CN102695581A - 制造加工刀具的坯料以及使用坯料制造加工刀具的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于在形成加工刀具中使用的坯料（2），具有带有至少一个端面的坯体（4）以及形成在所述端面中的至少两个凹部（6、10），所述两个凹部包括第一凹部（6）与第二凹部（10），其中所述第一凹部以约15°到约60°的角度从所述端面延伸，并且从所述第一凹部延续的第二凹部以约40°到约90°的角度从所述端面延伸。

Description

制造加工刀具的坯料以及使用坯料制造加工刀具的方法
技术领域
作为本申请的主题，本发明涉及加工刀具的形成以及用于制造加工刀具的加工刀具坯料的制造方法，刀具设有加工尖端和/或加工面，该加工尖端和/或加工面至少部分地由包含分别称作PCD以及PCBN的磨料多晶金刚石或多晶立方碳化硼的合适材料形成。
附图说明
图1是加工刀具的坯料的实施例的侧视平面视图。
图2是加工刀具的坯料的实施例的侧视图。
图3是钻头的实施例的侧视平面视图。
图4是加工刀具的坯料的实施例的透视图。
图5是加工刀具的坯料的实施例的侧视图。
图6是加工刀具的坯料的俯视图。
图7a-7d示出了加工刀具的坯料的凹部的几何形状的实施例。
图8a-8e示出了加工刀具的坯料的半径的几何形状的实施例。
图9a是加工刀具的坯料的实施例的轮廓的侧视图。
图9b是加工刀具的坯料的实施例的轮廓的侧视图。
图10是所烧结的加工刀具的坯料的透视图。
具体实施方式
在描述本发明的方法、系统、以及材料之前，应理解本公开不限于所述具体的方法、系统以及材料，因为这些可以变化。还应理解用在描述中的术语仅是用于描述具体版本或实施例的目的，并不旨在限制范围。例如，如用在这里以及在所附的权利要求书中的单数形式“一”和“所述”包括复数引用，除非上下文另外明确指出。此外，这里所使用的词语“包括”旨在表示“包括但是不限于”。除非另外定义，所有这里使用的技术的以及科学的术语具有如同本领域的一个普通技术人员通常所理解的相同含义。
除非另外示出，用在说明书和权利要求中的所有表示成分，性能例如尺寸、重量，反应条件等的数量的数字应理解为通过术语“约”在所有例子中被修改。因此，除非表述相反，在之后的说明书和所附权利要求书中阐述的数值参数为近似值，其可以根据试图通过本发明得到的期望的性能而变化。最起码，而不是作为将等同原则的应用限制到权利要求书的范围的尝试，应该至少根据报告的有效数字的位数并且通过应用通用四舍五入技术而确定每个数值参数。
所用在这里的术语“约”意味着加上或减去其使用的数字的数值的10%。因此，约50%意味着在45%-55%的范围内。
图1示出了加工刀具的坯料的侧视平面视图。加工刀具的坯料可以由任何合适的材料例如碳化钨制成。加工刀具的坯料2具有包括至少一个端面5的坯体4。至少两个凹部6、10和/或12、14形成在端面5中。如图1所示，第一凹部6以约33°的角度C从至少一个端面5延伸。角度C的范围可以从约15°到约60°。第二凹部10从所述第一凹部6延续并且以约77°的角度B从端面5延伸。角度B的范围可以从约40°到约90°。如图1所示，第一凹部6与第二凹部10在第一半径3处会聚。
如图1所示，第一凹部6与第二凹部10形成第一侧凹部11。进一步如图2所示，第一侧凹部11沿所述坯料的至少一侧以约30°的角度A从坯料的轴向中心点8延伸。角度A的范围可以从约0°到约50°。
在如图1所示的实施例中，坯料2还包括以约33°的角度D从端面5延伸的第三凹部12。角度D的范围可以从约15°到约60°。第四凹部14从第三凹部12延续并且以约77°的角度E从端面5延伸。角度E的范围可以从约40°到约80°。第三凹部12与第四凹部14在第二半径7处会聚。如图1所示，第三凹部12与第四凹部14形成第二侧凹部15。进一步如图2所示，第二侧凹部15沿所述坯料的至少一侧以约30°的角度F从坯料的轴向中心点8延伸。角度F的范围可以从约0°到约50°。上述侧凹部可以是任意形状并且可以是弯曲的或在凹部的底部扩张。侧凹部的端部39可以是任何形状。端部的几何形状的实例如图7a-7c所示。
如图8a-8e所示，示出了半径3与半径7的几何形状。几何形状的实例包括镰刀形的、平坦的、弯曲的、三角形的、正方形的、矩形的、之字形的等，以及它们的组合。
尽管已经描述了具有从两个到四个凹部的坯料，也可以出现额外的凹部。此外，尽管描述了凹部在半径处会聚，可替代地，凹部可以是连续的而没有如图5中所示的半径。图5示出了具有至少一个凹部34的坯料30。此外，可以出现凹部36。凹部34、36可以形成一个连续的凹部或可以是两个不相连的分离的凹部（未示出）。可选择地，可以出现空腔（未示出），用以联接到分离的凹部。在如图6所示的实施例中，空腔13可以制成在坯料2中。空腔可以是任何形状并且用于联接凹部6以及凹部12。
尽管已经描述并且示出了圆柱形坯料，但加工刀具的坯料具有其他形状例如矩形、三角形、六边形、八边形等是可能的。
图4图示了图1与图2的坯料2的透视图。在图4中，加工刀具的坯料2具有包括至少一个端面5的坯体4。在图4中，示出了第一凹部6、第二凹部10、半径3以及第三凹部12。空腔13联接凹部6与凹部12。
为了形成加工刀具的坯料，并且继而形成加工刀具，坯料2首先被加工成将制造坯料的材料移除成包括凹部部分的形状的需要的形式。典型地，凹部被设置在如下位置中，即：使得随后形成在其中的PCD或PCBN材料将被定位，以形成刀具的随后形成的加工端面的至少一部分，从而获得所使用的PCD或PCBN材料的益处。
加工刀具的坯料2可以由碳化物例如碳化钨或具有相似硬度的其他材料形成。具有平均尺寸约为0.1微米到约200微米的磨料颗粒块，例如多晶金刚石（PCD）或多晶立方氮化硼PCBN可以被用来填充凹部。可选择地，粘合剂材料例如醇类或可以在本技术中使用的任何其他粘合剂材料可以添加到磨料颗粒以形成浆料。磨料颗粒/浆料被填充进凹部，以便至少部分地填充坯料的凹部。在实施例中，凹部可以被完全填充或甚至过填充磨料颗粒/浆料。
在PCD或PCBN粉末或PCD或PCBN浆料被放置在凹部中之后，施加高温以及高压，以将粉末/浆料形成凹部形式。制成坯料的材料有效地将PCD或PCBN材料熔合到坯料。已经熔合到坯料的PCD或PCBN材料充当坯料的一体部分。
包含PCD或PCBN粉末或浆料的坯料可以经受约45Kbar到约75Kbar的压力以及约1200°C到约1600°C的温度约1到约50分钟。用于这一烧结的装置和技术在美国专利2,941,248；3,141,746；3,745,623；以及3,743,489中公开，这里其通过参考合并于此。当磨料块被完全烧结，并且磨料颗粒通过烧结工艺而被直接接合到彼此以及碳化物时，坯料被从压机移除。如图10所示，得到的复合烧结磨料坯料由硬质合金圆柱体40组成，该硬质合金圆柱体40具有嵌入且跨越硬质合金圆柱体40坯料的一端延伸的完全烧结的磨料颗粒41构成的至少一个纹理。
图3描绘了由这里所描述的加工刀具的坯料制成的加工刀具24。坯料2通过但是不限于钎焊或粘合的任何方法结合到刀柄43。在图3中，坯料2在结合线40处被结合到刀柄43。刀具然后被加工形成最终的刀具24。
在实施例中，端面可以被加工成包含斜切部，见图9a，或多个斜切部，见图9b。可以在用PCD或PCBN填充凹部并且烧结之前或者在用PCD或PCBN填充凹部并且烧结之后加工坯料，以产生替代的轮廓。
已经发现如以上详细描述的制造的加工刀具的坯料在坯料的高压高温加工处理期间表现出减少了的裂开。此外，已经观察到了增加的生产量。基于模型，具有根据图9a中描绘的设计制造的多个凹部的加工刀具的坯料表现出比包含单个凹部的坯料少60%的（导致缺陷的）应力。
根据待形成的随后的刀具，在其中设置凹部的坯料的端面能够是任何需要的形式。例如，如果待形成的刀具是麻花钻，则端面可以具有锥形并且典型地凹部的底面的角度以及元件的底面的斜率将与凹部的顶面的角度以及元件的顶面的斜率相匹配。由于成形装置的挤压动作，已形成的元件的顶面可以匹配坯料的圆锥尖端的角度，所述成形装置能够是用于这一目的的常规模压机。圆锥尖端的角度取决于刀具的具体用途，但是一个常用的角度是118度。如果待形成的刀具是钻槽刀或与麻花钻相反的端面立铣刀，则将不形成圆锥尖端。
在一些情况下，坯料设有一体式的刀柄是可能的。如前所述的坯料可以连接到刀柄部分，取决于对刀具的具体要求，该刀柄部分可以由另一种材料例如合适的硬质合金、陶瓷、元素金属或合金形成。为了使坯料联接到刀柄部分以形成加工刀具，一个选择是执行钎焊操作或其它合适的联接操作。刀柄能够由任何合适的材料例如碳化物、钢、或合金钢制成。
一旦形成坯料，则该坯料可以通过钎焊被联接到刀柄以形成加工刀具并且能够在附接到刀柄体之前被加工，使得排屑槽以及加工面在其中形成。然后，坯料可以附接到刀柄，并且然后所有剩余的需要的排屑槽形成在刀柄中。可替代地，坯料首先被联接到刀柄并且然后加工面形成在坯料中，并且从制造的角度来看刀柄更易于将加工面与形成的排屑槽对准。
必要时，切削刀具、端面立铣刀、三尖钻（brad points）以及牙科刀具，即牙钻也可以从具有修改的上述设计中受益。例如，端面立铣刀可以具有在约0°到约60°之间的角度C，三尖铣刀（brad mill）可以具有任何相对于0°测量的负角度的角度C，并且牙钻可以具有从约60°到约90°的角度C。
等同物
尽管已经结合某些示例性实施例描述了本发明，但对那些本领域的普通技术人员将显而易见的是，以与之前提供的详细描述一致的方式对本公开的发明做出许多替代、修改以及变型。并且，对本领域的那些普通技术人员将明显的是，各种公开的示例性实施例的某些方面能够与任何公开的其它实施例或它们的替代的方面组合使用，以产生额外的但是在这里未明确描述的合并所要求保护的发明但是更加接近地适用于拟定用途或性能要求的实施例。因此，希望所有落入本发明的精神的此种替代、修改以及变型包含在所附的权利要求书的范围内。

Claims (55)

1.一种用于在形成加工刀具中使用的坯料包括：
包括至少一个端面的坯体；以及
形成在所述至少一个端面中的至少两个凹部，所述至少两个凹部包括第一凹部与第二凹部，其中所述第一凹部以约15°到约60°的角度C从所述至少一个端面延伸，并且从所述第一凹部延续的所述第二凹部以约40°到约90°的角度B从所述至少一个端面延伸。
2.根据权利要求1所述的坯料，其中所述第一凹部与所述第二凹部在第一半径处会聚。
3.根据权利要求2所述的坯料，其中所述第一凹部与所述第二凹部形成第一侧凹部。
4.根据权利要求3所述的坯料，其中所述第一侧凹部沿所述坯料的至少一侧以大于0°到约50°的角度A从所述坯料的轴向中心点延伸。
5.根据权利要求4所述的坯料，其中所述坯料还包括以约15°到约60°的角度从所述至少一个端面延伸的第三凹部，其中从所述第三凹部延续的第四凹部以约40°到约80°的角度从所述至少一个端面延伸。
6.根据权利要求5所述的坯料，其中所述第三凹部与所述第四凹部在第二半径处会聚。
7.根据权利要求6所述的坯料，其中所述第三凹部与所述第四凹部形成第二侧凹部。
8.根据权利要求7所述的坯料，其中所述第二侧凹部沿所述坯料的至少一侧以大于0°到约50°的角度F从所述坯料的轴向中心点延伸。
9.根据权利要求5所述的坯料，其中一空腔位于所述第一凹部和所述第四凹部之间。
10.根据权利9所述的坯料，其中所述空腔是圆形的。
11.根据权利要求1所述的坯料，其中所述第一凹部以约33°的角度从所述至少一个端面延伸。
12.根据权利要求1所述的坯料，其中从所述第一凹部延续的所述第二凹部以约77°的角度从所述至少一个端面延伸。
13.根据权利要求1所述的坯料，其中放置所述PCD或PCBN材料，用以填充所述坯料中的所述凹部，所述PCD或PCBN材料然后经受足够的压力以及热量，以使得粉末状的所述PCD或PCBN材料与所述坯料熔合。
14.根据权利要求1所述的坯料，其中所述坯体为旋转体。
15.根据权利要求14所述的坯料，其中所述凹部具有范围从所述坯料的所述至少一个端面的直径的约2%到约30%的宽度。
16.根据权利要求5所述的坯料，其中所述第一凹部、所述第二凹部、所述第三凹部以及所述第四凹部具有约0.3mm直到约1.5mm的宽度。
17.根据权利要求1所述的坯料，其中所述坯料由碳化物材料形成。
18.一种用于加工刀具的加工刀具坯料的形成方法，所述方法包括如下步骤：
形成具有一定形状的坯料并且在第一端面或第二端面中的至少一个端面中形成第一凹部与第二凹部，其中所述第一凹部以约15°到约60°的角度从所述至少一个端面延伸，并且从所述第一凹部（6）延续的所述第二凹部以约40°到约90°的角度从所述至少一个端面延伸；
用PCD或PCBN材料至少部分地填充所述凹部；并且
向所述坯料以及所述PCD或PCBN材料施加高压以及高温，以将所述PCD或PCBN材料与所述坯料熔合，从而形成烧结的坯料。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述形状为圆柱形。
20.根据权利要求18所述的方法，还包括提供来自过渡元素族的材料的步骤。
21.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一凹部与所述第二凹部在第一半径处聚合。
22.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一凹部与所述第二凹部形成第一侧凹部。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述第一侧凹部沿所述坯料的至少一侧以约5°到约50°的角度从所述坯料的轴向中心点延伸。
24.根据权利要求21所述的方法，其中所述坯料还包括以约15°到约60°的角度从所述至少一个端面延伸的第三凹部，其中从所述第三凹部延续的第四凹部以约40°到约80°的角度从所述至少一个端面延伸。
25.根据权利要求22所述的方法，其中所述第三凹部与所述第四凹部在第二半径处会聚。
26.根据权利要求25所述的坯料，其中所述第三凹部与所述第四凹部形成第二侧凹部。
27.根据权利要求26所述的坯料，其中所述第二侧凹部沿所述坯料的至少一侧以约5°到约50°的角度从所述坯料的轴向中心点延伸。
28.根据权利要求24所述的方法，其中一空腔位于所述第一凹部与所述第三凹部之间。
29.根据权利28所述的方法，其中所述空腔是圆形的。
30.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一凹部以约33°的角度从所述至少一个端面延伸。
31.根据权利要求18所述的方法，其中从所述第一凹部延续的所述第二凹部以约77°的角度从所述至少一个端面延伸。
32.根据权利要求18所述的方法，其中放置所述PCD或PCBN材料，用以填充所述坯料中的所述凹部，粉末状的所述PCD或PCBN材料然后被挤压并且被加热到足以使得粉末状的所述PCD或PCBN材料与所述坯料熔合的温度。
33.根据权利要求18所述的方法，其中所述坯体为旋转圆柱。
34.根据权利要求33所述的方法，其中所述凹部具有范围从所述坯料的所述端面的直径的约2%到约20%的宽度。
35.根据权利要求24所述的坯料，其中所述第一凹部、所述第二凹部、所述第三凹部以及所述第四凹部具有约0.7mm直至约1.0mm的宽度。
36.根据权利要求18所述的方法，其中所述坯料由碳化物材料形成。
37.一种用于在形成加工刀具中使用的坯料，包括：
包括至少一个端面的坯体；以及
形成在所述至少一个端面中的多个凹部，所述多个凹部包括第一凹部与第二凹部，其中所述第一凹部以约15°到约60°的角度从所述至少一个端面延伸，并且从所述第一凹部延续的所述第二凹部以约40°到约90°的角度从所述至少一个端面延伸，其中所述第一凹部与所述第二凹部在第一半径处会聚；其中所述第一凹部与所述第二凹部形成第一侧凹部，
其中所述第一侧凹部沿所述坯料的至少一侧以约5°到约50°的角度从所述坯料的轴向中心点延伸；
第三凹部，以约15°到约60°的角度从所述至少一个端面延伸，其中从所述第三凹部延续的第四凹部以约40°到约80°的角度从所述至少一个端面延伸，其中所述第三凹部与所述第四凹部在第二半径处会聚；
其中所述第三凹部与所述第四凹部形成第二侧凹部，
其中所述第二侧凹部沿所述坯料的至少一侧从所述坯料的轴向中心点以约5°到约50°的角度延伸，以及
空腔，位于凹部和凹部之间。
38.一种用于在形成加工刀具中使用的坯料，包括：
包括至少一个端面的坯体；以及
至少一个凹部，所述至少一个凹部形成在所述至少一个端面中并且以约15°到约90°的角度从所述至少一个端面延伸。
39.根据权利要求51所述的凹部，其中所述凹部是弓形的。
40.一种形成加工刀具的方法，包括如下步骤：
形成具有圆柱形的坯料并且在第一端面或第二端面中的至少一个端面中形成第一凹部与第二凹部，其中所述第一凹部以约15°到约60°的角度从所述至少一个端面延伸并且从所述第一凹部延续的所述第二凹部以约40°到约90°的角度从所述至少一个端面延伸；
用PCD或PCBN材料至少部分地填充所述凹部；并且
向所述坯料以及所述PCD或PCBN材料施加高压以及高温，以将所述PCD或PCBN材料与所述坯料熔合，从而形成烧结的坯料；
将烧结的所述坯料联接到刀柄，以形成所述加工刀具；并且
加工所述加工刀具，以在其中形成加工面，得到的加工面至少部分地由露出的PCD或PCBN材料形成。
41.根据权利要求40所述的方法，还包括提供来自过渡元素族的材料的步骤。
42.根据权利要求40所述的方法，其中所述第一凹部与所述第二凹部在第一半径处会聚。
43.根据权利要求40所述的方法，其中所述坯料还包括以约15°到约60°的角度从所述至少一个端面延伸的第三凹部，其中从所述第三凹部延续的第四凹部以约40°到约80°的角度从所述至少一个端面延伸。
44.根据权利要求43所述的方法，其中所述第三凹部与所述第四凹部在第二半径处会聚。
45.根据权利要求40所述的方法，其中一空腔位于所述第一凹部与所述第二凹部之间。
46.根据权利要求45所述的方法，其中所述空腔是圆形的。
47.根据权利要求40所述的方法，其中所述第一凹部以约33°的角度从所述至少一个端面延伸。
48.根据权利要求40所述的方法，其中从所述第一凹部延续的所述第二凹部以约77°的角度从所述至少一个端面延伸。
49.根据权利要求40所述的方法，其中放置所述PCD或PCBN材料，用以填充所述坯料中的所述凹部，粉末状的所述PCD或PCBN材料然后被挤压并且被加热到足以使得粉末状的所述PCD或PCBN材料与所述坯料熔合的温度。
50.根据权利要求40所述的方法，其中所述坯体为旋转圆柱。
51.根据权利要求43所述的方法，其中所述凹部具有范围从所述坯料的所述端面的直径的约2%到约20%的宽度。
52.根据权利要求40所述的方法，其中所述第一凹部、所述第二凹部、所述第三凹部以及所述第四凹部具有约0.7mm直至约1.0mm的宽度。
53.根据权利要求40所述的方法，其中所述坯料由碳化物材料形成。
54.一种通过权利要求40的方法制造的加工刀具，其中所述刀具具有约5°到约50°的螺旋角，约90°到约180°之间的横刃角，约40°到约60°之间的斜切角，约0.8mm到约2.4mm之间的斜切长度以及约60°到约140°之间的单顶角。
55.一种通过权利要求40的方法制造的加工刀具，其中所述刀具具有约5°到约50°的螺旋角，约90°到约180°之间的横刃角，约40°到约60°之间的斜切角，约0.8mm到约2.4mm之间的斜切长度以及约60°到约140°之间的单顶角，以及小于或等于60°的双顶角。
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