專利名稱：具有沿長(zhǎng)度設(shè)置的隔離物的加強(qiáng)的材料移除刀具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)內(nèi)容涉及材料移除刀具和機(jī)械加工方法。具體地說(shuō)，本公開(kāi)內(nèi)容涉及包括一個(gè)或多個(gè)隔離物如墊圈、盤(pán)、或其它類型的隔離物的材料移除刀具，這些隔離物沿刀具的長(zhǎng)度設(shè)置。隔離物可由剛性材料如硬質(zhì)合金(WC)、重金屬(鋼-WC復(fù)合材料)或無(wú)粘結(jié)劑碳化物形成，并且隔離物有助于提高工件的加工。

背景技術(shù)：
在以下背景的討論中，參考了某些結(jié)構(gòu)和/或方法。然而，以下參考不應(yīng)被解釋為承認(rèn)這些結(jié)構(gòu)和/或方法構(gòu)成了現(xiàn)有技術(shù)。申請(qǐng)人顯然有權(quán)說(shuō)明這樣的結(jié)構(gòu)和/或方法不作為現(xiàn)有技術(shù)。
高強(qiáng)度材料工件，且尤其是由高強(qiáng)度材料形成的大的鍛造結(jié)構(gòu)部件的加工一般需要數(shù)小時(shí)來(lái)完成到符合最終的技術(shù)要求的加工。由于制成的部件尺寸較大，所以使用安裝在機(jī)床上的長(zhǎng)型材料移除刀具來(lái)執(zhí)行加工。
然而，高強(qiáng)度材料工件，例如像鈦，難以加工，這部分地是由于刀具上的“后推”力，這是加工許多高強(qiáng)度材料所特有的。“后推”力和長(zhǎng)型(柔韌的)刀具的結(jié)合需要額外的機(jī)器補(bǔ)償以確保材料被充分移除。在實(shí)踐中，多次回彈操作所花費(fèi)的時(shí)間是加工這些工件所花費(fèi)的總時(shí)間的高達(dá)30％，即多次操作加工工件的同一區(qū)域以便清理由于刀具偏轉(zhuǎn)所遺留的材料并且達(dá)到最終技術(shù)要求。
眾所周知，硬質(zhì)合金材料的楊氏模量是鋼的大約2倍。已經(jīng)嘗試了在高強(qiáng)度材料工件的加工中應(yīng)用具有硬質(zhì)合金桿的刀具。例如，圖1示出了具有整體硬質(zhì)合金桿12的材料移除刀具10。硬質(zhì)合金桿12從材料移除刀具10的配合端14朝材料移除刀具10的切割端16延伸，并且由整體件形成。硬質(zhì)合金桿12可具有內(nèi)部設(shè)置的鋼制件，如在圖1中所示的鋼桿18。合適的配合面20位于配合端14，該配合面與正在操作的機(jī)床(未示出)的基部配合。聯(lián)接器22位于切割端16，該聯(lián)接器在第一端24處與硬質(zhì)合金桿12相連，且該聯(lián)接器在第二端26處具有連接件28。典型地，具有安裝的切割刀片(未示出)的柱帽固定到連接件28。
典型的現(xiàn)有技術(shù)的材料移除刀具表現(xiàn)出硬質(zhì)合金桿的突然斷裂的現(xiàn)象。不用堅(jiān)持一個(gè)失效理論，令人相信的是，具有整體桿的刀具的彎曲，例如遠(yuǎn)端的偏轉(zhuǎn)在桿的一側(cè)施加壓縮負(fù)荷而在桿的另一側(cè)施加拉伸負(fù)荷。然而，硬質(zhì)合金一般是細(xì)晶的(大約1μm到2μm)，并且裂紋平均自由行程很短，這種特性一般有利于裂紋擴(kuò)展并斷裂。因此，當(dāng)在處拉伸力下時(shí)，整體硬質(zhì)合金桿容易失效。
用觀察到后推的長(zhǎng)型材料移除刀具加工的一個(gè)非限制性實(shí)例是大的、單件的、由高強(qiáng)度材料主要是類似鈦的高強(qiáng)度材料形成的鍛造結(jié)構(gòu)部件的加工。這些結(jié)構(gòu)部件用于航空工業(yè)例如用于商務(wù)飛機(jī)中，并且非常昂貴。例如，這些結(jié)構(gòu)部件在執(zhí)行任何加工之前造價(jià)可超過(guò)200,000美元，并且一般地，需要數(shù)小時(shí)來(lái)完成到最終的技術(shù)要求的加工。存在通過(guò)使刀具偏轉(zhuǎn)和對(duì)多次“回彈”操作的需要降到最小而產(chǎn)生的很大的節(jié)約潛能(加工時(shí)間和刀具花費(fèi))。


發(fā)明內(nèi)容
材料移除刀具的示例性實(shí)施方案使用了沿刀具的延伸部分疊放的一系列隔離物。隔離物由具有大于鋼的楊氏模量(E)，即大于30×106磅力/每平方英寸(lbf/in2)的楊氏模量(E)的材料形成。可在各種尺寸，例如長(zhǎng)度和/或直徑的刀具上使用相同的隔離物，且不同長(zhǎng)度的刀具使用或多或少數(shù)量的隔離物。使隔離物標(biāo)準(zhǔn)化與大批量生產(chǎn)的結(jié)合允許較好的經(jīng)濟(jì)效益。從技術(shù)觀點(diǎn)看，隔離物將這更硬的隔離物材料放置在最大的抗彎曲力矩(即最大截面模量)的位置處。通過(guò)可選地施加預(yù)負(fù)荷，首先是利用預(yù)負(fù)荷螺母，以及可選地和額外地利用柱帽，人們可得到隔離物材料的抗壓強(qiáng)度的又一優(yōu)點(diǎn)。而且，當(dāng)隔離物分開(kāi)、滑動(dòng)或以其它方式相對(duì)于彼此移動(dòng)時(shí)，在彎曲力矩下，刀具的拉伸半部上有“內(nèi)置”緩沖點(diǎn)。在一種示例性實(shí)施方案中，可以在使用刀具時(shí)對(duì)系統(tǒng)充分地預(yù)加負(fù)荷，這樣不會(huì)受到拉伸必然產(chǎn)生的負(fù)荷。最后，通用部件，例如隔離物和預(yù)負(fù)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實(shí)施方案包括位于配合端的外殼、從外殼縱向延伸到遠(yuǎn)端的延伸部分、沿延伸部分設(shè)置的多個(gè)隔離物以及在延伸部分的遠(yuǎn)端的螺母，其中多個(gè)隔離物由楊氏模量大于鋼的楊氏模量大約1.5倍的材料形成。
制造材料移除刀具的方法的示例性實(shí)施方案包括沿延伸部分的至少一部分設(shè)置多個(gè)隔離物，延伸部分從材料移除刀具的外殼縱向延伸到遠(yuǎn)端，在延伸部分的遠(yuǎn)端緊固螺母，以及對(duì)所述多個(gè)隔離物施加壓縮的預(yù)負(fù)荷，其中多個(gè)隔離物由楊氏模量大于鋼的楊氏模量大約1.5倍的材料形成。
加工工件的方法的示例性實(shí)施方案包括從利用材料移除刀具從工件移除材料，其中材料移除刀具包括位于配合端的外殼、從外殼縱向延伸到遠(yuǎn)端的延伸部分、沿延伸部分設(shè)置的多個(gè)隔離物以及位于延伸部分遠(yuǎn)端的螺母，并且其中所述多個(gè)隔離物由楊氏模量大于鋼的楊氏模量大約1.5倍的材料形成。
應(yīng)理解，前面的一般描述和以下的詳細(xì)描述都是示例性的和說(shuō)明性的，并且旨在如權(quán)利要求一樣提供本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明。



可以結(jié)合附圖閱讀以下詳細(xì)描述，其中類似的附圖標(biāo)記代表類似元件，并且其中 圖1顯示了具有整體硬質(zhì)合金桿的現(xiàn)有技術(shù)刀具。
圖2顯示了具有隔離物的材料移除刀具的示例性實(shí)施方案的部分分解的示意圖。
圖3顯示了具有隔離物的材料移除刀具的示例性實(shí)施方案的組裝好的示意圖。
圖4A和圖4B涉及當(dāng)使用具有隔離物的材料移除刀具時(shí)觀察到的變形。圖4A顯示了具有硬質(zhì)合金隔離物的材料移除刀具的示意性表示。圖4B是圖4A示出的材料移除刀具在兩個(gè)方向上的作用力與變形的函數(shù)的曲線圖。
圖5A和圖5B涉及當(dāng)使用由鎮(zhèn)靜鋼(solid steel)形成的材料移除刀具時(shí)觀察到的變形。圖5A顯示了具有鎮(zhèn)靜鋼的材料移除刀具的突出長(zhǎng)度(projection length)的示意性表示。圖5B是圖5A示出的材料移除刀具在兩個(gè)方向上的作用力與變形的函數(shù)的曲線圖。
圖6是具有鎮(zhèn)靜鋼延伸部分的材料移除刀具以及具有硬質(zhì)合金隔離物的材料移除刀具的示例性實(shí)施方案在兩個(gè)方向上的作用彎曲轉(zhuǎn)矩與角變形的函數(shù)的曲線圖。
圖7展示了正在操作以從工件移除材料的具有硬質(zhì)合金隔離物的材料移除刀具的示例性實(shí)施方案。

具體實(shí)施例方式 圖2顯示了具有隔離物的材料移除刀具的示例性實(shí)施方案的部分分解的示意圖。材料移除刀具200具有位于配合端204的外殼202，并具有材料移除端206。延伸部分208從外殼202縱向延伸到遠(yuǎn)端210。螺母212位于延伸部分208的遠(yuǎn)端210，并且柱帽214安裝到延伸部分208的遠(yuǎn)端210。柱帽214包括多個(gè)切割刀片216。
多個(gè)隔離物218沿延伸部分208的長(zhǎng)度的至少一部分設(shè)置。隔離物218由楊氏模量為鋼的大約1.5倍，或者大約2倍，即大約40×106lbf/in2、大約45×106lbf/in2、大約50×106lbf/in2、大約60×106lbf/in2或更大的材料形成。在一種示例性實(shí)施方案中，隔離物218由硬質(zhì)合金形成。隔離物218可采取任何物理形式，當(dāng)定位在材料移除刀具上時(shí)，其使這更硬的隔離物材料放置在材料移除刀具的最大抗彎曲力矩(即最大截面模量)的位置。物理形式的一種示例性實(shí)施方案是墊圈形狀。在另一示例性實(shí)施方案中，隔離物是具有外徑表面和內(nèi)徑表面的墊圈，且外徑表面的半徑是內(nèi)徑表面的半徑的約1.33到約2倍。
隔離物沿延伸部分的數(shù)量根據(jù)材料移除刀具的長(zhǎng)度變化。如在圖3的組裝好的視圖中所示的，材料移除刀具300具有從基準(zhǔn)線302到切割端304的突出長(zhǎng)度L，并具有直徑D?；鶞?zhǔn)線是當(dāng)操作時(shí)接觸機(jī)床的配合端的最大直徑。在示例性實(shí)施方案中，突出長(zhǎng)度與直徑的比率為約2∶1到約18∶1。標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為約2∶1、約3∶1、約4∶1、約5∶1、約6∶1、約7∶1、約8∶1、以及約12∶1。然而，在使用公開(kāi)的隔離物來(lái)提高性能方面，可使用任何突出長(zhǎng)度和直徑。當(dāng)延伸部分的長(zhǎng)度在材料移除刀具之間變化時(shí)，沿延伸部分設(shè)置的隔離物數(shù)量變化。
延伸部分是由鋼或其它高強(qiáng)度材料制成的內(nèi)部件。延伸部分可通過(guò)任何合適的方法與外殼連接。例如，且如在圖1中見(jiàn)到的，延伸部分可栓接到外殼內(nèi)。可選地，且例如在圖2中所示的，延伸部分可與外殼整體形成，如鑄造、鍛造或加工。
材料移除刀具200的螺母212通過(guò)，例如螺紋連接220連接到延伸部分208。如果使用螺紋連接件，則可使用任何類型的螺紋連接件。然而，螺紋連接件優(yōu)選為接地螺紋。也可使用鍛造螺紋或切割螺紋，但是這些類型的螺紋可通過(guò)摩擦而損失預(yù)負(fù)荷。轉(zhuǎn)接器222，例如凹口或洞，可包含在螺母上，用以連接緊固刀具，例如活動(dòng)扳手。將螺母連接到延伸部分以及在系統(tǒng)上建立預(yù)負(fù)荷的可選方法是通過(guò)冷縮配合技術(shù)(shrink fit technique)連接螺母。在此，將螺母連接到加熱且膨脹的延伸部分將在冷卻時(shí)當(dāng)延伸部分恢復(fù)到其原始長(zhǎng)度時(shí)產(chǎn)生預(yù)負(fù)荷。
當(dāng)連接到延伸部分208時(shí)，螺母212在多個(gè)隔離物218上施加任選的壓縮預(yù)負(fù)荷。合適的壓縮預(yù)負(fù)荷的實(shí)例是螺紋連接的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷的約75％。鋼螺紋的合適的壓縮預(yù)負(fù)荷的另一實(shí)例通過(guò)將螺母212連接到具有扭矩為約200ft-lbs到約250ft-lbs，可選地為約225ft-lbs的螺紋M39-4，7H的延伸部分208來(lái)完成。壓縮預(yù)負(fù)荷有助于減輕在操作材料移除刀具期間產(chǎn)生的任意拉伸負(fù)荷。當(dāng)將隔離物218設(shè)置成經(jīng)受壓縮預(yù)負(fù)荷時(shí)，延伸部分208被設(shè)置成經(jīng)受拉伸預(yù)負(fù)荷。
安裝到延伸部分208的遠(yuǎn)端210的柱帽214包括多個(gè)切割刀片216。每一個(gè)切割刀片216被安裝到形成在柱帽214內(nèi)的一個(gè)凹處的坐靠面上。合適的切割刀片可以是任意類型的，例如銑削、車(chē)削、鏜削。合適的切割刀片的一個(gè)示例性實(shí)施方案是在2006年4月24日提交的題為“Side Locking Insert and Material Removal Tool with Same(側(cè)鎖定刀片和具有側(cè)鎖定刀片的材料移除刀具)”的美國(guó)申請(qǐng)No.11/409,089中公開(kāi)的側(cè)鎖定刀片，其全部?jī)?nèi)容在此通過(guò)引用并入。
當(dāng)螺母212和柱帽214都存在于材料移除刀具中200中時(shí)，螺母212在遠(yuǎn)端210處圍繞延伸部分208的周?chē)胖?，而柱?14安裝到延伸部分208的遠(yuǎn)端210的斷面。例如并且在圖2中所示，柱帽214的螺紋部分224可旋入到形成在延伸部分208的遠(yuǎn)端210的斷面中的螺紋內(nèi)。
當(dāng)連接到延伸部分208時(shí)，柱帽214可以可選地在多個(gè)隔離物218上提供壓縮預(yù)負(fù)荷。由柱帽旋入到延伸部分內(nèi)而引起的合適的壓縮預(yù)負(fù)荷的實(shí)例通過(guò)將柱帽214連接到具有扭矩約150ft-lbs到250ft-lbs，可選地約200ft-lbs的螺紋尺寸M20-2.5，7H的延伸部分208來(lái)完成。當(dāng)柱帽214在多個(gè)隔離物218上提供壓縮預(yù)負(fù)荷時(shí)，柱帽214也給延伸部分208提供拉伸預(yù)負(fù)荷。當(dāng)螺母212和柱帽214一起使用時(shí)，螺母212提供第一壓縮預(yù)負(fù)荷，而柱帽214提供第二壓縮預(yù)負(fù)荷(并且相對(duì)應(yīng)的拉伸預(yù)負(fù)荷是類似的)?？蛇x地，當(dāng)?shù)谝粔嚎s預(yù)負(fù)荷大于第二壓縮預(yù)負(fù)荷時(shí)，可認(rèn)為第一壓縮預(yù)負(fù)荷是主要預(yù)負(fù)荷，并且反之亦然。可選地，柱帽在較低的壓縮預(yù)負(fù)荷下組裝到螺母，允許優(yōu)先移除柱帽，而不影響柱帽或?qū)χ庇凶钚〉挠绊?。在其它預(yù)負(fù)荷施加器，例如螺母在使用過(guò)程中發(fā)生過(guò)早松動(dòng)的情況下，預(yù)負(fù)荷柱帽還確保在隔離物上充分且持續(xù)的預(yù)負(fù)荷。
在操作期間，位于材料移除刀具200的配合端204的外殼202連接到機(jī)床，例如HAAS VF6銑床。外殼可采取允許與期望的機(jī)床連接的任意適宜的形式。在示例性實(shí)施方案中，外殼具有漸縮表面，例如向后或朝向配合端204漸縮。過(guò)渡件226可以可選擇地包括在外殼202的一端處。過(guò)渡件226的實(shí)例包括與操作機(jī)器或存儲(chǔ)系統(tǒng)配合的至少一個(gè)特征。例如，過(guò)渡件226可包括周向凹槽228。周向凹槽228或類似結(jié)構(gòu)可提供用于將材料移除刀具200配合到旋轉(zhuǎn)式存儲(chǔ)系統(tǒng)(carousel storage system)的連接點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)式存儲(chǔ)系統(tǒng)用于在加工操作中存儲(chǔ)多個(gè)材料移除刀具。在另一實(shí)例中，過(guò)渡件226可包括鍵槽230。當(dāng)材料移除刀具安裝使用時(shí)，鍵槽230或類似結(jié)構(gòu)可提供方向或與機(jī)床上的相應(yīng)特征的配合。
在材料移除刀具中使用獨(dú)立的部件具有幾點(diǎn)好處。例如，目前公開(kāi)的柱帽允許柱帽的部件更換，而不用丟棄材料移除刀具的整個(gè)組件。類似優(yōu)點(diǎn)通過(guò)具有螺母、隔離物以及如果合適的話，可單獨(dú)替換的延伸部分和外殼來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖3顯示了具有隔離物的材料移除刀具的示例性實(shí)施方案的組裝好的示意圖。在使用中，材料移除刀具300在切割端304處經(jīng)受到使切割端304在方向P上偏轉(zhuǎn)的后推力。這使得材料移除刀具的一側(cè)處于壓縮C下，而材料移除刀具的另一側(cè)處于拉伸T下。然而，壓縮預(yù)負(fù)荷起減輕材料移除刀具的一側(cè)的實(shí)際拉伸的作用。另外，因?yàn)猷徑母綦x物在它們移動(dòng)的過(guò)程中不受限制，隔離物可以在拉伸下產(chǎn)生縫隙、滑動(dòng)或者以其它方式移動(dòng)分開(kāi)。這類似于在拉伸下形成預(yù)定的緩沖點(diǎn)，并且有助于減少材料移除刀具的失效。
圖4A和圖4B涉及當(dāng)使用具有隔離物的材料移除刀具時(shí)觀察到的變形。圖4A顯示了具有硬質(zhì)合金隔離物的材料移除刀具的示意性表示。該材料移除刀具基本如圖2和圖3中所示以及參考圖2和圖3描述的。圖4A還顯示了具有示意性地表示了后推力的作用力(F)的材料移除刀具400。作用力(F)作用在刀具的切割端，并且產(chǎn)生橫向偏轉(zhuǎn)。角變形和彎曲力矩402都在圖4A中示出。測(cè)試的材料移除刀具400具有5∶1的比率。假定安裝架404是剛性的且橫向偏轉(zhuǎn)使用Kistler 9255A測(cè)力計(jì)來(lái)測(cè)量。圖4B是圖4A示出的材料移除刀具在兩個(gè)方向上的作用力與變形的函數(shù)的曲線圖。在兩個(gè)方向上測(cè)量材料移除刀具與鍵槽(參見(jiàn)圖2和圖3)平行的第一方向以及與鍵槽成90°的第二方向。如圖4B中所看到的，對(duì)于平行和90°方向，所得到的材料移除刀具的性能都基本相同，即在儀表誤差范圍內(nèi)。
圖5A和圖5B涉及當(dāng)使用由鎮(zhèn)靜鋼形成的材料移除刀具時(shí)觀察到的變形。圖5A顯示了具有鎮(zhèn)靜鋼桿的材料移除刀具的示意性表示。圖5B是圖5A示出的材料移除刀具在兩個(gè)方向上的作用力與變形的函數(shù)的曲線圖。材料移除刀具500與在圖4A中的材料移除刀具400相同的條件下測(cè)試，并且使用了相同的試驗(yàn)狀態(tài)。如圖5B中所看到的，對(duì)于平行和90°方向，材料移除刀具的結(jié)果性能都基本相同，即在儀表誤差范圍內(nèi)。
對(duì)比圖4B和圖5B的結(jié)果，可以看到，具有隔離物的材料移除刀具(圖4A)需要更大的力以實(shí)現(xiàn)相同的偏轉(zhuǎn)量-對(duì)具有隔離物的材料移除刀具的0.003英寸的變形需要500lbs，而在具有鎮(zhèn)靜鋼桿的材料移除刀具中(圖5A)相同的偏轉(zhuǎn)僅需要300lbs的力。換句話說(shuō)，具有隔離物的材料移除刀具的剛性是具有鎮(zhèn)靜鋼的材料移除刀具的接近約1.5倍到約2倍。可以得出，通過(guò)在隔離物的材料和鋼的材料之間的楊氏模量上的近似差，具有隔離物的材料移除刀具比具有鎮(zhèn)靜鋼的材料移除刀具更具有剛性。如果在相同的材料移除刀具中使用不同的材料用于不同的隔離物，那么可使用用于彎曲梁的Euler-Bernoulli公式并考慮由對(duì)于各個(gè)單個(gè)隔離物的楊氏模量值引起的楊氏模量的長(zhǎng)度變化值和與基準(zhǔn)線的距離關(guān)系來(lái)進(jìn)行這種材料移除刀具對(duì)比鋼制材料移除刀具的硬度的預(yù)測(cè)/對(duì)比。
圖6是具有鎮(zhèn)靜鋼桿的材料移除刀具(圖例是“鎮(zhèn)靜鋼”并且曲線標(biāo)為600)以及具有硬質(zhì)合金隔離物的材料移除刀具的示例性實(shí)施方案(圖例是“碳化物墊圈”并且曲線標(biāo)為602)在兩個(gè)方向上的作用彎曲扭矩與角變形的函數(shù)的曲線圖。進(jìn)行了與鍵槽平行以及與鍵槽成90°的測(cè)量，如圖4B和圖5B中描述的。在此，具有硬質(zhì)合金隔離物的材料移除刀具在較高的作用彎曲扭矩下顯示出較低的變形，這表明是較硬的刀具。在相同變形下，具有硬質(zhì)合金隔離物的材料移除刀具需要約1.5倍的作用彎曲扭矩，并且與鎮(zhèn)靜鋼桿和硬質(zhì)合金墊圈加強(qiáng)的刀具之間的材料特性差異相符合。
圖6涉及具有硬質(zhì)合金隔離物的材料移除刀具的示例性實(shí)施方案的靜態(tài)剛度與具有鎮(zhèn)靜鋼桿的材料移除刀具的靜態(tài)剛度的對(duì)比。靜態(tài)剛度定義為產(chǎn)生1分的轉(zhuǎn)接器的角變形所需的彎曲力矩(以in*lbs測(cè)量)的量。結(jié)果總結(jié)在表1中 表1靜態(tài)剛度 圖7展示了正在操作以從工件702移除材料的具有隔離物700的材料移除刀具的示例性實(shí)施方案。在具有隔離物700的材料移除刀具的每次操作期間，材料被移除到切割深度(DOC)和切割寬度(WOC)。切割深度被確定為在由材料移除刀具的單次操作(pass)而沒(méi)有觀察到“震顫”時(shí)所移除的寬度下的最大材料深度-振動(dòng)導(dǎo)致刀具偏轉(zhuǎn)并通常產(chǎn)生與切割刀片跳離工件且然后又返回接觸工件并繼續(xù)加工相關(guān)聯(lián)的頻率。使用垂直銑床HAAS VF6(30HP)進(jìn)行對(duì)比銑削切割。銑削參數(shù)為 切割寬度1.0英寸 切割速度400sfm 進(jìn)給速率0.10英寸/齒(ipt) 測(cè)試結(jié)果在表2中示出。
表2銑削切割對(duì)比試驗(yàn) 具有硬質(zhì)合金隔離物的材料移除刀具證明了在自由振動(dòng)環(huán)境或基本自由振動(dòng)環(huán)境中2倍的較大切割深度。銑削切割對(duì)比試驗(yàn)表明，具有預(yù)負(fù)荷隔離物的材料移除刀具對(duì)具有比率(長(zhǎng)徑比)為4∶1到8∶1的材料移除刀具提供較高的性能，并且表明具有較高比率的材料移除刀具將顯示一致的結(jié)果，例如基本改進(jìn)的性能。
盡管結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，可以進(jìn)行沒(méi)有具體描述的添加、刪除、修改以及替換，而不偏離所附權(quán)利要求中所界定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種材料移除刀具，包括
外殼，其位于配合端；
延伸部分，其從所述外殼縱向延伸到遠(yuǎn)端；
多個(gè)隔離物，所述多個(gè)隔離物沿所述延伸部分設(shè)置；以及
螺母，其位于所述延伸部分的遠(yuǎn)端，
其中，所述多個(gè)隔離物由楊氏模量大于鋼的楊氏模量大約1.5倍的材料形成。
2.如權(quán)利要求1或2所述的材料移除刀具，其中，所述多個(gè)隔離物的至少一部分由硬質(zhì)合金形成。
3.如權(quán)利要求1所述的材料移除刀具，其中，所述螺母在所述多個(gè)隔離物上施加壓縮預(yù)負(fù)荷。
4.如權(quán)利要求3所述的材料移除刀具，其中，所述螺母被擰到所述遠(yuǎn)端上。
5.如權(quán)利要求4所述的材料移除刀具，其中，所述壓縮預(yù)負(fù)荷是所擰的螺母的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷的大約75％。
6.如權(quán)利要求3所述的材料移除刀具，其中，所述螺母在所述延伸部分上施加拉伸預(yù)負(fù)荷。
7.如權(quán)利要求1、2、3和6中的任一項(xiàng)所述的材料移除刀具，包括安裝到所述延伸部分的遠(yuǎn)端的柱帽，所述柱帽包括多個(gè)切割刀片。
8.如權(quán)利要求7所述的材料移除刀具，其中，所述柱帽在所述多個(gè)隔離物上施加壓縮預(yù)負(fù)荷。
9.如權(quán)利要求7所述的材料移除刀具，其中，所述切割刀片是側(cè)鎖定刀片。
10.如權(quán)利要求1、2、3、6和7中的任一項(xiàng)所述的材料移除刀具，其中，所述延伸部分與所述外殼一體形成。
11.如權(quán)利要求1、2、3、6、7和10中的任一項(xiàng)所述的材料移除刀具，其中，所述隔離物是墊圈。
12.如權(quán)利要求11所述的材料移除刀具，其中，所述墊圈具有外徑和內(nèi)徑，并且外徑是內(nèi)徑的約1.33到約2倍。
13.如權(quán)利要求1、2、3、6、7、10和11中的任一項(xiàng)所述的材料移除刀具，其中，所述螺母在所述遠(yuǎn)端圍繞所述延伸部分的周?chē)ㄎ?，并且所述材料移除刀具包括安裝到所述延伸部分的遠(yuǎn)端的斷面的柱帽，所述柱帽包括多個(gè)切割刀片。
14.如權(quán)利要求13所述的材料移除刀具，其中，所述螺母在所述多個(gè)隔離物上施加第一壓縮預(yù)負(fù)荷，而所述柱帽在所述多個(gè)隔離物上施加第二壓縮預(yù)負(fù)荷。
16.如權(quán)利要求1、2、3、6、7、10、11和13中的任一項(xiàng)所述的材料移除刀具，其中，所述多個(gè)隔離物的材料的楊氏模量是鋼的楊氏模量的約1.5倍到約2.5倍。
17.如權(quán)利要求1、2、3、6、7、10、11和13中的任一項(xiàng)所述的材料移除刀具，其中，所述多個(gè)隔離物的材料的楊氏模量在約40×106lbf/in2到60×1061bf/in2的范圍內(nèi)。
18.如權(quán)利要求1、2、3、6、7、10、11、13、16和17中的任一項(xiàng)所述的材料移除刀具，其中，所述材料移除刀具的突出長(zhǎng)度與直徑的比率為約2∶1到約12∶1。
19.如權(quán)利要求18所述的材料移除刀具，其中，所述比率為約3∶1到約6∶1。
20.如權(quán)利要求18所述的材度料移除刀具，其中，所述突出長(zhǎng)度和沿所述延伸部分設(shè)置的所述多個(gè)隔離物的數(shù)量在具有不同突出長(zhǎng)度的材料移除刀具之間變化。
21.一種制造材料移除刀具的方法，包括以下步驟
沿延伸部分的至少一部分設(shè)置多個(gè)隔離物，所述延伸部分從所述材料移除刀具的外殼縱向延伸到遠(yuǎn)端；
在所述延伸部分的遠(yuǎn)端緊固螺母；以及
對(duì)所述多個(gè)隔離物施加壓縮預(yù)負(fù)荷，
其中，所述多個(gè)隔離物由楊氏模量大于鋼的楊氏模量大約1.5倍的材料形成。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述多個(gè)隔離物的至少一部分由硬質(zhì)合金形成。
23.如權(quán)利要求21或22所述的方法，其中，對(duì)所述多個(gè)隔離物施加壓縮預(yù)負(fù)荷包括由緊固螺母引起的至少第一壓縮預(yù)負(fù)荷。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，包括將柱帽安裝到所述延伸部分的遠(yuǎn)端，所述柱帽包括多個(gè)切割刀片，其對(duì)所述多個(gè)隔離物施加壓縮預(yù)負(fù)荷包括由安裝柱帽引起的在所述多個(gè)隔離物上的第二壓縮預(yù)負(fù)荷。
25.如權(quán)利要求21、22和23中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述材料移除刀具的突出長(zhǎng)度與直徑的比率為約2∶1到約12∶1，并且其中所述突出長(zhǎng)度和沿所述延伸部分設(shè)置的所述多個(gè)隔離物的數(shù)量在具有不同突出長(zhǎng)度的材料移除刀具之間變化。
26.如權(quán)利要求21、22、23和25中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述多個(gè)隔離物的材料的楊氏模量是鋼的楊氏模量的約1.5倍到約2.5倍。
27.如權(quán)利要求21、22、23和25中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述多個(gè)隔離物的材料的楊氏模量在約40×106lbf/in2到60×106lbf/in2的范圍內(nèi)。
28.一種加工工件的方法，所述方法包括以下步驟
利用材料移除刀具從工件移除材料，
其中，所述材料移除刀具包括位于配合端的外殼、從所述外殼縱向延伸到遠(yuǎn)端的延伸部分、沿所述延伸部分設(shè)置的多個(gè)隔離物和位于所述延伸部分的遠(yuǎn)端的螺母，并且
其中，所述多個(gè)隔離物由楊氏模量大于鋼的楊氏模量大約1.5倍的材料形成。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其中，所述多個(gè)隔離物的至少一部分由硬質(zhì)合金形成。
30.如權(quán)利要求28或29所述的方法，其中，所述螺母在所述多個(gè)隔離物上施加壓縮預(yù)負(fù)荷。
31.如權(quán)利要求28、29和30中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述工件由鈦基合金形成。
32.如權(quán)利要求28、29、30和31中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，利用材料移除刀具從工件移除材料形成宇航飛行器的結(jié)構(gòu)部件。
33.如權(quán)利要求28、29、30、31和32中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述多個(gè)隔離物的材料的楊氏模量是鋼的楊氏模量的約1.5倍到約2.5倍。
34.如權(quán)利要求28、29、30、31和32中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述多個(gè)隔離物的材料的楊氏模量在約40×106lbf/in2到60×106lbf/in2的范圍內(nèi)。
全文摘要
材料移除刀具(200，300)的示例性實(shí)施方案具有位于配合端(204)的外殼(202)、從外殼(202)縱向延伸到遠(yuǎn)端(210)的延伸部分(208)、沿延伸部分(208)設(shè)置的多個(gè)隔離物(218)和位于延伸部分(208)的遠(yuǎn)端(210)的螺母(212)，其中該多個(gè)隔離物(218)由楊氏模量大于鋼的楊氏模量約1.5倍的材料形成。沿刀具(200)的延伸部分(208)的隔離物(218)將這更硬的隔離物材料設(shè)置在最大的抗彎曲力矩(即最大截面模量)處?？蛇x擇地，預(yù)負(fù)荷和“內(nèi)置”緩沖點(diǎn)有助于提高材料移除刀具(200，300)的性能。還公開(kāi)了制造材料移除刀具(200，300)的方法和加工工件的方法。
文檔編號(hào)B26D1/12GK101668615SQ200880008191
公開(kāi)日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2008年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月14日
發(fā)明者布里安·豪夫勒, 東·阿佐帕爾迪 申請(qǐng)人:瓦萊尼特有限責(zé)任公司