例如FRP材料，其比第一材料柔軟。方法包括在工件中形成孔，在孔中定位根據權利要求1-8的用于加工工件的刀具，刀具包括刀具本體，刀具本體包括延伸至刀具本體的前端的一個或更多個螺旋排肩槽，每一個螺旋排肩槽包括具有第一負螺距角的第一部分和具有不同于第一負螺距角的第二負螺距角的第二部分，第一部分被布置成鄰近第一材料并且第二部分被布置成鄰近第二材料，通過在加工方向上圍繞刀具的縱向軸線轉動刀具以形成來自第一材料和第二材料的切肩而從工件上移除材料，并且在朝向第一材料和背對第二材料的方向上通過一個或更多個螺旋排肩槽從孔移除切肩。
[0009]方法有利于在趨于避免損壞疊層材料的鄰近螺旋排肩槽的第二部分的較柔軟的材料的方向上從工件移除材料。此外，對于將被加工的疊層材料的特定材料，第一部分和第二部分的加工特性可以被優化。
【附圖說明】
[0010]本發明的特征和優點通過結合附圖閱讀下面的詳細描述被很好地理解，其中類似的標記指示相似的元件，并且其中:
[0011]圖1A是根據本發明的一個方面的刀具的一部分的透視圖，并且圖1B是圖1A中的刀具的這一部分的側視圖；
[0012]圖2A和圖2B是通過根據本發明的方面的刀具所加工的工件的局部截面視圖；
[0013]圖3A是根據本發明的一個方面的刀具的側視圖，并且圖3B是圖3A中的刀具的端面視圖；以及
[0014]圖4A和圖4B是根據本發明的方法方面的由刀具加工的工件的局部截面視圖。
【具體實施方式】
[0015]圖1A-1B示出了用于加工疊層材料工件101(參見圖2A)的刀具21的一部分。疊層材料工件101包括金屬的具有第一厚度的第一材料103以及FRP的第二材料105，第二材料105被假定具有與金屬不同的材料特性以及可能大于、小于或等于第一厚度的第二厚度。第一材料103和第二材料105可以是任何可疊層材料。特別感興趣的材料是碳或玻璃纖維增強聚合物(CFRPSGFRP)-Ti，( CFRP或GFRP)-Al 和(CFRP或GFRP)-不銹鋼。
[0016]刀具21包括刀具本體23，刀具本體23包括延伸至刀具本體的前端27的一個或更多個螺旋排肩槽25。正如所看到的，例如，在圖3B中，所示出的刀具21具有四個排肩槽25。刀具本體23的前端27可以垂直于刀具21的縱向軸線，如圖所示，然而，當轉動時，它可能交替地限定出圓錐形或其它輪廓。每一個螺旋排肩槽25具有由第一切削刃29和第二切削刃31限定的寬度。前端27可以是非切削的，例如是完全平面的，或者是切削的，例如通過設有徑向延伸的切削刃(用于圖2A中所示的操作)。優選地，第一切削刃29具有正的刀前角。
[0017]在期望用來加工疊層材料的刀具21的實施例中，其中第一材料103會產生比第二材料105更尖銳的切肩，并且刀具本體23的前端27被布置在第一材料的孔107中(圖2A)，或者延伸穿過工件101的第一材料的與第二材料的相反側上的孔外側(圖2B)，排肩槽25的鄰近第一切削刃29的第一表面或前刀面33面向刀具本體的前端27，并且排肩槽的鄰近第二切削刃31的第二表面35背對刀具本體的前端。通過提供具有這樣的構造的排肩槽25，通過提供刀具21在切削或加工方向上，S卩，在切削刃29執行切削或加工操作的方向上的旋轉，由刀具從工件1I加工出的切肩C趨向于朝向刀具本體的前端27流動。這樣，第一材料103的切肩將在避免在它們從孔中流出時損壞較柔軟的第二材料105的方向上被從加工孔107中移除。在圖1A-3B中示出的刀具21的實施例中，當在順時針方向中圍繞刀具的縱向軸線旋轉刀具并且螺旋排肩槽25是“左旋”的時，刀具適合于執行加工操作。
[0018]每一個螺旋排肩槽25包括具有第一負螺距角的第一部分37和具有與第一負螺距角不同的第二負螺距角的第二部分39，第一部分從刀具本體23的前端27延伸到第二部分。根據定位在刀具高度上的材料103和105的最優幾何形狀，排肩槽25的幾何形狀在螺旋、傾斜和切削刃類型中變化。排肩槽25的第一部分37通常將被布置在鄰近第一材料103的孔107中，并且排肩槽的第二部分39通常將被布置在鄰近第二材料105的孔中。針對加工圖2A和圖2B中所示的工件，其中相比于第二材料105，第一材料103具有不同的加工特性，第一負螺距角通常(但不是必需)會大于第二負螺距角，即，第二負螺距角會小于第一負螺距角。相對于刀具的縱向軸線，第一部分37的負螺距角可以在35°到45°的范圍內選擇，優選為約40°，并且第二部分39的負螺距角可以在5°到15°的范圍內選擇，優選為約10°。
[0019]如圖2A-2B以及3A所示，無螺紋的刀桿部41通常被設置在刀具本體23的與前端27相反的端部43上。
[0020]如圖1A-1B所示，每一個排肩槽25通常在第一切削刃29的與第一表面33的相反側上包括刀棱面45。在刀具具有多個排肩槽24的情況下，刀棱面45通常布置在一個排肩槽的第一切削刃29和另一個排肩槽的第二切削刃31之間。每一個刀棱面45可以設有多個切肩分割凹槽47，以便分割由切削刃29加工產生的切肩。切肩分割凹槽47能夠僅僅被布置第一部分37上，而不提供與第二部分39中的切削刃相交的切肩分割凹槽，因為將更尖銳的切肩分割成更小的切肩比分割較柔軟材料的鈍切肩通常更有用，然而，能夠在排肩槽的第一和第二部分的兩者都設有切肩分割凹槽，兩者均不設有切肩分割凹槽，或者其中的一個上設有切肩分割凹槽。因此，切肩分割凹槽可以被放置在刀具的兩個部分上，這些切肩分割凹槽將減少力和熱，并且對于金屬材料，所述切肩分割凹槽也減少了切肩的尺寸以方便排出切肩。刀具的負螺距角或螺旋角以及切肩的重力將合作以排出切肩。由與螺旋線相切的線(分別是圖1B和IA中的Tl或T2)和經過刀具的縱向軸線的平面形成的角度形成了負螺距角或負螺旋角。
[0021]圖4A-4B示出了用于加工疊層材料工件101的方法，所述工件包括鄰近FRP的第二材料105堆疊的第一材料103，孔107被形成在所述工件中。如圖4A所示，用于加工工件101的刀具21”被定位在孔107中。排肩槽25”的第一部分37”被布置成鄰近第一材料103，并且第二部分39”被布置成鄰近第二材料105。如圖4B所示，通過在順時針加工方向上圍繞刀具縱向軸線轉動刀具21”，材料被從工件101上移除，以形成來自第一材料103和第二材料105的切肩。切肩在朝向第一材料103和遠離第二材料105的方向上被從孔107中移除。示出的刀具21”是左旋的并且在順時針切削或加工方向上旋轉。應當理解的是，排肩槽25”的第一部分37”可以具有比第二部分39”的負螺距角更大的負螺距角，并且切肩分割器可以僅布置在第一部分和第二部分的任一個或兩個上，這取決于針對工件的最佳切削刃構造。從第一材料103形成的切肩可以由與每一個螺旋排肩槽25”的第一部分37”的切削刃相交的切肩分割器47”打斷。類似的切削分割器(未示出)可以沿著第二部分39”布置，以用于分割來自第二材料105的切肩，盡管通常不是有利的。所述刀具21”可以被定位在孔107中，使得刀具的前端27”延伸超過工件101的表面(如在圖2B和圖4A-4B中所示的實施例)或者刀具的前端可以被布置在工件(如在圖2A中所示的實施例)中，例如當期望以特定的深度加工孔時。
[0022]盡管當繞著它們的縱向軸線旋轉時，所示的刀具21和21”限定了圓柱形輪廓，但是應該理解的是，當繞它們的縱向軸線旋轉時具有非圓柱形輪廓的刀具也可以被提供。當期望加工具有非圓柱形孔壁的孔，或者加工在圓柱形或非圓柱形孔壁中的凹槽，或加工在圓柱形或非圓柱形孔壁上的凸起時，這樣的刀具是有用的。
[0023]因此，本發明提供了一種用于加工疊層材料的刀具和方法，可以為疊層材料的各種材料提供最佳的加工特性并且減少移除另一材料的尖銳切肩所帶來的對于FRP潛在的損壞。
[0024]在本申請中，術語例如“包括”的使用是開放式的，并且旨在與例如“包含”的術語具有相同的含義，并且不排除其它結構、材料或行為的存在。同樣地，盡管術語例如“可以”或“能”的使用旨在是開放式的，并且意味著該結構、材料或動作并不是必需的，但是不使用這種術語并不旨在意味著該結構、材料或行為是必要的。對于結構、材料或行為目前被認為是必要的程度，它們會被確定為是必要的。
[0025]雖然本發明已經根據優選實施例被示出和描述，但是應當認識到，可以在其中作出各種變型和修改，而不脫離根據權利要求書中所闡述的本發明。
[0026]本申請要求優先權的歐洲專利申請N0.14156528.3中的公開內容通過引用并入此文。
【主權項】
1.一種用于疊層材料工件的刀具，所述刀具包括刀具本體(23，23”)，所述刀具本體(23，23”)具有延伸到所述刀具本體(23，23”)的前端(27，27”)的一個或更多個螺旋排肩槽(25，25，，)， 其特征在于，每一個螺旋排肩槽(25，25”)具有由第一切削刃(29，29”)和第二切削刃(31，31”)限定的寬度，所述排肩槽(25，25”)的鄰近所述第一切削刃(29，29”)的第一表面(33)面向所述刀具本體(23，23”)的所述前端(27，27”)，并且所述排肩槽(25，25”)的鄰近所述第二切削刃(31，31”)的第二表面(35)背對所述刀具本體(23，23”)的所述前端(27，27”)，并且所述刀具只具有負螺距角。2.根據權利要求1所述的刀具，其中每一個螺旋排肩槽(25，25”)包括第一部分(37，37”)和第二部分(39，39”)，所述第一部分(37，37”)具有第一負螺距角，所述第二部分(39，39”)具有不同于所述第一負螺距角的第二負螺距角，所述第一部分(37，37”)從所述刀具本體(23，23” )的所述前端(27，27”)延伸到所述第二部分(39，39” )。3.根據權利要求2所述的刀具，其中所述第一負螺距角大于所述第二負螺距角。4.根據權利要求1所述的刀具，其中每一個螺旋排肩槽(25，25”)包括第一部分(37，37”)和第二部分(39，39”)，所述第一部分(37，37”)具有第一切削刃幾何形狀，所述第二部分(39，39”)具有不同于所述第一部分的第一切削刃幾何形狀的第二切削刃幾何形狀，所述第一部分(37，37”)從所述刀具本體(23，23”)的所述前端(27，27”)延伸到所述第二部分(39,39") ο5.根據權利要求2-4中的任一項所述的刀具，其中每一個排肩槽(25，25”)在所述第一切削刃(29，29”)的與所述第一表面(33)的相反側上包括刀棱面(45)。6.根據權利要求1-5中的任一項所述的刀具，其中所述刀具本體(23，23”)的所述前端(27，27”)垂直于所述刀具(21，21”)的縱向軸線或者設有徑向延伸的切削刃。7.根據權利要求2或3所述的刀具，其中所述第一負螺距角在35°至45°的范圍中選擇，優選為大約40°，并且所述第二負螺距角在5°至15°的范圍中選擇，優選為大約10°。8.根據權利要求1-7中的任一項所述的刀具，其中每一個刀棱面(45)包括多個切肩分割凹槽(47)。9.根據權利要求1-7中的任一項所述的刀具，其中每一個刀棱面(45)包括與每一個螺旋排肩槽的所述第一部分(37，37” )的所述切削刃(29，29”)相交的切肩分割凹槽(47)。10.根據權利要求8-9中的任一項所述的刀具，其中在每一個刀棱面(45)中均未設置與每一個螺旋排肩槽的所述第二部分(39，39”)中的所述切削刃(29，29”)相交的切肩分割凹槽。11.根據權利要求1-10中的任一項所述的刀具，其中當圍繞所述刀具(21，21”)的縱向軸線在順時針方向上旋轉時，所述刀具(21，21”)適合于執行加工操作，并且所述螺旋排肩槽(25，25”)是左旋的。12.—種用于加工疊層材料工件(101)的方法，所述工件(101)包括鄰近第二材料(105)堆疊的第一材料(103)，所述第二材料諸如FRP材料，所述方法包括: 在所述工件(101)中形成孔(107) 將用于加工所述工件(101)的刀具(21，21”)定位在所述孔中，所述刀具(21，21”)包括刀具本體(23，23”)，所述刀具本體(23，23”)包括延伸到所述刀具本體(23，23”)的前端(27，27”)的一個或更多個螺旋排肩槽(25，25” ); 通過圍繞所述刀具(21，21”)的縱向軸線在加工方向上轉動所述刀具(21，21”)以形成來自所述第一材料和所述第二材料的切肩而從所述工件(101)移除材料;以及 在朝向所述第一材料(103)并且遠離所述第二材料(105)的方向上經由所述一個或更多個螺旋排肩槽(25，25”)從所述孔中移除切肩。13.根據權利要求12所述的方法，其中每一個螺旋排肩槽(25，25”)包括第一部分(37，37”)和第二部分(39，39”)，所述第一部分(37，37”)具有第一負螺距角，所述第二部分(39，39”)具有不同于所述第一負螺距角的第二負螺距角，并且所述方法包括:將所述第一部分(37，37”)定位成鄰近所述第一材料(103)，并將所述第二部分(39，39”)定位成鄰近所述第二材料(105)。14.根據權利要求12-13所述的方法，其中每一個螺旋排肩槽(25，25”)包括第一部分(37，37”)和第二部分(39，39”)，所述第一部分(37，37”)具有第一切削刃幾何形狀，所述第二部分(39，39”)具有不同于所述第一螺距的第二切削刃幾何形狀，并且所述方法包括:將所述第一部分(37，37”)定位成鄰近所述第一材料(103)，并將所述第二部分(39，39”)定位成鄰近所述第二材料(105)。15.根據權利要求12-14中的任一項所述的方法，包括將所述刀具(21，21”)定位在所述孔中，使得所述第一部分(37，37”)和所述第二部分(39，39” )中的至少一個部分延伸超過所述工件(101)的表面。
【文檔編號】B23C5/10GK106061660SQ201580006976
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2015年2月2日
【發明人】耶羅恩·赫伊斯, 馬塞爾·阿爾茨
【申請人】山高刀具公司