CN103084644A - 旋转式刀具以及用于制造旋转式刀具的方法 - Google Patents

Abstract

一种旋转式刀具，如一种钻头或铣刀，具有一个刀具主体，该刀具主体沿一条纵向中心轴线延伸，该刀具主体具有一个槽并且在与该纵向中心轴线相距一定距离处具有一个镶片座，该镶片座被引入该槽壁中并且在该镶片座中材料锁合地紧固了特别由一种超硬材料如PCD或PCBN制成的一个切削镶片，其中，为了固定该切削镶片的径向位置并且还有其轴向位置，该镶片座具有一个邻接壁，该邻接壁具有一个外形，该外形用于通过一种抗旋转的方式对该切削镶片进行定位。

Description

旋转式刀具以及用于制造旋转式刀具的方法

技术领域

本发明涉及一种旋转式刀具，特别是钻头或铣刀，并且涉及一种用于制造这样一种钻孔刀具的方法。

背景技术

例如，硬质工件经受切削式机加工，这是通过使用装备有特殊烧结的切削镶片的钻头或铣刀实现的，这些切削镶片具有一个切削刃区域，该切削刃区域由一种超硬材料、特别是PCD（多晶金刚石）或者PCBN（多晶立方氮化硼）组成。这种类型的切削镶片被材料锁合地紧固在对应的镶片座中，该镶片座特别是通过钎焊而引入旋转式刀具的刀具主体中的。

通常将多个切削镶片、例如两个或三个这种切削镶片，装配在刀具主体外周周围。在阶梯式刀具中（例如，阶梯式钻头），将更多的被进一步径向向外安排的切削镶片装配在刀具主体的一个与刀具前部尖端相距一定距离的后部区域的外周周围。例如，这种类型的阶梯式钻头被用于机加工一个阀座并且要求这些切削镶片的切削刃的高精度定向。

例如，该刀具主体由HSS或者硬金属组成。在一个槽的槽壁中引入多个镶片座，该槽被引入刀具主体中并且与刀具主体的纵向中心轴线相距一个距离。在这方面该镶片座包括一个平面的镶片支撑件并且还包括一个被安排在边缘处的邻接壁。镶片座是通过一个盘形机加工刀具引入的，例如，侧铣刀或磨削轮，这样它呈现近似半月形的形状。

一个仍有待机加工的预成形的基本切削镶片被定位在所述镶片座中并且被牢固地钎焊在其中。在此方面当前使用的这些基本切削镶片具有一个还有待被去除的、范围为3毫米至4毫米的超过尺寸。这个超过尺寸是预制的基本切削镶片在形状像半月形圆的镶片座中的相对不准确的定位和定向的结果。在随后的精加工操作中必须使这个超过尺寸达到一种所希望的最终外形。由于切削镶片的超硬材料，这伴随着相当多的劳动。在这方面，在一种刀具的情况中，这种精加工操作通常需要几个小时并且可能持续十个小时。

这些切削镶片通常是借助蚀刻从所谓的毛坯切成的。可替代的是，为此目的还可以使用激光切割。该毛坯特别是一种圆形的未完成的部件，该部件具有一种层结构，该层结构带有例如由硬金属制成的载体，该载体上涂覆了切削材料（PCD或者PCBN）。作为它的一个替代方案，毛坯是专有地由这种切削材料形成的。

除了上述既定用途（其中基本切削镶片首先是从毛坯切成并且通过钎焊而被材料锁合地紧固在镶片座中，然后经受一种精加工操作）之外，这类由超硬材料制成的切削镶片还被用作可分度切削镶片，这些可分度切削镶片被紧固在刀具中而不进行进一步的精加工操作。在这方面，在这些刀具上经常提供精细调节机构，例如像调节螺丝。

可能用于这类超硬切削镶片的一个进一步的替代方案可以从US5,611,251中获悉。根据所述文件，在此提供的是，首先形成具有超硬涂层的切削棒，然后将这些切削棒插入刀具主体中的对应槽缝中。在这种情况中，这些切削棒在整个刀具直径上延伸。然而这需要一种用于切削镶片的复杂制造方法，因为这些切削棒必须在其整个直径上的延伸长度上、在相对侧面上装备有超硬切削材料。与此相比，在上述实施方案变体中使得这些切削镶片的简单制造变为可能，其中这些镶片座仅在一侧上并且是在与纵向中心轴线相距一定距离处被引入。

此外从DE 202006002827U1并且从EP 2067552A1中已知的是在这类切削镶片的表面中引入多种外形，例如用于形成断屑器凹槽。

发明内容

在其基础上，本发明基于的目的是指明一种旋转式刀具，该旋转式刀具具有这样的由超硬材料制成的切削镶片，其中简化了制造，特别是与迄今为止所需要的精机加工时间相比减少了用于精加工操作所需要的机加工时间。此外本发明基于的目的是指明一种用于制造此类钻孔刀具的简化方法。最后，本发明此外基于的目的是指明一种用于制造切削镶片的简化方法。

为实现针对旋转式刀具的目的，提供了一种旋转式刀具，特别是一种钻头或铣刀并且优选是一种阶梯式钻头或阶梯式铣刀，该旋转式刀具具有一个刀具主体，该刀具主体沿一条纵向中心轴线延伸并且它具有至少一个槽，优选是多个槽。在与纵向中心轴线相距一个距离处，在槽壁中引入一个镶片座，在该镶片座中材料锁合地（特别是通过钎焊）紧固一个特别由超硬材料（如PCD或PCBN）制成的切削镶片。特别是为了对切削镶片的径向位置并且优选还有轴向位置进行固定，该镶片座具有一个邻接壁，该邻接壁形成了一种外形，该外形用于抗旋转地定位切削镶片。因此该镶片座以及该切削镶片通过彼此互补的造型抗旋转地被定向在一个限定的（旋转）位置中。

因此，与形状像半月形圆的现有镶片座相比，其中该邻接壁沿圆弧延伸，现在提供的是该邻接壁具有不同于圆形形状的限定外形，使得在基本切削镶片被钎焊在镶片座中之前，由毛坯加工成的基本切削镶片被定位在镶片座中的一个已经限定的所希望的位置中。对邻接壁进行造型以便进行抗旋转的定位的这种措施提供了特别的优势，即基本切削镶片可以被加工成具有相当更准确的外形。与形状像半月形圆的镶片座相比，基本切削镶片要求的超过尺寸可以被大大减少，并且因此在所需的精加工操作中需要去除的材料被大大减少，并且由此精加工操作可以完成得更快。总之，这减少了用于加工成品刀具所需要的时间，并且这导致相当多的成本节省。

在这种情况中，优选的是使用磨削式或切削式机加工刀具（特别是磨削轮或铣刀，优选是侧铣刀）将镶片座引入该刀具主体中，并且该镶片座具有至少一个沿圆弧延伸的圆化部分。这使之有可能在刀具主体中通过特别快的且有效率的方式引入镶片座。在这种情况中，优选的是该圆化部分的曲率对应于该机加工刀具的半径，即，例如对应于磨削轮的半径或铣刀的半径。总体上，镶片座是使用盘形机加工刀具加工成的。这种盘形机加工刀具沿着邻接壁的所希望的外形移动；在这种情况中邻接壁的最小半径是由盘形机加工刀具的半径预先限定的并且在这方面其特征性特点是成本有效地引入镶片座。在这方面，机加工刀具是在相对于纵向中心轴线的径向方向上被引入的，而没有达到或越过刀具中心。镶片座被引入已插进的槽中。可替代的是，镶片座还可以通过激光机加工或蚀刻方法引入，特别是在非常易损的外形的情况中。

旋转式刀具总体上被认为是在旋转方向或纵向轴线方向上延伸并且被形成用于围绕旋转轴线的旋转操作的一种刀具。然而，原则上，这种刀具同样能以固定形式被使用并且工件能以旋转形式被使用。

根据一个优选的构形，该邻接壁具有至少一个直线部分。这种构形通过简单的方式预先限定了一种限定的旋转取向。在这方面，方便的是提供了多个直线部分。优选的是在两个毗邻的直线部分之间安排一个圆化部分。这些直线部分在此特别用于径向以及轴向的定向。

根据一个优选的构形，该邻接壁的外形是通过拼接件（puzzle）的方式形成的，对此该镶片座具有一个双头螺栓状的延续部分。这个延续部分特别是通过形成一个下部凹陷而完成的，即提供了朝向该延续部分的一种类型的限制。在这种情况中该延续部分是通过双头螺栓的方式形成的并且具有圆化的形式。这个延续部分特别地在朝向切削镶片的方向上向内延伸。该延续部分具有一个互补的凹陷。所述向内指向的延续部分具有的优点是刀具主体的材料削弱可能性最低。在这种处于拼接件的方式的构形中，该切削镶片因此总体上通过形状配合的方式被保持在镶片座中。

在一个适宜的构形中，该邻接壁至少在部分区域中具有凹凸曲率。因此该邻接壁至少在部分区域中是弯曲的，例如，具有近似s形的形式，其结果是同样确保了抗旋转的定位。

为了使基本切削镶片紧固地保持在镶片座的平面镶片支撑件上，在一个优选的构形中，该邻接壁是以相对于镶片支撑件倾斜式地倾斜的方式形成的，这样使得它与切削镶片的一个侧壁一起形成了一个下部凹陷或所谓的下弯。因此该切削镶片还通过形状配合的方式被保持在垂直于镶片支撑件的方向中。用于引入该镶片座的机加工工具优选具有一种与该下弯互补的造型，并且如在截面中可见，特别是具有梯形的形式。

此外，此目的是根据本发明通过具有权利要求8的这些特征的方法实现的。相对于旋转式刀具指出的这些优点以及优选的构形还可以被类似地转移给这种方法。

在这种方法中，在此提供的是切削镶片以预定的所希望的旋转取向被定位和紧固在镶片座中。这是通过切削镶片与镶片座之间的互补造型实现的，这预先限定了所希望的旋转取向。

这些切削镶片优选被形成为相对于希望的最终几何形状具有一个超过尺寸。这个超过尺寸在这种情况中优选地仅被形成在切削镶片的一个切削刃区域中。与所希望的最终几何形状相比，这个超过尺寸仅仅近似为0.1至0.3毫米。

在基本切削镶片已被材料锁合地紧固之后，将这个超过尺寸方便地去除。为此目的，不同的机加工方法是可供使用的，例如，蚀刻方法、磨削方法或激光去除法。

在一个特别优选的构形中，所提供的是，该基本切削镶片已经在超硬切削材料中在其顶部平坦侧上具有一种造型，特别是一个断屑器凹槽。在这种情况中，在一种适宜的构形中，与所希望的最终位置相比，这种造型与切削本体的边缘相距太远、间隔了一个超过尺寸。然后在精加工操作中去除这种超过尺寸。通过高度准确的预先定位第一次使之有可能在该切削镶片已经实际紧固在刀具主体中之前将断屑器凹槽（即，特别是一个特殊限定的凹陷）引入切削镶片的表面中，并且这种引入在简化该制造方法方面是一个另外的必要因素。因为通过基本切削镶片在镶片座中的精确定向足够准确地固定了断屑器凹槽的位置，因此有可能预先将所述断屑器凹槽引入该基本切削镶片中。其特别的优点是：这种外形可以在两维平面中被引入并且不必在要求非常复杂的三维机加工运动的刀具上以焊入状态被引入。

根据本发明的第三方面，为了制造一种由超硬材料制成的切削镶片，根据本发明提供的是，首先提供用于多个切削镶片的一个公用毛坯，并且在这些切削镶片由毛坯切成之前将一种表面外形（特别是断屑器凹槽）引入对应的切削镶片中。

通常该毛坯是一种层结构，该层结构由载体、特别是硬金属载体组成，该载体至少在一侧上被涂覆了由超硬切割材料制成的一个层。可替代的是，该毛坯专有地由该切削材料组成。因此就流程而言表面外形的引入变得非常简单，因为机加工刀具仅仅必须在由毛坯的表面限定的平面中二维地移动。于是通过垂直于该表面的简单引入实现了所希望的外形的深度。然而，重要的是刀具上没有引入表面外形。

附图说明

对本发明的示例性实施方案在以下通过参考附图进行了更详细的说明，在附图中：

图1：示出了根据一个第一实施方案变体的一个阶梯式钻头的细节的侧视图，

图2：示出了根据一个第二实施方案变体的类似于图1的细节的侧视图，

图3A示出了阶梯式钻头在刀具尖端的区域中的细节的放大侧视图，

图3B示出了根据图3A中的相交线A-A的细节的截面展示，

图4示出了具有形状类似于半月形圆的常规镶片座的阶梯式钻头的侧视图，并且

图5示出了具有基本切削镶片的外形（以举例方式示出）的毛坯的示意性平面图。

具体实施方式

旋转式刀具（在该示例性实施方案中形成为一个阶梯式钻头2）沿一条纵向中心轴线4延伸并且具有一个刀具主体6，该刀具主体装备有焊入的切削镶片8a、8b。刀具主体6具有一个切削刃区域10，该切削刃区域在后部邻接了一个夹紧柄12（这方面参照图4）。在切削刃区域10中造出一个槽14，该槽在该示例性实施方案中直线延伸。作为它的替代方案，还可以提供多个盘绕的槽14。此外，在刀具主体6中造出了多个冷却剂孔16，这些孔在该示例性实施方案中在末端处离开。

阶梯式钻头2具有一个圆锥形的钻尖18。在纵向方向中，阶梯式钻头2在距离钻尖18一定距离处形成一个台阶，即在此它具有一个放大的钻头直径。在钻尖18处限定了一个相对小的第一标称钻头直径d1，而在台阶区域中固定了一个大的第二标称钻头直径d2。在这种情况中，该台阶与钻尖18优选被间隔开了该标称钻头直径d1的倍数。

这些切削镶片8a被安排在钻尖8的区域中而这些切削镶片8b被安排在该台阶的区域中。在这个示例性实施方案中，因此这些切削镶片8a、8b在阶梯式钻头2的外周周围在各自情况中被成对地安排成相对于纵向中心轴线4具有180度的旋转偏移量。这些切削镶片8a、8b具有一个由载体20构成的层结构并且具有一个涂覆到该载体上由PCD或PCBN制成的超硬涂层22。因此这些切削镶片是烧结的切削镶片8a、8b。

在该台阶或肩台的区域中，这些切削镶片8b具有一个倾斜延伸的部分，该部分被定向为相对于纵向中心轴线4成一个角度。这个部分例如用于机加工一个阀座表面。这取决于这些切削镶片8b的高度精确的定向。由对应的切削镶片8a、8b形成的一个切削刃26因此就其相对于纵向方向的倾斜而言并且还就其径向外部位置而言必须通过高度精确的方式来定位。

邻接着该切削刃26，在图2的示例性实施方案中的切削镶片8b具有一个断屑器凹槽28，其被示意性显示出。

为了实现这种高度精确的定位，必须在焊入的切削镶片8a、8b上进行精加工操作。因此，切削镶片8b最初被制造为具有超过尺寸x的基本切削镶片并且被焊入镶片座30中。在图1和图2中由虚线指示了超过尺寸x以及镶片座30的轮廓。镶片座30具有一个邻接壁32，该邻接壁具有一个外形，这些切削镶片8a、8b还与这个外形相适配。

在图1的示例性实施方案中，该外形是由两个直线部分34形成，其中一个部分平行于纵向中心轴线4延伸而另一个部分以一个角度邻接该第一直线部分34，形成一个圆化部分35。在这些末端处，这两个直线部分34进而与圆化部分35相邻接，这些圆化部分进而可以与直线部分相邻接。总之，因此按照图1的用于切削镶片8b的外形是由一系列的多个直线部分34以及多个圆化部分35限定的。

在按照图2的替代构形中，该外形具有处于拼接件方式的轮廓，其中形成了一个双头螺栓的延续部分40，并且形成了一个限制部分38。所述延续部分在每一末端与直线部分34相邻接，这些在这个示例性实施方案中是彼此成直角定向的。平行于纵向中心轴线4延伸的直线部分34在末端处与一个圆化部分35邻接。作为示出的示例性实施方案的替代方案，这个延续部分40在朝向切削刃26的方向上被定向，使得该切削镶片因此具有一个凹陷，在该凹陷中插入了该镶片座的一个对应形成的双头螺栓。

用于切削镶片8b的镶片座30以及邻接壁32的总体特征为：形成了邻接壁32的顶部部分并且还有底部部分，这两个部分朝向外周侧径向地向外延伸。其特征为在该台阶区域中的镶片座30的构形，其中切削镶片在朝向钻尖18以及朝向夹紧柄12的轴向方向上均抵靠在邻接壁32上。这个径向顶部部分在这种情况中在标称直径d1的区域中延伸到大概远至外周，而径向底部部分在标称直径d2的区域中延伸到大概远至外周。

这些镶片座30通过使用盘形机加工工具42而被形成为具有这些外形轮廓，如在图1中同样由虚线指示的。例如，这个刀具是磨削轮或侧铣刀。机加工刀具42的半径限定了这些圆化部分35。

在钻尖18的区域中的这些切削镶片8a还具有一个抗旋转的外形。在这个示例性实施方案中，该外形是通过直线部分34与圆化部分35的组合而简单形成的。

镶片座30的特殊外形轮廓以及这些切削镶片8a、8b的对应的互补构形使之有可能甚至以最大可能精确度来机加工该基本切削镶片并且进行近净成型。这个超过尺寸x（它仅在切削刃26的区域中存在）因此仅仅大致为0.1毫米至最多0.3毫米，优选仅仅为0.1–0.2mm。

与目前为止的程序相比，如图4所示，在具有半月形切削镶片8b的台阶的区域中，这使之有可能实现一个小得多的超过尺寸。由于目前为止的像半月形圆的构形，切削镶片8b的相对差的旋转定位是可能的，并且因此需要大得多的超过尺寸x。

如特别从图3a和图3b中可以获悉的，镶片座30的邻接壁32是以相对于镶片支撑件44倾斜式地倾斜的方式形成的，使得在镶片座与切削镶片8a之间形成了榫头方式的下部凹陷。该基本切削镶片由此被保持在镶片支撑件44上，即使当它在焊入过程中被定位时。例如这个下部凹陷是以简单方式通过例如梯形截面的盘形机加工刀具42的对应地互补的构形实现的。因此这个下部凹陷是通过对盘状机加工刀具42的造型而自动形成的。

如从图5可以获悉的，这些基本切削镶片8b是由毛坯46加工成的。在这种情况中，首先在在切削镶片8b的对应位置处、准确地说是在所提供的切削刃26的区域中做出该断屑器凹槽28。然后仅通过适合的切削方法把毛坯46切成多个基本切削镶片8b，准确地说是以该超大尺寸x。由特殊造型得到的高度准确的预先定位第一次使之有可能在早期制造阶段在已经紧固在刀具主体6上之前引入断屑器凹槽28。

Claims (13)

1.一种旋转式刀具，如一种钻头或铣刀，具有一个刀具主体，该刀具主体沿一条纵向中心轴线延伸，该刀具主体具有一个槽并且在与该纵向中心轴线相距一定距离处具有一个镶片座，该镶片座被引入该槽壁中并且在该镶片座中材料锁合地紧固了特别由一种超硬材料如PCD或PCBN制成的一个切削镶片，其中，为了固定该切削镶片的位置，该镶片座具有一个邻接壁，该邻接壁具有一种外形，该外形用于通过一种抗旋转的方式对该切削镶片进行定位。

2.如权利要求1所述的旋转式刀具，其中，该镶片座是借助一个切削式机加工刀具而被引入该刀具主体中，并且由于该切削式机加工，该邻接壁具有至少一个圆化部分。

3.如权利要求1所述的旋转式刀具，其中，该邻接壁具有至少一个直线部分。

4.如权利要求3所述的旋转式刀具，其中，该邻接壁具有多个直线部分，在各个直线部分之间安排了一个圆化部分。

5.如权利要求1的旋转式刀具，其中该邻接壁的外形是通过一个拼接件的方式形成的并且该镶片座对此具有一个双头螺栓状的延续部分，特别是形成了一个下部凹陷，该下部凹陷优选地在朝向该切削镶片（8a，8b）的方向上向内指向。

6.如权利要求1所述的旋转式刀具，其中该邻接壁具有一个凹凸曲率。

7.如权利要求1所述的旋转式刀具，其中该镶片座具有一个镶片支撑件，在该镶片支撑件上该邻接壁在该边缘处延伸，其中该邻接壁（32）相对于该镶片支撑件倾斜式地倾斜并且与该切削镶片的一个侧壁形成了一个下部凹陷。

8.一种用于制造如权利要求1所述的旋转式刀具的方法，在该方法中：

-提供一个刀具主体，该刀具主体具有至少一个镶片座，该镶片座具有一个镶片支撑件和一个邻接壁，

-提供一个切削镶片，该切削镶片是由一种超硬材料如PCD或PCBN制成并且具有一种造型，该造型与该镶片座互补，其方式为使得该切削镶片能够被抗旋转地定位在该镶片座中，

-将该切削镶片借助该互补的造型以一个预定的所希望的旋转取向被定位在该镶片座中，

-将该切削镶片材料锁合地紧固。

9.如权利要求8所述的方法，其中该切削镶片在成品旋转式刀具中具有一种最终几何形状并且所提供的切削镶片具有与该最终几何形状相适配的基本几何形状，其中，在一个切削刃的区域中，该基本几何形状与该最终几何形状相比仅具有一个在0.1–0.3mm范围内的小的超过尺寸。

10.如权利要求8所述的方法，其中，该镶片座是通过切削式机加工引入的，特别是借助一种磨削或铣削方法。

11.如权利要求8所述的方法，其中该切削镶片具有一个顶侧，该顶侧与该镶片支撑件相反定位并且在所述镶片被紧固在该镶片座中之前在该顶侧中引入一种表面外形。

12.如权利要求11所述的方法，其中该造型是一个断屑器凹槽，与一个希望的最终位置相比该断屑器凹槽与该切削本体的边缘相距太远、间隔开了一个超过尺寸，并且这个超过尺寸在该镶片已被紧固在该镶片座中之后被去除。

13.一种用于制造特别用于如权利要求1所述的旋转式刀具中的、由超硬材料制成的切削镶片的方法，其中提供了一个毛坯，从该毛坯切成多个具有预定义外形的切削镶片，其中在这些切削镶片被切成之前，在这些单独的切削镶片中引入一种表面外形，特别是一个断屑器凹槽。

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