CN103100949A

CN103100949A - 在实心碳化物工具中同时成形多个槽的系统和方法

Info

Publication number: CN103100949A
Application number: CN2012104567958A
Authority: CN
Inventors: P·K·梅洛特拉; C·R·达弗斯; E·T·雷布托伊
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2013-05-15
Also published as: DE102012021718B4; US9656331B2; DE102012021718A1; US20130118313A1

Abstract

本发明涉及在实心碳化物工具中同时成形多个槽的系统和方法。一种用于在碳化物旋转切削刀具中同时成形多个槽的系统包括一个夹头，该夹头被适配成用于夹持一个生坯杆构件并且将该生坯杆构件围绕一条第一轴线选择性地转动并且使该生坯杆构件沿着该第一轴线平移。该系统进一步包括一个机构，该机构被适配成用于当该生坯杆构件围绕该第一轴线转动并且沿着该第一轴线平移时在该生坯杆构件中同时机加工多个槽。

Description

在实心碳化物工具中同时成形多个槽的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造旋转刀具的方法，该旋转刀具是通过粉末冶金法形成的、用于去除切屑的机加工、具有至少两个螺旋延伸的切屑槽。本发明还涉及一种用于执行此类方法的系统。

背景技术

诸如麻花钻头或端铣刀等工具总体上是从烧结的圆柱形坯料开始制造的，在该烧结的圆柱形坯料中磨削出了切屑槽并且形成了没有槽的柄部分。有时，随后将一种磨削的坯件附接到一个圆柱形柄部上以形成最终的工具。这是一种昂贵并且耗时的制造途径。这个问题已经部分地通过对在承载件中混合的硬质金属进行挤出模制来解决，如在美国专利号4779440中披露的。一种挤出的钻头（具有沿着坯件外周的多个恒定间距的切屑槽）是通过将一种硬质金属粉末加热到挤出温度、将该加热后的粉末压制穿过在转动该坯件时由一个心轴和一个喷嘴限定的空间而获得的。通过在经过该喷嘴内部设置的一个螺旋脊的方向上的挤出来引导该坯件，以便沿着该坯件成型多个切屑槽。这种已知技术的一个缺点在于，这些切屑槽是沿着坯件的整个长度获得的并且在被切割成适当长度之后必须连接到一个柄部上以便提供一个安装在机床中的适当部分。

在WO 00/74870中披露了另一个方案，根据该方案通过挤出过程形成坯件而制造了一种旋转刀具，如螺旋钻头或者像端铣刀。在挤出过程中，使一种混合物穿过一个模口，该模口对该混合物的外部周边表面提供了圆柱形的形状。在模口的下游布置了多个夹钳以便引导该混合物。每个夹钳包括一个用于接合所挤出的块体外表面的螺旋脊以便促使螺旋凹槽在其中形成，该螺旋凹槽构成了该刀具中的一个切屑槽。在挤出过程中，这些夹钳远离该混合物移动以便终止切屑槽的形成、并且因此在刀具上形成一个柄部分。这种方法的缺点是，这些冷却通道可能受到这些槽的形成的不良影响。一组夹钳仅可以产生一种类型的槽几何形状。如果希望不同的间距，则必须使用一组不同的夹钳。这些冷却通道是在扭绞过程中形成的。

美国公开号2008/0152444A1也描述了一种在挤出本体时在刀具本体中形成多个槽的方法。该方法使用了多个凿子，这些凿子在较软的材料于它被挤出时烧结之前在其中形成了多个槽。这些凿子是可伸缩的，因而可以在将生坯本体与挤出机器分开之前形成不带槽的柄部分。虽然上面讨论的这些方法存在改进，但此类方法局限于所形成的槽的尺寸精确性以及可以形成的槽的数量，因为在这个阶段所要切割的材料是软的并且难以按良好的精确性来切割。此外，至于上面已经讨论的这些方法，此类方法仅适用于挤出的杆、并且不适用于通过直接压制所制成的杆。

因此，对于形成切削刀具的改良方法以及执行此类方法的系统存在需要。

发明内容

因此，本发明的实施方案着手解决现有技术中的缺陷，这些实施方案针对的是一种用于在一个旋转切削刀具中同时成形多个槽的系统以及用于形成旋转切削刀具的一种方法。

作为本发明的一个方面，提供了一种用于在一个旋转切削刀具中同时成形多个槽的系统。该系统包括一个夹头，该夹头被适配成用于夹持一个生坯杆构件并且将该生坯杆构件围绕一条第一轴线选择性地转动并且使该生坯杆构件沿着该第一轴线平移。该系统进一步包括一个机构，该机构被适配成用于当该生坯杆构件围绕该第一轴线转动并且沿着该第一轴线平移时在该生坯杆构件中同时机加工多个槽。

该机构可以包括一个第一切削刀具，该第一切削刀具被适配成用于围绕一条第二轴线选择性旋转并且平移；以及一个第二切削刀具，该第二切削刀具被适配成用于围绕一条第三轴线选择性旋转并且平移，其中，该第一和第二切削刀具均被适配成用于接合在该生坯杆构件的多个部分上并且同时地在这些部分上进行机加工操作。

该第一和第二切削刀具各自可以包括一个端铣刀。

该第一和第二切削刀具各自可以包括一个磨削轮。

该机构可以进一步包括一个第三切削刀具，该第三切削刀具被适配成用于围绕一条第四轴线选择性地转动并且平移，其中该第三切削刀具被适配成用于接合在该生坯杆构件上并且与该第一和第二切削刀具同时地在该生坯杆构件上进行机加工操作。该机构进一步包括一个第四切削刀具，该第四切削刀具被适配成用于围绕一条第五轴线选择性地转动并且平移，其中该第四切削刀具被适配成用于接合在该生坯杆构件上并且与该第一、第二和第三切削刀具同时地在该生坯杆构件上进行机加工操作。

作为本发明的另一个方面，提供了一种用于形成旋转切削刀具的方法。该方法包括：将一个生坯杆构件固定在一个夹头机构中，该夹头机构被适配成以预定的方式围绕一条第一轴线转动并且沿着该第一轴线平移；在该生坯杆构件中同时成形多个槽；将该生坯杆构件从该夹头机构中移除；烧结该生坯杆构件以便产生一个烧结的杆构件；并且在该烧结的杆构件上进行一个或多个磨削操作以便产生最终的旋转切削刀具。

在该生坯杆构件中同时成形多个槽可以包括使用多个端铣刀同时机加工多个槽。

在该生坯杆构件中同时成形多个槽可以包括使用多个磨削轮同时机加工多个槽。

使用多个端铣刀同时机加工多个槽可以包括当通过多个端铣刀来机加工该生坯杆构件时将该生坯杆构件围绕该第一轴线转动并且使该生坯杆构件沿着该第一轴线平移。

在该烧结的杆构件上进行一个或多个磨削操作可以包括：在该烧结的杆构件上进行一个磨削操作；并且对该烧结的杆构件的至少多个选定的部分进行最终的珩磨。

在该烧结的杆构件上进行一个或多个磨削操作可以包括：对该烧结的杆构件施加一个涂层。

通过参见附图而考虑以下说明和所附权利要求时，本发明的这些和其他目的、特征和特性，连同操作的方法和结构的多种相关要素的功能和多个部分的组合以及制造的经济性将变得更加清楚，所有这些形成了本说明书的一部分，其中类似的参考号标明不同图中相应的部件。但是，应明确理解的是这些附图仅是用于展示和说明的目的，而不旨在作为对本发明的界限的限定。

附图说明

当结合这些附图来阅读时，可以从以下对优选实施方案的说明中获得对本发明的全面理解，在附图中：

图1是根据本发明的一个示例性实施方案的一种用于形成碳化物旋转切削刀具的系统的示意性侧视图；

图2是图1的系统的示意性仰视图；

图3是根据本发明的另一个示例性实施方案的一种用于形成碳化物旋转切削刀具的系统的示意性侧视图；

图4是图3的系统沿图3的线4-4截取的另一个示意性侧视图；

图5是根据本发明的又另一个示例性实施方案的一种用于形成碳化物旋转切削刀具的系统的示意性仰视图；

图6是根据本发明的另外一个示例性实施方案的一种用于形成碳化物旋转切削刀具的系统的示意性仰视图；并且

图7是根据本发明的一个示例性实施方案的一种用于形成旋转切削刀具的实例方法。

具体实施方式

这里使用的方向性词语（例如像：左、右、前、后、顶部、底部及其派生词）涉及在附图中示出的这些构件的取向，并且对于权利要求并非进行了限制，除非在此明确地引述。在所有附图中对相同的部件提供相同的参考号。

如在此使用的，术语“多个（number）”应该被用于是指任何非零的数量（即，一或大于一的任何数量）。

如在此使用的，术语“多个”或“复数个”应该被用于指代任何两个或更多的数量（即，大于一的任何数量）。

如在此使用的，术语“大约”应该被用于指在一个在具体确定的点的附近、或者在该点处的点（即，邻近）。

图1和2分别描绘了根据本发明的一个实施方案用于在一个旋转切削刀具中同时成形多个槽的一种实例系统10的示意性侧视图和仰视图。系统10包括一个夹头12或其他被适配成以受控的方式围绕一条第一轴线14选择性旋转并且平移的适当机构。优选地，夹头12围绕第一轴线14的选择性旋转和平移受到一种处理装置的控制，例如该处理装置如计算机15或其他合适的机构。夹头12被适配成用于牢固地夹持一个生坯杆构件16。优选地，夹头12的夹钳应以足够的刚性来把持生坯杆构件16以便在不粉碎或捏碎该生坯材料的情况下操作。如在此使用的，术语“生坯”应该被用于指代一种尚未被完全烧结的材料（即，未被烧结的或部分烧结的）。生坯杆构件16可以由以下材料形成：碳化物、金属陶瓷、陶瓷、钢、或其他在被放置在夹头12中之前通过挤出、压制或任何其他合适的成形过程在一个总体上圆柱形的杆构件上已经成形的适当材料。在一些实施方案中，生坯杆构件16可以包括一个或多个可以用于将冷却剂递送至完成的切削刀具的选定部分处的通孔。取决于所希望的应用，能以预定的间距形成直的或螺旋的此类通孔。此外，生坯杆构件16可以是由一个末端封闭的管形成的一个中空杆（为了减少使用的材料）或可以是由多种材料形成的一个复合杆（例如而不限于由一种不太贵的材料和用于该切削部分的生坯材料形成的一个柄部）。

该系统10进一步包括一个机构18，该机构被适配成用于当该生坯杆构件16通过夹头12的受控移动而围绕第一轴线14转动并且沿着它平移时在生坯杆构件16中同时机加工多个槽。在图1和2展示的一个示例性实施方案中，机构18包括一个第一旋转切削刀具20，该第一旋转切削刀具被适配成用于围绕一条第二轴线22选择性地旋转并且平移；以及一个第二旋转切削刀具24，该第二旋转切削刀具被适配成用于围绕一条第三轴线26选择性地旋转并且平移，使得该第一和第二旋转切削刀具20、24可以选择性地接合生坯杆构件16并且对该生坯杆构件同时进行机加工操作，以便在生坯杆构件16中形成对应的槽28a和28b。优选地，在不背离本发明的范围的情况下，第一和第二旋转切削刀具20、24是球头立铣刀，但还可以利用其他适合的旋转切削刀具。第一和第二旋转切削刀具20、24的选择性旋转和平移可以通过使用类似于夹头12的机构或任何其他至少能以预定的方式旋转并且平移一个切削刀具的适当机构来进行。应理解，一个或多个生坯杆构件16、第一旋转切削刀具20和第二旋转切削刀具24的旋转和平移的不同方案可以被设计为以所希望的安排来形成槽28a和28b。

应了解的是，通过选择性控制生坯杆构件16围绕第一轴线14的旋转和平移，当仅使第一和第二旋转切削刀具20、24围绕其相应的轴线22、26旋转（即，不平移切削刀具20、24）时，就可以选择性地改变在生坯杆构件16中形成的槽28a和28b的螺旋角θ（图1）。同样地，通过控制第一和第二旋转切削刀具20和24之一或二者沿着第二和第三轴线22和26的平移可以选择性地改变槽28a或28b之一的深度（未编号）。此外，通过改变旋转切削刀具20、24的前导端（未编号）的形状可以改变槽28a或28b之一的轴向截面形状。

尽管在图2中显示的是围绕生坯杆构件16相对彼此总体上以180°间隔开，但应了解的是，可以将第一和第二旋转切削刀具24和24围绕生坯杆构件16以其他间隔布置，而不背离本发明的范围。

还应了解的是，本发明考虑了能以预定的方式选择性地调整第二和第三轴线22和26的位置和取向（即，围绕一条或多条其他轴线平移和/或旋转）以便如具体应用所希望的来改变在生坯杆构件16中的槽的形成，并且这样，第二和第三轴线22和26的取向不局限于在此所述和描绘的位置。

图3和4描绘了根据本发明的另一个实施方案的一种实例系统40的示意性侧视图，该实例系统是用于在一个旋转切削刀具中同时地形成多个槽。正如此前所讨论的系统10一样，系统40包括一个夹头12或其他合适的机构，该机构被适配成夹持一个生坯杆构件16并且以受控制的方式围绕一条第一轴线14来选择性地旋转和平移的此类杆构件。然而，不同于系统10（其采用第一和第二旋转切削刀具20和24作为机构18的用于同时机加工多个槽的这些部分），图3和4的系统40利用一种机构42，该机构相反地采用了一个第一磨削轮44和一个第二磨削轮46以便在生坯杆构件16中分别形成槽48a和48b。在这样的实施方案中，第一和第二磨削轮44和46各自被连接至可旋转构件（未显示）上，该可旋转构件被适配成使连接至其上的磨削轮44和46中的相应一个围绕各自的轴线50、52选择性地旋转。具有这样的可旋转构件的适当机构在本领域是公知的。

继续参见图3和4，通过改变第一或第二轴线50、52相对于一个垂直于第一轴线14的平面的角度

可以选择性地改变在生坯杆构件16中形成的槽48a、48b的螺旋角θ（图3）。通过改变轴线50、52之任一者与第一轴线14之间的相应距离d_a、d_b图3）可以选择性地改变槽48a和48b各自的深度（未编号）。此外，通过改变以下之一或二者可以改变槽48a或48b之任一者的轴向截面形状：磨削轮44和46的磨削边缘（未编号）的形状和/或此类磨削轮绕之转动的轴线的角度

连同生坯杆构件16的平移和/或转动速度（即，θ将不等于）。

尽管在图3和4中显示的是围绕生坯杆构件16相对于彼此总体上以180°间隔开，但应了解的是，可以将第一和第二磨削轮44和46围绕生坯杆构件16以其他间隔来布置，而不背离本发明的范围。

还应了解的是，本发明考虑了能以预定的方式选择性地调整轴线50和52之任一或两者的位置和/或取向（即，围绕一条或多条其他轴线平移和/或旋转）以便如具体应用所希望的来改变在生坯杆构件16中的槽的形成，并且这样，轴线50和52的取向不局限于在此所述的和描绘的位置。

图5和6描绘了本发明的另外的实施方案的实例的示意性仰视图，展示了如先前所述的用于在被安装在一个夹头12中的生坯杆构件16中同时机加工其他个数的多个槽的系统。更特别地，图5描绘了一种系统10’，该系统类似于系统10（如先前所讨论的），其中添加了一个第三旋转切削刀具60以及一个第四旋转切削刀具64，该第三旋转切削刀具围绕一条第四轴线62可转动并且可平移的并且该第四旋转切削刀具也围绕一条第五轴线66可旋转和可平移的，使得第一、第二、第三以及第四旋转切削刀具20、24、60、64各自被适配成同时接合在生坯杆构件16的多个部分上并且在这些部分上进行机加工操作。同样地，图6描绘了一种系统10”，该系统利用三个旋转切削刀具20、24以及60来同时接合在被安装于夹头12上的生坯杆构件16的多个部分上并且在这些部分上进行机加工操作。

尽管图5和6显示了旋转切削刀具（比如端铣刀）用于在生坯杆构件16中同时形成多个槽的用途，但应了解的是，本发明考虑了能以图5和6中所示的类似构型来相反地使用磨削轮（例如结合图3和4所述的）。

还应了解的是，本发明考虑了能以预定的方式选择性地调整轴线22、26、62或66中的任一个的位置和取向（即，围绕一条或多条另外轴线平移和/或旋转）以便如具体应用所希望的来改变在生坯杆构件16中的槽的形成，并且这样，轴线22、26、62或66的取向不局限于在此所述的和描绘的位置。

已经如此描述了根据本发明的多个机加工系统的示例性实施方案，现在将结合图7来描述一种使用图1和2中的系统10来形成根据本发明的旋转切削刀具的实例方法100。然而，应了解的是此类方法可以使用根据本发明的任何系统类似地来执行，并且这样，对图1和2中的要素的具体引用并不旨在进行限制，而是仅为举例的目的提供的。

作为一个第一步骤102，将生坯杆构件16（先前通过任何合适的装置形成）安装在夹头12上。接着在步骤104，在生坯杆构件16中同时形成多个槽28a、28b。可以通过由两个或更多个旋转切削刀具（例如而不限于端铣刀）或磨削轮进行的机加工或磨削操作来进行多个槽的同时形成。此类机加工或磨削操作可以在使该生坯杆构件16围绕第一轴线14（通过夹头12）旋转并且平移时进行。

一旦已经形成槽28a和28b，就将该带槽的生坯杆构件16从夹头12中移出，比如在步骤106中所示。

从夹头12中移出后，烧结该带槽的生坯杆构件16，比如在步骤108中所示，是通过任何合适的装置，从而产生一个烧结的杆构件。

烧结后，接着在必要时将该烧结的杆构件磨削成所希望的成品形状和/或公差，比如在步骤110中所示。

任选地，如步骤112所示，可以珩磨该烧结的带槽的杆构件的切削刃，或者在必要时可以通过任何合适的手段将这些槽抛光，由此产生了根据本发明的最终的旋转切削刀具。

任选地，如步骤114所示，通过合适的手段（例如而不限于CVD、PVD）可以对该烧结的杆构件施加一个涂层（例如而不限于TiN或TiAlN）。

应了解的是，该形成旋转切削刀具的方法因为许多原因而总体上比其他已知的方法更快。首先，一次形成多个槽总体上比在给定的时间单独形成各个槽更快。其次，这些杆和槽的最终磨削可以更快完成，因为相比于从实心杆磨削将需要去除较少的材料。另外，应了解的是，通过在生坯杆构件上进行大部分机加工操作，实现了更多的优点。作为一个优点，如该生坯材料总体上是特别软的，用于在生坯杆构件中形成这些槽的机加工工具的磨损速率被减小，因此增加了每个机床在需要更换之前生产的工具的量。作为另一个优点，在机加工过程中从生坯杆构件中去除的材料容易回收用于形成其他生坯杆，因此总体上消除了昂贵的废物材料。

虽然已对本发明的具体实施方案进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应认识到鉴于本披露的整体传授内容可以对在此提供的这些细节发展出不同的修改和替代方案。因此，所披露的具体安排仅是说明性的，而不作为对本发明的范围的限制，本发明的范围应涵盖在所附权利要求以及其任何和所有的等效物的全部广度内。

在权利要求中，置于括号之间的任何参考符号不应被解释为限制该权利要求。词语“包括（comprising）”或“包含（including）”不排除存在除一项权利要求中列出的那些以外的要素或步骤。在列举了若干个手段的装置权利要求中，这些手段中的若干可以通过同一款硬件来实施。在一个要素之前的词语“一个”或“一种”并不排除存在多个这样的要素。在列举了若干手段的任何装置权利要求中，这些手段中的若干可以通过同一个硬件物体来实施。在相互不同的从属权利要求中叙述了某些要素这个事实并不表示这些要素不能以组合方式使用。

Claims

1.一种用于在旋转切削刀具中同时形成多个槽的系统，该系统包括：

一个夹头，该夹头被适配成用于夹持一个生坯杆构件并且将该生坯杆构件围绕一条第一轴线选择性地转动并且使该生坯杆构件沿着该第一轴线平移；以及

一个机构，该机构被适配成用于当该生坯杆构件围绕该第一轴线转动并且沿着该第一轴线平移时在该生坯杆构件中同时机加工多个槽。

2.如权利要求1所述的系统，其中，该机构包括：

一个第一切削刀具，该第一切削刀具被适配成用于围绕一条第二轴线选择性地转动并且平移；以及

一个第二切削刀具，该第二切削刀具被适配成用于围绕一条第三轴线选择性地转动并且平移；

其中该第一和第二切削刀具被适配成用于接合在该生坯杆构件的多个部分上并且在这些部分上同时进行机加工操作。

3.如权利要求2所述的系统，其中该第一和第二切削刀具各自包括一个端铣刀。

4.如权利要求2所述的系统，其中该第一和第二切削刀具各自包括一个磨削轮。

5.如权利要求2所述的系统，其中该机构进一步包括：

一个第三切削刀具，该第三切削刀具被适配成用于围绕一条第四轴线选择性地转动并且平移，其中该第三切削刀具被适配成用于与该第一和第二切削刀具同时地接合在该生坯杆构件上并且在该生坯杆构件上进行机加工操作。

6.如权利要求5所述的系统，其中该机构进一步包括：

一个第四切削刀具，该第四切削刀具被适配成用于围绕一条第五轴线选择性地转动并且平移，其中该第四切削刀具被适配成用于与该第一、第二和第三切削刀具同时地接合在该生坯杆构件上并且在该生坯杆构件上进行机加工操作。

7.一种用于形成旋转切削刀具的方法，该方法包括：

将一个生坯杆构件固定在一个夹头机构中，该夹头机构被适配成以预定的方式围绕一条第一轴线转动并且沿着该第一轴线平移；

在该生坯杆构件中同时成形多个槽；

将该生坯杆构件从该夹头机构中移除；

烧结该生坯杆构件以便产生一个烧结的杆构件；并且

在该烧结的杆构件上进行一个或多个磨削操作以便产生最终的旋转切削刀具。

8.如权利要求7所述的的方法，其中在该生坯杆构件中同时成形多个槽包括使用多个端铣刀同时机加工多个槽。

9.如权利要求7所述的的方法，其中在该生坯杆构件中同时成形多个槽包括使用多个磨削轮同时机加工多个槽。

10.如权利要求8所述的方法，其中使用多个端铣刀同时机加工多个槽包括当通过该多个端铣刀来机加工该生坯杆构件时将该生坯杆构件围绕该第一轴线转动并且使该生坯杆构件沿着该第一轴线平移。

11.如权利要求7所述的的方法，其中在该烧结的杆构件上进行一个或多个磨削操作包括：

在该烧结的杆构件上进行磨削操作；并且

对该烧结的杆构件的至少多个选定的部分进行最终的珩磨。

12.如权利要求11所述的方法，其中在该烧结的杆构件上进行一个或多个磨削操作包括：

对该烧结的杆构件施加一个涂层。