[发明专利]具有沿长度设置的隔离物的加强的材料移除刀具

说明书

技术领域

本公开内容涉及材料移除刀具和机械加工方法。具体地说，本公开内容涉及包括一个或多个隔离物如垫圈、盘、或其它类型的隔离物的材料移除刀具，这些隔离物沿刀具的长度设置。隔离物可由刚性材料如硬质合金(WC)、重金属(钢-WC复合材料)或无粘结剂碳化物形成，并且隔离物有助于提高工件的加工。 

背景技术

在以下背景的讨论中，参考了某些结构和/或方法。然而，以下参考不应被解释为承认这些结构和/或方法构成了现有技术。申请人显然有权说明这样的结构和/或方法不作为现有技术。 

高强度材料工件，且尤其是由高强度材料形成的大的锻造结构部件的加工一般需要数小时来完成到符合最终的技术要求的加工。由于制成的部件尺寸较大，所以使用安装在机床上的长型材料移除刀具来执行加工。 

然而，高强度材料工件，例如像钛，难以加工，这部分地是由于刀具上的“后推”力，这是加工许多高强度材料所特有的。“后推”力和长型(柔韧的)刀具的结合需要额外的机器补偿以确保材料被充分移除。在实践中，多次回弹操作所花费的时间是加工这些工件所花费的总时间的高达30％，即多次操作加工工件的同一区域以便清理由于刀具偏转所遗留的材料并且达到最终技术要求。 

众所周知，硬质合金材料的杨氏模量是钢的大约2倍。已经尝试了在高强度材料工件的加工中应用具有硬质合金杆的刀具。例如，图1示 出了具有整体硬质合金杆12的材料移除刀具10。硬质合金杆12从材料移除刀具10的配合端14朝材料移除刀具10的切割端16延伸，并且由整体件形成。硬质合金杆12可具有内部设置的钢制件，如在图1中所示的钢杆18。合适的配合面20位于配合端14，该配合面与正在操作的机床(未示出)的基部配合。联接器22位于切割端16，该联接器在第一端24处与硬质合金杆12相连，且该联接器在第二端26处具有连接件28。典型地，具有安装的切割刀片(未示出)的柱帽固定到连接件28。 

典型的现有技术的材料移除刀具表现出硬质合金杆的突然断裂的现象。不用坚持一个失效理论，令人相信的是，具有整体杆的刀具的弯曲，例如远端的偏转在杆的一侧施加压缩负荷而在杆的另一侧施加拉伸负荷。然而，硬质合金一般是细晶的(大约1μm到2μm)，并且裂纹平均自由行程很短，这种特性一般有利于裂纹扩展并断裂。因此，当在处拉伸力下时，整体硬质合金杆容易失效。 

用观察到后推的长型材料移除刀具加工的一个非限制性实例是大的、单件的、由高强度材料主要是类似钛的高强度材料形成的锻造结构部件的加工。这些结构部件用于航空工业例如用于商务飞机中，并且非常昂贵。例如，这些结构部件在执行任何加工之前造价可超过200,000美元，并且一般地，需要数小时来完成到最终的技术要求的加工。存在通过使刀具偏转和对多次“回弹”操作的需要降到最小而产生的很大的节约潜能(加工时间和刀具花费)。 

发明内容

材料移除刀具的示例性实施方案使用了沿刀具的延伸部分叠放的一系列隔离物。隔离物由具有大于钢的杨氏模量(E)，即大于30×10⁶磅力/每平方英寸(lbf/in²)的杨氏模量(E)的材料形成。可在各种尺寸，例如长度和/或直径的刀具上使用相同的隔离物，且不同长度的刀具使用或多或少数量的隔离物。使隔离物标准化与大批量生产的结合允许较好的经济效益。从技术观点看，隔离物将这更硬的隔离物材料 放置在最大的抗弯曲力矩(即最大截面模量)的位置处。通过可选地施加预负荷，首先是利用预负荷螺母，以及可选地和额外地利用柱帽，人们可得到隔离物材料的抗压强度的又一优点。而且，当隔离物分开、滑动或以其它方式相对于彼此移动时，在弯曲力矩下，刀具的拉伸半部上有“内置”缓冲点。在一种示例性实施方案中，可以在使用刀具时对系统充分地预加负荷，这样不会受到拉伸必然产生的负荷。最后，通用部件，例如隔离物和预负荷螺母使部件降到最少(降低制造成本)。 

材料移除刀具的示例性实施方案包括位于配合端的外壳、从外壳纵向延伸到远端的延伸部分、沿延伸部分设置的多个隔离物以及在延伸部分的远端的螺母，其中多个隔离物由杨氏模量大于钢的杨氏模量大约1.5倍的材料形成。 

制造材料移除刀具的方法的示例性实施方案包括沿延伸部分的至少一部分设置多个隔离物，延伸部分从材料移除刀具的外壳纵向延伸到远端，在延伸部分的远端紧固螺母，以及对所述多个隔离物施加压缩的预负荷，其中多个隔离物由杨氏模量大于钢的杨氏模量大约1.5倍的材料形成。