專利名稱：開槽超級(jí)合金的方法以及用于其的切削刀片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械加工例如鎳鉻鐵合金的超級(jí)合金的方法，以及用于執(zhí)行該方法的切肖丨J刀片(cutting insert)。
背景技術(shù)：
超級(jí)合金已在金屬工業(yè)中使用了很多年。超級(jí)合金或高性能合金是呈現(xiàn)例如高溫下的優(yōu)良機(jī)械強(qiáng)度和抗蠕阻力、高表面穩(wěn)定性、以及高抗腐蝕性和抗氧化性的金屬合金。超級(jí)合金通常具有奧氏體的、面心的、立方晶體結(jié)構(gòu)。超級(jí)合金的合金元素通常包括鎳、鈷、或鎳-鐵。超級(jí)合金的發(fā)展依賴于化學(xué)和工藝創(chuàng)新，并且主要由航空航天工業(yè)以及諸如工業(yè)燃?xì)鉁u輪機(jī)和船用渦輪工業(yè)的能源工業(yè)驅(qū)動(dòng)。超級(jí)合金的實(shí)例有 Hasteloy、Waspaloy、Rene 合金(例如，Rene 41、Rene 80、 Rene95), Haynes合金、hcoloy、單晶體合金和鎳鉻鐵合金，鎳鉻鐵合金包括通常在高溫應(yīng)用中使用的奧氏體的基于鎳的超級(jí)合金族。如一些其他超級(jí)合金一樣，鎳鉻鐵合金包括在極端條件下表現(xiàn)良好的抗氧化和抗腐蝕材料。例如，加熱后，鎳鉻鐵合金形成厚的穩(wěn)定鈍化氧化層，保護(hù)它的表面免受多種不良影響。因此，鎳鉻鐵合金保留了很寬的溫度范圍，并且對(duì)于用于高溫應(yīng)用是有吸引力的， 而諸如鋁或鋼的其他材料則在這樣的應(yīng)用中表現(xiàn)欠佳。然而，鎳鉻鐵合金以及其他超級(jí)合金例如由于在加工過程中的快速加工硬化 (work-hardening)很難塑形和機(jī)械加工。舉例來說，在鎳鉻鐵合金的工件上完成第一加工動(dòng)作(machine pass)后，快速加工硬化在后續(xù)加工動(dòng)作中造成與切削工具相互作用的該工件的各個(gè)區(qū)域的不良塑性和彈性變形。用于克服上述缺陷的現(xiàn)有解決方案包括在常規(guī)切削區(qū)大約70-80巴壓力下供應(yīng)由外部適配器提供的冷卻劑流體。所施加的冷卻劑流體有助于排除加工過程中生成的熱量。然而，包括例如使用已知的硬質(zhì)合金切削刀片提供冷卻劑流體的現(xiàn)有解決方案將工件的切削速度(V。)限制到約每分鐘40-60米，這與其他切削操作的的切削速度相比是相對(duì)有限的切削速度。例如，低切削速度導(dǎo)致高加工成本以及因而高制造成本。本發(fā)明的目的是提供一種加工方法，以及執(zhí)行該加工方法的切削刀片，所述加工方法和切削刀片顯著地減少或克服了上述缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例包括一種開槽(groove)超級(jí)合金工件的方法，和/或一種用于執(zhí)行該方法的切削刀片。例如在一些實(shí)施例中，切削刀片的至少一部分，例如，切削刀片的至少切削刃，覆蓋有諸如多晶硅CBN (PCBN)層的立方氮化硼(CBN)層，并且切削刀片包括在其中形成的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部管道。所述方法包括例如在切削刃與工件的相互作用區(qū)上直接引導(dǎo)冷卻劑流體，其中，該冷卻劑流體通過所述一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部管道被傳遞到相互作用區(qū)。冷卻劑流體通過在切削刀片的前刀面中形成的相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)開口流出內(nèi)部管道，所述開口接近所述相互作用區(qū)。冷卻劑流體直接在所述相互作用區(qū)上通過不小于200巴的壓力被引導(dǎo)通過所述開口。例如在一些實(shí)施例中，以下步驟的組合或部分組合與現(xiàn)有技術(shù)相比提供開槽超級(jí)合金的顯著改進(jìn)的性能以CBN層覆蓋切削刀片；直接在相互作用區(qū)上將冷卻劑流體引導(dǎo)通過內(nèi)部管道以及內(nèi)部管道的接近處到達(dá)相互作用區(qū)。借助這種組合或部分組合，該方法可以包括以每分鐘200-500米的切削速度(V。s)開槽鎳鉻鐵合金工件；實(shí)現(xiàn)好到卓越的表面質(zhì)量和碎片結(jié)構(gòu)，例如，形成1-5毫米長度范圍的碎片。通過使用該方法實(shí)現(xiàn)的這些改進(jìn)的切削速度顯著超過了現(xiàn)有技術(shù)中可獲得的鎳鉻鐵合金的最大切削速度的百分之幾十到幾百。該方法從而顯著地降低了加工鎳鉻鐵合金和其他超級(jí)合金的成本。


為了更好地理解本發(fā)明并且示出如何在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，現(xiàn)在將參考附圖，在附圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明具有在其中可釋放保留的切削刀片的切削工具的透視圖； 圖2是圖1的切削工具的一切削部分的透視圖； 圖3是圖1的切削工具的側(cè)視圖； 圖4是圖1的切削工具的頂視圖； 圖5是圖1的切削工具的頂部透視圖6是圖5的切削刀片的正面部分切削視圖，其示出在其中形成的多個(gè)內(nèi)部管道； 圖7是圖5的切削刀片的側(cè)視圖； 圖8是圖5的切削刀片的頂視圖；以及
圖9根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例示出圖1的切削工具的一部分，從開槽的工件切削碎片。要理解，出于簡化和清楚起見，圖中示出的單元不一定是精確或按比例繪制的。例如，為清楚起見，一些單元的尺寸相對(duì)其他單元被夸大了，或者可以在一個(gè)功能塊或單元中包括若干物理部件。此外，適當(dāng)情況下，可以在附圖之間重復(fù)引用標(biāo)記來指示對(duì)應(yīng)的或類似的單元。
具體實(shí)施例方式在以下描述中，將描述本發(fā)明的各個(gè)方面。出于解釋目的，陳述了具體配置和細(xì)節(jié)，以便提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解。然而，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員還將顯而易見的是，可以在沒有此處呈現(xiàn)的具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐本發(fā)明。此外，可以省略或簡化眾所周知的特征，以便不模糊本發(fā)明。盡管此處的一些描述指的是用于加工鎳鉻鐵合金的方法和/或切削刀片，本發(fā)明不限于該方面。例如，本發(fā)明的一些實(shí)施例可以指開槽其他超級(jí)合金、普通金屬合金、高溫合金、其他鎳基合金、或諸如此類。參考圖1-9，其示出具有在其中可釋放地保留的開槽切削刀片12的切削鞏固10的各種視圖。例如，在一些實(shí)施例中，切削刀片12可以用于開槽例如鎳鉻鐵超級(jí)合金的超級(jí)合金。切削刀片12的至少一部分涂覆有加強(qiáng)立方氮化硼(CBN)層13，例如多晶硅CBN (PCBN) 層。該至少一部分可以包括切削刀片12的切削刃14、切削刀片12的前刀面16、以及切削刀片12的例如與切削刃14相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)其他部分。作為形象化的非限制性例子， 例如圖6、7和8中的艙口部分(hatched portion)涂覆有CBN層13。CBN層13使切削刀片12具有耐用性并提供保護(hù)，用于執(zhí)行密集切削操作，諸如以例如上述的高切削速度開槽超級(jí)合金。在 所有實(shí)施例中，切削刀片12包括在其中形成的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部管道18，數(shù)量例如取決于切削刃14的寬度。作為非限制性例子，具有接近三毫米或更小的寬度的切削刃可以具有一個(gè)內(nèi)部管道，具有接近四毫米的寬度的切削刃可以具有兩個(gè)內(nèi)部管道，具有接近六毫米的寬度的切削刃可以具有在其中形成的三個(gè)內(nèi)部管道。所述一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部管道18 從與其連接的輸入管道20接收冷卻劑流體，通過其傳遞對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)冷卻劑流體流到切削刃14和開槽的工件24之間的相互作用區(qū)22，例如，如圖9所示。內(nèi)部管道18向上、從切削刀片12的常規(guī)底部部分基本向外、以及向切削刀片12 的前刀面16中延伸，前刀面16中形成一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)開口 26。例如，在前刀面16覆蓋有 CBN層13的實(shí)施例中，所述一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部管道18通過CBN層13開口到前刀面16以外， 在其中形成相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)開口 26，例如如圖8所示。前刀面16中的開口位于基本接近切削刃14，用于冷卻劑流體通過其被引導(dǎo)來有效低從相互作用區(qū)22排出熱量。例如，開口 26的相應(yīng)中心距離切削刃14的距離可以范圍在0. 5和3毫米之間。將開口 26的中心放置地離切削刃14比0. 5毫米更近會(huì)削弱切削刃， 而將開口 26放置地比3毫米更遠(yuǎn)會(huì)導(dǎo)致或者相互作用區(qū)22的不良冷卻或者形成比所需更長的工件碎片28或兩者。盡管不限于該方面，在一些實(shí)施例中，可以使用電腐蝕制造技術(shù)形成內(nèi)部管道18。在一些實(shí)施例中，在其中形成開口 26的前刀面16的一部分基本是平坦的，沒有諸如脊的碎片結(jié)構(gòu)以及各種現(xiàn)有技術(shù)切削刀片中發(fā)現(xiàn)的其他結(jié)構(gòu)。而且，在一些實(shí)施例中，接近前刀面16中的開口 26的內(nèi)部管道18的端部分具有不變的直徑，基本是直的，并且在切削刀片12的側(cè)視圖中與前刀面16形成介于30°與90°之間的角度。一些實(shí)施例包括使用上述切削刀片12開槽超級(jí)合金以及以例如200-500巴范圍的高或非常高的壓力傳遞冷卻劑流體通過內(nèi)部管道18的方法。例如，如圖9所示，所述一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部管道18和相應(yīng)開口 26如此朝向，以便內(nèi)部管道18傳遞的相應(yīng)冷卻劑流體流在基本向上的方向上被引導(dǎo)，以便直接地并且基本垂直地沖擊在開槽操作期間形成的工件碎片28的下側(cè)。這允許被引導(dǎo)的冷卻劑流體“舉起”碎片28，并且因而有效地將碎片28從工件24斷裂和分離。該方法可以包括以非常高的切削速度Vc開槽諸如鎳鉻鐵合金的超級(jí)合金，實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的表面質(zhì)量和碎片結(jié)構(gòu)。例如，在一些實(shí)施例中，該方法包括以每分鐘200-500米范圍內(nèi)的切削速度K開槽例如鎳鉻鐵合金工件的超級(jí)合金工件。該方法可以另外包括例如以上述切削速度開槽超級(jí)合金工件，而形成具有1-5毫米的典型長度的工件碎片，工件碎片的至少90%落入該長度范圍內(nèi)。工件碎片28的長度受以高壓影響工件碎片28的下側(cè)的冷卻劑流體流限制，因?yàn)楣ぜ槠?8是在開槽操作期間形成的。在沒有冷卻劑流體流的情況下， 工件碎片28的長度會(huì)更長。在一些實(shí)施例中，諸如當(dāng)前刀面16沒有碎片形成結(jié)構(gòu)時(shí)，工件碎片28僅由于影響工件碎片28的下側(cè)的冷卻劑流體流而斷裂和分離。盡管在這些附圖中示出的切削刀片12僅具有一個(gè)切削部分，要理解，該切削刀片可以替代地具有多個(gè)切削部分并且是可轉(zhuǎn)位的(indexable)。因而，切削刀片可以具有在頂部表面的相對(duì)端上提供的兩個(gè)這種切削部分，以及因而具有關(guān)于通過該切削刀片的頂部表面的第一軸的180°旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性。替代地，切削刀片可以具有兩個(gè)對(duì)角的相對(duì)切削部分，并且因而具有關(guān)于通過切削刀片的側(cè)部表面的第二軸的180°旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，第二軸與第一軸垂直。盡管已參考一個(gè)或多個(gè)具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，說明書旨在整體是說明而非限制本發(fā)明于所示出的實(shí)施例。要理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到各種盡管此處沒有具體示出但仍在本發(fā)明范圍內(nèi)的各種修改。
權(quán)利要求
1.一種開槽超級(jí)合金工件(24)的方法，所述方法包括使用至少部分地覆蓋有立方氮化硼(CBN)層(13)的切削刀片(12)開槽所述工件(24);以及將一個(gè)或多個(gè)冷卻劑流體流朝向在開槽期間形成的工件碎片(28)的下側(cè)引導(dǎo)，所述一個(gè)或多個(gè)冷卻劑流體流經(jīng)由在所述切削刀片(12)中形成的一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)內(nèi)部管道(18) 被引導(dǎo)，以及被向上和向外朝向所述切削刀片(12)的切削刃(14)與所述工件(24)之間的相互作用區(qū)(22)引導(dǎo)，所述內(nèi)部管道(18)在相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)開口(16)中開口到所述切削刀片(12)的前刀面(16)以外；其中所述一個(gè)或多個(gè)冷卻劑流體流在不小于200巴的壓力下被引導(dǎo)，以便限制在所述相互作用區(qū)(22)中形成的工件碎片(28)的長度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其包括開槽鎳鉻鐵合金工件(24)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，以每分鐘200到500米范圍內(nèi)的切削速度執(zhí)行所述開槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述一個(gè)或多個(gè)冷卻劑流體流直接地并且基本垂直地沖擊在所述開槽操作期間形成的所述工件碎片(28)的下側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，在所述開槽操作期間形成的工件碎片(28)具有范圍在1-5毫米的典型長度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，至少所述前刀面(16)覆蓋有所述CBN層(13)，并且所述一個(gè)或多個(gè)管道(18)通過所述CBN層(13)開口到所述前刀面(16)以外，在其中形成所述相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)開口( 26)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述CBN層(13)包括多晶硅CBN層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述冷卻劑流體流在200到500巴范圍內(nèi)的壓力下被引導(dǎo)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述切削刀片的前刀面(16)沒有碎片形成結(jié)構(gòu)；以及當(dāng)所述工件碎片(28)是在開槽操作期間形成時(shí)，所述工件碎片(28)由于影響所述工件碎片(28)下側(cè)的所述一個(gè)或多個(gè)冷卻劑流體流從所述工件(24)斷裂和分離。
10.一種用于開槽超級(jí)合金的開槽切削刀片(12)，包括覆蓋所述切削刀片(12)的至少一部分的立方氮化硼(CBN)層(13)；以及在所述切削刀片(12)中形成的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部管道(18)，其向上和向外從所述切削刀片(12)的大致底部部分延伸，并且開口到所述切削刀片(12)的前刀面(16)中，在所述前刀面(16)中形成一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)開口(26)；其中所述開口(26)的相應(yīng)中心與所述切削刀片(12)的切削刃(14)的距離在0. 5到3毫米之間的范圍。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的開槽切削刀片(12)，其中，所述CBN層(13)包括多晶硅CBN層。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的開槽切削刀片(12)，其中，所述至少一個(gè)部分包括所述前刀面(16)，所述一個(gè)或多個(gè)管道(18)通過所述CBN層(13)開口到所述前刀面(16)以外，在其中分別形成所述一個(gè)或多個(gè)開口(26)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的開槽切削刀片(12)，其中，所述前刀面沒有碎片形成結(jié)構(gòu)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的開槽切削刀片(12)，其中，所述內(nèi)部管道(18)的端部分在所述切削刀片12的側(cè)視圖中與所述前刀面(16)形成介于30°與90°之間的角度。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的開槽切削刀片(12)，其中，所述切削工具是可轉(zhuǎn)位的，并且具有至少兩個(gè)切削部分，每一個(gè)切削部分具有所述CBN層(13)和所述一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部管道 (18)。
全文摘要
一種開槽超級(jí)合金工件(24)的方法使用至少部分地覆蓋有立方氮化硼(CBN)層并且具有在其中形成的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部管道(18)的切削刀片(12)，所述一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部管道(18)在一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)開口(26)處開口到所述刀片的前刀面(16)以外。以不小于200巴壓力經(jīng)由這些內(nèi)部管道(18)傳遞的一個(gè)或多個(gè)冷卻劑流體流被向上和向外朝向所述切削刀片(12)的切削刃(14)與所述工件(24)之間的相互作用區(qū)引導(dǎo)，從而限制在所述開槽操作期間創(chuàng)建的工件碎片(28)的長度。所述切削刀片的內(nèi)部管道(18)的所述開口(26)可以位于距離所述刀片的切削刃(14)的0.5-3.0毫米間。
文檔編號(hào)B23B27/04GK102271844SQ200980154104
公開日2011年12月7日 申請日期2009年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月11日
發(fā)明者K.布雷納, P.德舍瑙克斯 申請人:伊斯卡有限公司