CN1019557B - 带螺旋齿的切削刀具及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及刃部有螺旋齿的刀具及其制造方法。该刀具刃部包括在其外周形成螺旋齿刃处有螺旋槽的烧结基体，用烧结法埋设于螺旋槽中并固定在烧结基体上的烧结块，而螺旋齿刃做在烧结块上。制造方法包括用粉末材料做成予烧结基体或烧结基体，在基体外周做出螺旋槽，在螺旋槽中充填高硬度高耐磨性粉末烧结材料，对带有粉末材料的基体加热和加压，将粉末烧结固定在基体上，以及对基体进行加工在高硬度高耐磨烧结块上做出螺旋齿刃等步骤。

Description

本发明涉及在其刃部带有螺旋齿的诸如端铣刀和铰刀的切削刀具，特别是在其刃部沿螺旋齿埋设和固定有高硬度和高抗磨性的烧结块的切削刀具，这些烧结块，例如聚晶金刚石块和聚晶立方氮化硼块，其硬度和抗磨性都比其基体材料高，以及涉及这种刀具的制造方法。

迄今，为了满足提高切削效率和刀具寿命的要求，已经发展和应用了在其刃部带有硬度和抗磨性很高的金刚石或立方氮化硼烧结块的诸如端铣刀和铰刀这样的刀具。

用于这种现有刀具的高硬度高耐磨的烧结块为片状，由金刚石或立方氮化硼粉末在高温高压下烧结成形。为了易于粘结在刃部基体材料如硬质合金或钢上，金刚石或立方氮化硼粉末并非单独烧结，而是在硬质合金或类似物的基质上烧结和形成。这样做出的烧结片厚约0.5毫米，形状为圆形，半圆形，扇形，三角形，长方形，或其他薄片形，这些烧结块再用钎焊埋设和固定在刀具刃部的基体材料上。

这种现有的切削刀具的例子如图6和图7所示。

图6的直刃端铣刀包括有刃部2和柄部3，由硬质合金，钢或类似物做成的刃部2具有前刃4a和直的侧刃4b。而且，有两个高强度高耐磨性的半圆形烧结片5用钎焊法埋设并固定在刃部上，从而在加工时承受特别沉重载荷的部位形成刀口4a，4b的一部分。

图7所示的直刃端铣刀也用同样方法做成，其中两个条状的高硬度高耐磨性烧结块5埋设并固定于刃部，从而形成前刃4a和直侧刃4b的一 部分。

在其他刀具上这种结构也是一样的。

因此，在所有现有刀具上，都是用这种方法，即将高硬度烧结块如金刚石烧结块和立方氮化硼之类埋设并固定于其上，从而形成直刃的一部分，而直刃的其他部分是由其基体材料本身做成。

此外，这种埋设高硬度高耐磨性烧结块的刀具几乎全限于直刃型，不能象端铣刀和铰刀那样具有螺旋齿刃。这是由于这种烧结块是在高温和超高压下由粉末材料烧结而成，因而其形状和尺寸受到限制，不能做成螺旋形或埋入形成螺旋齿刃的一部分。

还有，当用钎焊法把金钢石或立方氮化硼烧结块埋设和固定在刃部基体材料时，烧结块被加热到相当高的温度，这时高温的有害作用不能被忽视。特别是在用金刚石烧结块时，加热可能在烧结块表面形成一层石墨并烧毁烧结块，因此在工作时需要足够地小心。

而且，无论金刚石烧结块或立方氮化硼烧结块，烧结块和基体材料之间的钎焊可能因刀具进行切削加工过程中产生的热而散裂。

另一方面，如所周知，在其刃部外侧上具有螺旋齿刃的刀具，如螺旋齿端铣刀，其切削性能和加工出的尺寸精确度比直刃端铣刀为佳。

因此，本发明的首要目的是提出一种切削刀具及其制造方法，其特征是，沿刀具的螺旋齿埋设并固定一个金刚石，立方氮化硼或类似物的烧结块，烧结块的硬度和耐磨性都比刀具刃部的基体材料为高，刀具具有优异的切削性能，切削效率，能加工出高的尺寸精度，并且工作寿命长。

本发明的另一个目的是提出一种切削刀具及其制造方法，其中高硬度耐磨性的烧结块能够容易而安全地埋设和固定在基体材料上，免除烧结块在切削加工时从基体上散裂的危险。

为了达到上述目的，本发明提出了一种在其刃部具有螺旋齿的切削 刀具，其中

刀具的刃部包括一个烧结基体，基体在其外周形成螺旋齿刃的地方有螺旋槽，用烧结的方法将高硬度高耐磨性的，其硬度和耐磨性比烧结基体高的烧结块埋设在螺旋槽中并固定在烧结基体上，而且

螺旋齿刃是做在高硬度高耐磨烧结块上。

高硬度高耐磨烧结块最好用聚晶金刚石烧结块或立方氮化硼烧结块做成，而刀具刃部基体最好用硬质合金做成。

其刃部具有螺旋齿的本发明的切削刀具的制造方法包括：

第一步，将粉末材料予烧结形成刀具刃部的予烧结基体，

第二步，在予烧结基体予备做出螺旋齿刃的外周上做出螺旋槽，

第三步，在螺旋槽里充满高硬度高耐磨性的粉末烧结材料，这些材料在完全烧结后硬度和耐磨性都比基体材料高，

第四步，将其螺旋槽中充满了高硬度高耐磨性粉末材料的予烧结基体进行加热和加压，从而将予烧结基体完全烧结成一个烧结基体，同时将高硬度高耐磨粉末烧结材料烧结成一个烧结块并将其固定在烧结基体上，以及

第五步，对高硬度高耐磨性烧结块固定于其上的烧结基体进行加工，在高硬度高耐磨性烧结块上形成螺旋齿刃。

本发明的切削刀具的另一种制造方法包括：

第一步，用粉末材料烧结成刀具刃部的烧结基体，

第二步，在烧结基体予备做出螺旋齿刃的外周上做出螺旋槽，

第三步，在螺旋槽里充满高硬度高耐磨性的粉末烧结材料，这些材料在烧结后硬度和耐磨性都比烧结基体的材料高，

第四步，将其螺旋槽中充满了高硬度高耐磨性粉末材料的烧结基体进行加热和加压，从而将高硬度高耐磨粉末烧结材料烧结成一个烧结块并将其固定在烧结基体上，以及

第五步，对高硬度高耐磨性烧结块固定于其上的烧结基体进行加工，在高硬度高耐磨性烧结块上形成螺旋齿刃。

在第五步之前，也可以增加一个步骤，即在其上已经固定了高硬度高耐磨性烧结块的烧结基体的一端结合一个刀具柄部。

同时，第五步最好包括一个通过磨削烧结基体的外周加工出螺旋排屑槽的步骤，和一个通过对高硬度高耐磨烧结块进行电火花或电解抛光加工，加工出螺旋齿刃的步骤。

用上述方法做出的刀具结构，其刃部的基体材料是由烧结块形成，埋设于基体材料外周的螺旋槽内，其硬度和耐磨性比基体材料或基体烧结块高的高硬度高耐磨性材料也是由烧结块做成。此外，烧结基体和高硬度高耐磨烧结块用烧结法互相结合起来，从而使二者结合得非常牢。因此，加工时高硬度高耐磨性烧结块从烧结基体上散裂开的危险就可以消除。

而且，由于螺旋齿刃是做在埋设于烧结基体螺旋槽内的高硬度高耐磨性烧结块上，刀具的切削性能，切削效率和加工出的尺寸精度都比直刃刀具优越得多，同时刀具寿命也很长。

还有，由于高硬度高耐磨烧结块埋设于烧结基体外周的螺旋槽内并用烧结法固定于其上，高硬度高耐磨烧结块在烧结基体上的埋设和固定就容易而安全。

对附图的简要说明

图1和图2涉及本发明在螺旋齿端铣刀上的一个实施例，图1是螺旋齿端铣刀的正视图，图2为图1从前端看的侧视图。

图3表示图1和图2的螺旋齿端铣刀的制造步骤，（a）表示一个予烧结基体材料或烧结基体的透视图，（b）表示在图（a）的基体材料或烧结基体上做出螺旋槽的透视图，（c）表示在基体材料或烧结基体上做出的螺旋槽内充填高硬度高耐磨性粉末烧结材料的透视图。

图4表示烧结基体结合于刀具槽部后的半成品的透视图，烧结基体的螺旋槽充填了高硬度高耐磨性烧结块。

图5表示一个用于烧结的三向加压加热装置的示意简图。

图6和图7为传统的直刃端铣刀的正视图。

现在参照附图，对本发明的一个实施例详加介绍。

图1和图2涉及本发明应用于螺旋齿端铣刀的一个实施例。

螺旋齿端铣刀10包括一个加工出四条螺旋齿刃15和四条直前刃17的硬质合金刃部11，以及一个结合于刃部11的后端头的钢制柄部12。在刀具刃部11的外侧做出了四条螺旋排屑槽13和四条刃带14，以及沿着每条刃带14的切削侧刃并在其上做出的四个螺旋齿刃15。在刀具刃部11的前端做出了前刃17，每个前刃17单独伸展并与螺旋齿刃15相接。

在刃带14的螺旋齿刃15一侧的端头，沿每个螺旋齿刃15做出螺旋槽14a，螺旋槽14a中牢固地充填了高硬度高耐磨烧结块16，它的硬度和耐磨性都比做成刀具刃部11基体的硬质合金为高。螺旋齿刃15做在高硬度高耐磨烧结块16上。

从附图可以清楚看出，螺旋槽14a一直伸展到刀具刃部11的前端面，高硬度高耐磨烧结块16的一部分暴露在前端面上。因此，前刃17只有外端部是由高硬度高耐磨烧结块16组成，其余部分是由基体材料的硬质合金组成。

至于高硬度高耐磨烧结块16，任何已知的烧结块都可以用，只要它的硬度高，耐磨性比烧结基体强，特别是最好用由聚晶金刚石或立方氮化硼粉末在高温和超高压下烧结成的烧结块。

在本实施例中，高硬度高耐磨烧结块16做成厚度（即径向长度）约为0.5毫米的薄层。螺旋槽14a在螺旋齿15的几乎全长上做出，因此高硬度高耐磨烧结块16也埋设在螺旋齿15的几乎全长上。

由于高硬度高耐磨烧结块16非常昂贵，为了减少它的消耗，可以只 在螺旋齿15的靠近前端的部分做出，或者最好在靠近刃带14的螺旋齿刃15处的区域埋设成一薄层。

数字18表示刀具刃部11和柄部12的接合处。

现在参照图3至图5，描述上述形式的螺旋齿端铣刀10的制造方法。

第一步

如图3（a）所示，将用来形成刀具刃部11基体材料的硬质合金粉末材料予烧结成一个柱状的基体材料20。

第二步

在上述予烧结基体材料20的外表面上做出四条螺旋槽14a。结果，予烧结基体材料20的形状变成了如图3（b）所示的形状。螺旋槽14a的位置放在螺旋齿刃15要做出的地方，并和螺旋齿15的数目和螺距一致，而通常螺旋槽的宽度和深度最好约为1毫米。

第三步

在要做成高硬度高耐磨烧结块16的聚晶金刚石或立方氮化硼粉末材料中加入适当的助烧结添加剂，再将这种混合粉末填入予烧结基体材料20上的螺旋槽14a中。从而使整个形状变成接近完整的圆柱形。

第四步

接着，将其螺旋槽中填满了粉末材料的予烧结基体材料20放入如图5所示的加热加压装置，在温度约为1，400至1，600摄氏度和压力约为45，000或以上大气压的条件下加热和加压至少3分钟。结果，予烧结基体材料20就被完全烧结成一个烧结基体，而充填在螺旋槽14a中的高硬度高耐磨烧结混合粉末材料就被烧结成螺旋槽14a中的烧结块16。同时，高硬度高耐磨烧结块16牢固地固定在烧结基体20上，与之成为一体。

这样就通过在硬质合金烧结基体20外周上的螺旋槽14a中埋设和固 定高硬度高耐磨烧结块制造出了如图3（c）所示的圆柱形烧结基体。这个圆柱形烧结基体就用来做螺旋齿端铣刀10的刃部11。

如图5简要表示的加热加压装置21设计成加热一个例如基体材料20的烧结物体22，并同时从X，Y，Z三轴方向对物体22加压（或用三套相对加压装置从六点上加压）。因此，这种装置与仅能制造平的烧结块的现有装置不同，如上所述的具有立体形状的烧结块也能用它制造出来。

第五步

在其螺旋槽20中牢固地充填了高硬度高耐磨烧结块16的烧结基体20的一端，用钎焊法接合上一个柄部元件23，这样就制成了一个如图4所示的螺旋齿端铣刀10的半成品24。

第六步

接着，在图4所示的半成品24的烧结基体20外表面上加工出螺旋排屑槽13和螺旋齿刃15。

首先，将半成品24安装在磨床或类似机床上，用金刚石砂轮在半成品24的烧结基体外表面上磨出4条螺旋排屑槽13和刃带14，在每条高硬度高耐磨烧结块16上留出裕量。由于烧结基体20用硬质合金制成，螺旋排屑槽13和刃带14的加工可以象对普通硬质合金刀具加工一样进行。

在加工出螺旋排屑槽13和刃带14以后，高硬度高耐磨烧结块16再用电火花加工，电解抛光或类似方法进行精加工，加工出螺旋齿刃15和前刃17，从而制成如图1和衅2所示的螺旋齿端铣刀10。

这种螺旋齿端铣刀10，利用其全部用高硬度高耐磨烧结块16做成的螺旋齿刃15和部分用高硬度高耐磨烧结块16做成的前刃17，象普通螺旋齿端铣刀一样对工件进行加工。

在上述实施例中，对要做成基体材料的粉末材料在第一步中进行予烧结，但是，也可以在这一步中将其完全烧结。

同样，在上述实施例中，仅仅描述了螺旋齿端铣刀，但是，不消说，本发明同样可以应用于非端铣刀的刀具，只要它们有螺旋齿。

如上所述，本发明的刀具的制出，是通过在刀具刃部的予烧结或烧结基体材料的外周上做出螺旋槽，在螺旋槽中埋入高硬度高耐磨性粉末烧结材料，用烧结法将粉末材料固定在基体材料上，粉末材料变成了硬度和耐磨性比烧结基体材料或烧结基体高的烧结块，以及在高硬度高耐磨烧结块上开出螺旋齿刃。因此，同直刃刀具相比，本发明的刀具在切削性能，切削效率和加工出的尺寸精度方面都优越，而且，不象现有刀具那样，不存在切削时因热而使烧结块散裂的危险，能够长时期保持稳定的性能，而且工作寿命很长。

此外，在本发明的刀具的制造方法中，在予烧结基体材料外周上的螺旋槽充填了高硬度高耐磨性粉末烧结材料以后，予烧结基体材料完全烧结成烧结基体，与此同时，高硬度高面磨性粉末烧结材料烧结成烧结块并固定在烧结基体上，从而使高硬度高耐磨烧结块在烧结基体上的埋设和固定可以很容易和安全地实现。

而且，当高硬度高耐磨粉末烧结材料充填于烧结基体材料或烧结基体，然后烧结以固定于烧结基体上，也可产生同样效果。

Claims (12)

1、一种刃部带有螺旋齿的切削刀具，其刃部包括：

一个烧结基体，该烧结基体在其外周形成螺旋齿刃的地方有螺旋槽，

螺旋槽中的烧结块其硬度和耐磨性比烧结基体高，

螺旋齿刃是做在高硬度耐磨烧结块上，

其特征在于，

用烧结的方法将高硬度高耐磨性的烧结块埋设在螺旋槽中并固定在烧结基体上。

2、如权利要求1所述的切削刀具，其特征在于，上述高硬度高耐磨烧结块是聚晶金刚石烧结块或立方氮化硼烧结块。

3、如权利要求1所述的切削刀具，其特征在于，烧结基体用硬质合金做成。

4、如权利要求2所述的切削刀具，其特征在于，烧结基体用硬质合金做成。

5、一种制造其刃部带有螺旋齿的切削刀具的方法，其特征在于，它包括：

第一步，将粉末材料予烧结形成刀具刃部的予烧结基体，

第二步，在予烧结基体予备做出螺旋齿刃的外周上做出螺旋槽，

第三步，在螺旋槽里充满高硬度高耐磨性的粉末烧结材料，这些材料在完全烧结后硬度和耐磨性都比基体材料高，

第四步，将其螺旋槽中充满了高硬度高耐磨性粉末材料的予烧结基体进行加热和加压，从而将予烧结基体完全烧结成一个烧结基体，同时将高硬度高耐磨粉末烧结材料烧结成一个烧结块并将其固定在烧结基体上，以及

第五步，对高硬度高耐磨性烧结块固定于其上的烧结基体进行加工，在高硬度高耐磨性烧结块上形成螺旋齿刃。

6、一种制造其刃部带有螺旋齿的切削刀具的方法，其特征在于，它包括：

第一步，用粉末材料烧结成刀具刃部的烧结基体，

第二步，在烧结基体予备做出螺旋齿刃的外周上做出螺旋槽，

第三步，在螺旋槽里充满高硬度高耐磨性的粉末烧结材料，这些材料在烧结后硬度和耐磨性都比烧结基体材料高，

第四步，将其螺旋槽中充满了高硬度高耐磨性粉末材料的烧结基体进行加热和加压，从而将高硬度高耐磨粉末烧结材料烧结成一个烧结块并将其固定在烧结基体上，以及

第五步，对高硬度高耐磨性烧结块固定于其上的烧结基体进行加工，在高硬度高耐磨性烧结块上形成螺旋齿刃。

7、一种如权利要求5所示的制造方法，其特征在于，在第五步之前，包括一个步骤，即在其上已经固定了高硬度高耐磨性烧结块的烧结基体的一端结合一个刀具柄部。

8、一种如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，在第五步之前包括一个步骤，即在其上已经固定了高硬度高耐磨烧结块的烧结基体的一端结合一个刀具柄部。

9、一种如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，其中第五步最好包括一个通过磨削烧结基体的外周加工出螺旋排屑槽的步骤，和一个通过对高硬度高耐磨烧结块进行电火花或电解抛光加工，加工出螺旋齿刃的步骤。

10、一种如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，其中第五步最好包括一个通过磨削烧结基体的外周加工出螺旋排屑槽的步骤，和一个通过对高硬度高耐磨烧结块进行电火花或电解抛光加工，加工出螺旋齿刃的步骤。

11、一种如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，其中第五步最好包括一个通过磨削烧结基体的外周加工出螺旋排屑槽的步骤，和一个通过对高硬度高耐磨烧结块进行电火花或电解抛光加工，加工出螺旋齿刃的步骤。

12、一种如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，其中第五步最好包括一个通过磨削烧结基体的外周加工出螺旋排屑槽的步骤，和一个通过对高硬度高耐磨烧结块进行电火花或电解抛光加工，加工出螺旋齿刃的步骤。

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