CN101282808A - 铣刀刀头和具有用于接纳阳型元件的中空空间的铣刀工具 - Google Patents

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Abstract

在第一方面，本发明涉及一种可更换的铣刀刀头(2)，该铣刀刀头一方面具有旋转对称的外侧包络表面(10)，该外侧包络表面具有多个间隔开的切削刃(11)和容屑槽(12)，并且该铣刀刀头另一方面具有前端(8)和后端(9)，在主体的后端(9)内开放的中空空间(20)，以及一直延伸穿过铣刀刀头的框架(30)并在所述中空空间(20)内的底面(21)内开口的轴向孔(17)。根据本发明，所述铣刀刀头(20)具有平坦的、滑轮形基本形状，使得所述两端(8，9)之间的轴向距离(L)至多是所述主体的最大外径(D1)的一半，除此之外，所述中空空间(20)在垂直于所述铣刀刀头的中心轴线(C)的平面内的横截面面积至少为所述主体的、诸如由所述外径(D1)所确定的整个横截面面积的25％。在第二方面，本发明还涉及一种具有这样的铣刀刀头的铣刀工具。

Description

铣刀刀头和具有用于接纳阳型元件的中空空间的铣刀工具
技术领域
在一个方面中，本发明涉及一种可更换的铣刀刀头，该铣刀刀头一方面具有外侧包络表面，该外侧包络表面具有相对于中央轴线旋转对称的基本形状，并包括多个在周向上间隔开的切削刃和容屑槽，并且另一方面具有两个轴向上间隔开的前端和后端，一直延伸穿过铣刀刀头的框架的轴向孔，所述铣刀刀头具有平坦的滑轮状基本形状，使得刀头两端之间的轴向距离至多是刀头最大外径的一半。
在另一方面，本发明还涉及一种具有这样的铣刀刀头的铣刀工具。
背景技术
在特别是金属工件的铣削加工的领域内，近来已经提出了多种铣刀工具方案，这些方案的铣刀的头部制成为硬质合金制成的单体构件，必备的切削刃形成在适当的硬质合金体内(与分开的硬质合金刀片中所含有的那些切削刃不同，这些切削刃分别可卸下地安装在钢质铣刀刀头上)。尤其是在这些切削刃包括在诸如轴端铣刀、仿形铣刀之类的小铣刀内时，具有集成切削刃的这些硬质合金制成的铣刀刀头通常被称为可拆卸顶部(loose top)。在以下专利文献WO 03/097281，WO03/101650，EP 0911101，EP 1237670，EP 1342521，DE 3230688，US6241433，US 6276879，US 6494648和US 6497540中可找到利用这些可拆卸顶部的铣刀工具的示例。
之前公知的、从可旋转且通常呈柱形的基体组装、由硬质合金制成的铣刀刀头中的大多数具有细长的形状，从而铣刀刀头的轴向延展部大于其直径，而且具有阳型紧固件，其从铣刀刀头的后端向后突出，从而可插入到位于基体的自由前端内的阴型支座内。除了其他的结果之外，通常呈细长状的这一铣刀刀头还具有这样的结果，即，使得工具在铣刀刀头后端与基体前端之间的交界面处受到相当大的弯曲载荷，这是因为主要的径向切削力作用在铣刀刀头的自由前端处。此外，大致细长的形状带来了这样的缺点，即，处于几何上的原因，用于将力矩从基体传递到铣刀刀头的装置只能制成为具有非常有限的径向延展部。换言之，用于传递力矩的力臂变得有限，且两个部件之间的接触表面较小。就此而言，应指出的是，这样的仅仅依赖于螺纹连接来传递力矩的工具是非常有害的。之前公知铣刀刀头的另一缺点在于，制造中昂贵硬质合金材料的消耗量相对于铣刀刀头上的有效切削刃的数量而言变得相对较大。此外，切削刃通常沿着铣刀刀头的轴向长度的至少主要部分、而且有时是沿着整个长度形成，然而在许多应用中，仅仅利用了沿着切削刃长度的较小部分。因此，在精细铣削中，例如仅有整个刀刃长度的1至10％被磨损，而剩下90至99％没有被利用。
发明内容
本发明旨在避免之前公知铣刀工具中的上述缺点，并且提供一种具有改进铣刀刀头的改进铣刀工具。因此，本发明的主要目的在第一方面提供一种铣刀刀头，该铣刀刀头一方面可以以稳定而精确的方式固定在工具的基体上，而且另一方面具有作用在基体上的交界面，通过该交界面可将相当大的力矩从基体传递到铣刀刀头，而同时铣刀刀头不会侧滑或脱离其理想位置。另一目的是提供一种这样的铣刀刀头，即，其具有的几何形状使得可形成大量的彼此靠近定位的切削刃和附属容屑槽。在一具体的方面，本发明旨在提供一种特别适于如在精细铣削中的在较小切削深度下铣削的铣刀刀头。换言之，这些铣刀刀头应能够制成，而没有不必要长和昂贵的切削刃。本发明的目的还在于提供一种硬质合金的铣刀刀头，通过例如压缩模制和烧结的公知制造方法，简单而廉价地制造该铣刀刀头，更确切而言，利用最少量的昂贵材料来制造该铣刀刀头。就此而言，可以通过简单的方式来对所述铣刀刀头进行精整。
根据本发明，通过权利要求1的特征部分所限定的特征的合适铣刀刀头而至少实现主要目标。在从属权利要求2至11中进一步限定了根据本发明的铣刀刀头的优选实施例。
在第二方面，本发明涉及一种铣刀工具，该铣刀工具在组装状态下具有铣刀刀头以及可旋转的基体。该方面的主要目的在于提供一种铣刀工具，在所述基体和所述铣刀刀头之间的交界面形成为使得所述铣刀刀头在理想位置的固定变得可重复地可靠、稳定和精确。目的还在于提供一种铣刀工具，其铣刀刀头不会有因为失效的保持功能而具有与基体松开的风险。
根据本发明，通过这样的铣刀工具、借助于独立权利要求12中限定的特征而至少实现主要目的。在从属权利要求13至15中进一步限定了根据本发明的铣刀工具的优选实施例。
附图说明
附图中：
图1为根据本发明的由基体和铣刀刀头构成的铣刀工具的局部透视图，
图2为示出了彼此间隔开且与呈螺钉形式的紧固装置间隔开的基体和铣刀刀头的分解透视图，
图3为仅仅合适的铣刀刀头的放大正视平面图，
图4为图3中的截面A-A，
图5为同一刀头的后视平面图，
图6为铣刀刀头的侧视图，
图7为通过安装在基体上的铣刀刀头的剖面图，
图8为图7所示的各个部件的分解图，
图9为根据本发明的可选铣刀刀头的透视图，而且
图10为与图8对应的分解图，并示出了根据图9的铣刀刀头以及基体和紧固螺钉。
具体实施方式
在图1和图2中，示出了根据本发明制成的铣刀工具，该铣刀工具由可旋转的基体1和可更换的铣刀刀头2构成。为了将铣刀头固定在基体上，使用紧固装置3，该紧固装置3在所示的实施例中呈正面安装的螺钉的形式。
在本示例中，不仅仅是铣刀刀头2，而且还有基体1都具有由中心轴线C限定的旋转对称基本形状，工具能够绕着该轴线旋转。有利的但并非必需的是，基体1具有细长的形状，即，在本示例中，由柱形包络表面4沿着其长度的主要部分限定。在基体的前侧自由端部处，基体转变为较薄的、阳型元件或构件5，该元件或构件由旋转对称的包络表面6和平面端面7限定。最合适的是，包络表面6为柱形。
铣刀刀头2分别具有前端8和后端9，大致旋转对称的包络表面10在所述前端和后端之间延伸。在所述包络表面内，形成有多个周向间隔开的切削刃11，在这些切削刃之间存在容屑槽12。因此，尽管包络表面不平滑，但是其在几何上具有旋转对称的基本形状，该基本形状可以全部或部分是柱形、锥形或弓形。在所示出的示例中，刀刃11仅仅沿着端部8和9之间的轴向距离的一部分延伸，同时在切削刃组和铣刀刀头的后端9之间留出周向表面13。最合适的是，这些切削刃沿着铣刀刀头的周边等距间隔开。
螺钉3包括头部14，以及具有阳型螺纹的杆部15。在铣刀刀头2中形成有中央通孔17，螺钉杆部15可穿过该通孔，从而被紧固到中央孔19中的阴型螺纹18内，该中央孔在基体的前端内开口。至此，已经描述了所示铣刀工具，这种工具基本上都是在先公知的。
现在参照更加清楚示出了根据本发明的铣刀刀头2的形成的图3至图8。在所示的优选实施例中，铣刀刀头是这样一种主体，其为由诸如硬质合金、陶瓷、金属陶瓷(cermet)之类的硬质、耐磨损材料制成的单体构件。为此，可以称铣刀刀头由硬质、耐磨损的可拆卸顶部构成，其可安装在更柔软或更有弹性的材料制成、特别是钢制成的基体上。
在铣刀刀头的后端9处，有中空空间20开放，其由底表面21和环形周向限定表面22限定。在该中空空间20周围延伸有环状端面23，该环状端面23与限定表面13和22一起限定出环状或圈状部分24。在优选的实施例中，该表面22是旋转对称的，更确切而言呈柱形，而底表面21是平面的，并垂直于中心轴线C延伸。而且，端面23可有利的是平面的和光滑的。
第二中空空间25在铣刀刀头的前端8内开放。以与所述第一中空空间相同的方式，该中空空间25可由平面的底表面26和旋转对称的、合适的是柱形的限定表面27限定。而且，所述表面27形成在铣刀刀头的环状部分28的内侧上。然而，所述环状部分28为向前指向，且由合适的是平面的前端表面28轴向限定。
在图4中，D1表示铣刀刀头的最大外径，而L表示其长度，这例如分别由前端表面29和后端表面23之间的轴向距离确定。D2表示前部中空空间25的内径，而D3表示后部中空空间20的内径。在所示的示例中，所述两个中空空间20和25制成为具有一个并且相同的直径，但是这并非是必需的。
根据本发明的铣刀头的特征在于：其具有扁平的、滑轮形基本形状，使得两个端部之间的轴向距离L至多是最大外径D1的一半，同时后中空空间20在垂直于中心轴线C的平面内的横截面面积至少为主体整个横截面面积(即由所述外径D1所决定的面积)的25％。在所示的实施例中，长度L外所述直径D1的1/3(即，33％)。在本发明的范围内，该比例L/D1可在低于0.5的范围内最大程度变化。然而，其不应低于0.15。实际中，在0.2至0.4的范围内、合适的是在0.3至0.35的范围内的比例L/D1是优选的。
相对于铣刀刀头的整个横截面面积来说，后部中空空间20的横截面面积由直径D3和D1之间的比确定。根据本发明，中空空间20应具有达到外径D1的至少50％的内径D3。另一方面，内径D3不应超过外径D1的85％。在所示的示例中，直径D3达到直径D1的约70％。
应指出的是，在本示例中，环绕后部中空空间20的环形部分24沿着其整个周围是等厚度的，更确切而言，柱形内表面22与同样大致柱形包络表面10(或表面13)同心。在所述两个平面的底面21、26之间限定有由30表示的一个材料部分，该材料部分形成了在中空空间20、25之间的中央框架或分隔壁。所述分隔壁的厚度由T1表示，而中空空间20、25的轴向深度分别由T2和T3表示。如在图4中可清楚见到的那样，分隔壁30的厚度大于各个中空空间20、25的深度。在本实施例中，中空空间的深度T2、T3一样大。然而，所述深度可以变化，只要前部中空空间25深得足以至少部分地容纳螺钉的头部14、且基体1的前部阳型元件5的足够长的部分应能接合中空空间20即可。
由于底面21、26是平面的且相互平行，并垂直于中心轴线C延伸，故分隔壁30整体地在垂直于中心轴线的平面内延伸。
现在再次参照图2，其示出了驱动件31形成在阳型元件5的平面端面7上。所述驱动件的特征在于，在垂直于中心轴线的平面内观察时，驱动件具有非圆形横截面形状的外形。实际上，可以以多种方式实现所述非圆形横截面形状的外形。然而，在本示例中，选择了大致三角形的形状，其具有三个等距(120°)间隔开的尖端或角部。更确切而言，驱动件31由平面端面32、位于三个角部处的三个凸状弓形或圆形表面33以及在所述角部之间的三个凹状弓形侧表面34限定。在驱动件主体和阳型元件5的端面7之间形成有窄腰部35(还参见图8)，其将驱动件的侧表面和角部表面34、33的内侧边缘与端面7分离开。
在所示的优选实施例中，利用穿过分隔壁30的通孔17作为阴型支座，用于接纳驱动件31。为此，在本示例中使得孔17具有与驱动件的三角形状一致的大致三角形状。从而，限定出孔17的环形孔边缘表面包括三个位于角部处的凹状弓形表面36，以及在所述凹状弓形表面之间延伸且具有凸状弓形形状的三个侧表面37。一方面表面33、34和另一方面表面36、37之间的配合将是很好的，例如在0.01至0.05mm的范围内。为了完整起见，应指出的是，从几何上生成所述表面的假想母线平行于中心轴线C。
所描述的铣刀刀头的重要特征是驱动件31和相配合的支座(即孔17)具有相当大的径向延展部。在图3和图4中，R表示支座17的最大径向延展部，其是诸如由中心轴线C和孔边缘表面的凹状弓形角部表面36之间的距离确定的。在所示的示例中，半径R为包络表面10的半径(D1/2)的约60％。由于中空空间20具有均匀更大的半径而形成的这种相对较大的径向措施确保了用于将力矩从基体传递到铣刀头的力臂有利地变大。
在进一步描述本发明之前，应指出的是，可以以不同于基体中的非圆形驱动件和铣刀刀头内的非圆形支座的方式制成用于将力矩传递到铣刀刀头的装置，且不必需利用孔17作为支座。相反地，孔17的基本目的是使得在夹紧铣刀刀头的过程中，用作紧固装置的螺钉3的杆部15穿过铣刀刀头2并被引入到基体1中。有鉴于此，可使孔17具有传统的柱形，与此同时以另外的方式提供力矩的传递。例如，可将一个或多个从中心轴线径向回缩的突起插入到在底面21内开放的相同数量的支座内。相反地，可在底面21上形成这些突起，而同时必须的支座在基体1的平面底面7内开口。
重要的是，为了铣刀刀头在基体上具有稳定性，阳型元件5突入铣刀刀头2内的后部中空空间20一定的距离，其中阳型元件的包络表面6应具有与中空空间的内侧限定表面22的很好配合(0.01mm至0.05mm)。这意味着如果以其他的方式提供力矩的传递，则可省掉所示的驱动件31。就此而言，应指出的是，在工具的组成状态下彼此接触的表面，即，表面对7、21以及6，22都具有相对于铣刀刀头的外径而言相当大的径向延展部。这确保了铣刀刀头在基体上的固定变得稳定且可靠，而且在工具受到轴向和径向切削力的绝大多数各种组合的情况下也能是这样。
两个因素其他也极大地有助于铣刀刀头的稳定固定，这两个因素都与紧固螺钉3有关。在图2所示的实施例中，铣刀刀头是右旋切削的。同时，螺钉3有着右旋螺纹。这意味着螺钉在旋紧之后将使铣刀刀头在角度上移位(百分之几毫米)，这样使得孔边缘表面36、37的一些部分(力矩正是从驱动件的对应部分表面33、34传递到这些部分)与驱动件31的对应部分的表面33、34紧密接触。因此，在铣刀刀头进入工件时，会发生这一点，而铣刀刀头不会振动或相对基体运动。如果铣刀刀头是左旋切削且螺钉有左旋螺纹，也会获得相同的效果。
图7和图8示出了的第二因素，从这些图中可看到，螺钉的头部14呈弹性边缘的形式，该边缘的直径明显大于边缘的厚度。而且，在该边缘底侧上，该边缘形成有凹状的弓形表面38，从而只有其圆形周边39与前部中空空间25的底表面26抵靠。在将螺钉紧固到基体1的阴型螺纹18中时，头部或边缘14将弹性变形，这样就始终向铣刀刀头施加相当大的弹性偏压力。通过边缘的弹性柔性，确保了即使在工具受到旨在旋松螺钉的振动或其他外应力时也能将铣刀刀头保持到位。
现在参照图9和图10，这些图示出了根据本发明的铣刀刀头的可选实施例。在此情况下，两个相对的中空空间20、25是相同的，从而它们具有相同的深度和相同的直径。而且，外侧包络表面形成有两组切削刃11、11A(和附属容屑槽12、12A)。这意味着一个和同一个铣刀刀头变为可转位的，从而可期望获得两倍的使用寿命，这是因为在切削刃11被耗费后，可利用另一组切削刃11A。通过旋松固定螺钉3，将铣刀刀头转位，并且再次旋紧螺钉这些简单措施，可使铣刀刀头进行转位。
对现有技术的进一步说明
在US 6497540中(更确切而言在该文献的图8中)简要地示出了用于仿形铣削的铣刀刀头，该铣刀头的轴向长度本身稍小于铣刀刀头的外径的一半。而且，铣刀刀头具有向后开放的中空空间，用于与附属基体上的突起相配合。然而，在此情况下，所述中空空间相对于其深度以及相对于其直径都是极小的。因此，该中空空间的直径仅仅稍大于供紧固螺钉穿过的通孔的直径。这意味着铣刀刀头在基体上的固定变得不可靠，这具体是因为铣刀刀头缺乏用于从基体传递力矩的装置。
本发明的优点
与先前公知的铣刀刀头相比，根据本发明的铣刀刀头通过其大致平坦的、滑轮状形状与用于接纳基体前端的径向宽大的中空空间的组合而提供了多个优点。因此，这种基本形状提供了这样的可能性，即，可构造出具有多个彼此靠近定位的切削刃，同时刀头在可旋转基体上的固定变得非常稳定和精确，这是因为一方面平面的接触表面具有较大的径向延展部，而另一方面旋转对称的接触表面定位在距离中心轴线一个较大距离处。而且，由于后部中空空间具有较大径向延展部，从而提供了构建出具有驱动件构件的工具的可能性，这些驱动件构件又在径向上远离所述中心轴线；这样于是确保了可通过接触表面之间的交界面内的适当大小的力将力矩从基体传递到铣刀头。在本发明根据图9和图10的可转位实施例中，本发明还具有另一优点，即，可利用不同的两组切削刃，这在诸如精细铣削之类的小切削深度或中等切削深度的情况下特别具有吸引力。
本发明的可行改型
本发明不局限于上述实施例和在附图中示出了的实施例。因此，如上所述，可在底表面上、在铣刀刀头的后部中空空间内形成一个或多个突起，并且使得所述突起与基体的平面端面内的孔或支座配合。对铣刀刀头的稳定性而言重要的是，基体前部在铣刀刀头的后中空空间突入一定距离，而不是用于传递力矩的装置是否为放置在基体上且与铣刀刀头内的支座相配合的一个或多个阳型构件。而且，就此而言，应指出的是，还可由以下来提供力矩的传递，即，将基体的与内侧环形接触表面22相配合的周向接触表面6制成为具有非圆形形状，例如多边形形状，同时使得表面22具有互补的形状。而且，为了将铣刀刀头固定到基体上，可使用除了具有阳型螺纹的螺钉之外的其他紧固装置。因此，可使用没有螺纹的牵引杆，该牵引杆通过例如偏心机构之类的其他合适装置而被引入到基体内。然而，这样的牵引杆也可有利地构造成具有包括在所示的紧固螺钉中的那类的弹性头部。

Claims (15)

1.一种可更换的铣刀刀头(2)，该铣刀刀头一方面具有外侧包络表面(10)，该外侧包络表面具有相对于中心轴线(C)旋转对称的基本形状并包括多个周向间隔开的切削刃(11)和容屑槽(12)，并且该铣刀刀头另一方面具有两个轴向间隔开的前端(8)和后端(9)，以及一直延伸穿过铣刀刀头的框架(30)的轴向孔(17)，所述铣刀刀头(20)具有平坦的、滑轮形基本形状，使得所述铣刀刀头的所述两端之间的轴向距离(L)至多是刀头最大外径(D1)的一半，所述铣刀刀头的特征在于，用于容纳基体的阳型元件的中空空间(20)凹入在所述铣刀刀头的所述后端(9)内，且所述中空空间(20)在垂直于所述中心轴线(C)的平面内的横截面面积至少为所述铣刀刀头的、诸如由所述外径(D1)所确定的整个横截面面积的25％。
2.根据权利要求1所述的铣刀刀头，其特征在于，所述中空空间(20)由一底表面(21)和位于所述刀头的环状部分(24)的内侧上的环形限制表面(22)定界，所述轴向孔(17)在该底表面中开口，同时至少一个阴型支座(17)在所述底表面(21)内开口，以用于接纳阳型驱动件(31)。
3.根据权利要求2所述的铣刀刀头，其特征在于，在所述底表面(21)上形成有支座(17)，该支座具有非圆形截面形状。
4.根据权利要求2或3所述的铣刀刀头，其特征在于，穿过所述框架的所述通孔(17)具有非圆形截面形状，从而形成所述支座。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的铣刀刀头，其特征在于，由于所述内侧环形限制表面(22)是旋转对称的且与所述外侧包络表面(10)同心，从而所述环状部分(24)沿着其整个周边基本是等厚的。
6.根据权利要求5所述的铣刀刀头，其特征在于，所述环形限制表面(22)是柱形的。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的铣刀刀头，其特征在于，所述支座(17)内的在径向上从所述中心轴线(C)回缩最大的孔边缘表面(36)定位在距离中心轴线(C)一定径向距离(R)处，该距离(R)至少为所述刀头的最大外径的50％。
8.根据以上权利要求中任一项所述的铣刀刀头，其特征在于，该铣刀刀头不仅包括在其中一个端部(9)内开放的第一中空空间(20)，而且还包括在相对端部(8)内开放的第二中空空间(25)。
9.根据以上权利要求中任一项所述的铣刀刀头，其特征在于，所述刀头的环绕中空空间(20)的各个端面(23)呈在垂直于所述中心轴线(C)的平面内延伸的平面、环状表面的形式。
10.根据权利要求8或9所述的铣刀刀头，其特征在于，所述框架(30)用作位于所述中空空间(20，25)之间的平坦分隔壁，并且所述框架在垂直于所述中心轴线(C)的横截平面内延伸。
11.根据权利要求10所述的铣刀刀头，其特征在于，所述分隔壁(30)的厚度(T1)大于各个所述中空空间(20，25)的轴向深度(T2，T3)。
12.一种铣刀工具，其包括可旋转的基体(1)和可更换的铣刀刀头(2)，该铣刀刀头一方面具有外侧包络表面(10)，该外侧包络表面具有相对于中心轴线(C)旋转对称的基本形状并包括多个周向间隔开的切削刃(11)和容屑槽(12)，并且该铣刀刀头另一方面具有两个轴向间隔开的前端(8)和后端(9)，所述铣刀刀头(20)具有平坦的、滑轮形基本形状，使得其所述两端(8，9)之间的轴向距离(L)至多是其最大外径(D1)的一半，所述铣刀刀头(2)通过阳型元件(5)而连接至所述基体(1)，该阳型元件(5)具有用于将力矩从所述基体传递到所述铣刀刀头的装置(31)，且所述铣刀刀头能够通过紧固装置(3)而固定在基体上，所述铣刀工具的特征在于，其中接合了所述阳型元件(5)的中空空间(20)凹入在所述铣刀刀头(2)的所述后端(9)内，而所述阳型元件的端面(7)被推靠在所述中空空间的底面上，且所述中空空间(20)和所述阳型元件(5)的横截面面积分别为所述铣刀刀头的、诸如由所述外径(D1)所决定的整个横截面面积的至少25％。
13.根据权利要求12所述的铣刀工具，其特征在于，所述基体的所述阳型元件(5)具有旋转对称的截面形状，且具有端面(7)，该端面内开有孔(19)，该端面具有与作为紧固装置的螺钉(3)的阳型螺纹(16)相配合的阴型螺纹(18)。
14.根据权利要求12或13所述的铣刀工具，
其特征在于，在所述阳型元件的所述端面(7)上形成有至少一个驱动件(31)，该驱动件结合所述铣刀刀头内的支座(17)。
15.根据权利要求13或14所述的铣刀工具，其特征在于，所述铣刀刀头(2)的所述切削刃为右旋切削的(或者，替代性地是左旋切削的)，且同时所述螺钉(3)是右螺旋的(或者，替代性地是左螺旋的)，从而使得所述螺钉在紧固之后将把所述支座(17)内的足够的接触表面(36，37)压靠在所述驱动件(31)的力矩传递接触表面(33，34)上。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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