CN104718036B - 用于制造切削工具刀片的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于制备切削工具刀片的方法。底部冲头被定位到粉末压实模具中。冶金粉末被引入到模具腔体中。将顶部冲头以与所述底部冲头相对的取向定位到所述粉末压实模具中。在所述底部冲头与所述顶部冲头之间压缩所述冶金粉末以形成粉末压坯。本发明还公开了根据所述方法制备的切削工具刀片以及用于制备切削工具刀片的粉末压制装置。

Description

用于制造切削工具刀片的方法和装置

技术领域

本公开涉及用于压制冶金粉末来形成粉末压坯以用于制造切削工具刀片的方法和装置。本公开还涉及使用该方法和装置制造的切削工具刀片。

背景技术

模块化切削工具是一种类型的金属和合金切削工具，其使用可移除地附接到工具夹持器的可转位切削工具刀片。金属和合金切削工具刀片通常具有一体结构以及位于各个拐角处或刀片的周边边缘周围的一个或多个切削刃。可转位切削工具刀片机械地固定到工具夹持器，但刀片可相对于工具夹持器调整和移除。可转位切削工具刀片可易于重新定位(即，转位)以向工件呈现新的切削刃，或者可例如在切削刃变钝或破裂时在工具夹持器中替换。以这种方式，可转位刀片切削工具是包括至少一个切削工具刀片和工具夹持器的模块化切削工具组件。

切削工具刀片包括例如铣削刀片、车削刀片、钻孔刀片等。切削工具刀片可由硬质材料诸如烧结碳化物和陶瓷制成。这些材料可使用粉末冶金技术(诸如共混、压制和烧结)来处理以制备切削工具刀片。

发明内容

在非限制性实施例中，描述了用于制备切削工具刀片的方法。该方法包括将底部冲头定位到粉末压实模具中，将冶金粉末引入到模具腔体中，将顶部冲头以与底部冲头相对的取向定位到粉末压实模具中，并且在底部冲头与顶部冲头之间压缩冶金粉末以形成粉末压坯。底部冲头包括底部冲头主体、位于底部冲头主体的压制端部上的底部冲头面、设置在底部冲头主体中并且在底部冲头面处开口的内部通道，以及部分地设置在内部通道中的芯棒。芯棒包括压制端部和位于压制端部上的钻埋头孔突起。芯棒穿过内部通道的开口并且在底部冲头面的上方部分地延伸。粉末压实模具和底部冲头形成模具腔体。顶部冲头包括顶部冲头主体、位于顶部冲头主体的压制端部上的顶部冲头面、设置在顶部冲头主体中并且在顶部冲头面处开口的内部通道，以及设置在内部通道中的芯销。芯销包括压制端部和位于压制端部上的钻埋头孔突起。钻埋头孔突起穿过内部通道的开口并且在顶部冲头面的下方延伸。

在另一个非限制性实施例中，用于制备切削刀片的粉末压制装置包括底部冲头主体、芯棒、顶部冲头主体和芯销。底部冲头主体包括底部冲头面，其位于底部冲头主体的压制端部上。底部冲头主体还包括内部通道，其设置在底部冲头主体中并且在底部冲头面处开口。芯棒被部分地设置在底部冲头主体的内部通道中。芯棒包括压制端部和位于压制端部上的钻埋头孔突起。芯棒穿过内部通道的开口并且在底部冲头面的上方部分地延伸。顶部冲头主体包括顶部冲头面，其位于顶部冲头主体的压制端部上。顶部冲头主体还包括内部通道，其设置在顶部冲头主体中并且在顶部冲头面处开口。芯销设置在顶部冲头主体的内部通道中。芯销包括压制端部和位于压制端部上的钻埋头孔突起。钻埋头孔突起穿过内部通道的开口并且在顶部冲头面的下方延伸。

在另一个非限制性实施例中，切削工具刀片包括顶部表面、底部表面和包括连接顶部表面与底部表面的连续表面的埋头通孔。

应当理解，本说明书中所公开和描述的本发明不限于该发明内容中概述的实施例。

附图说明

可通过参考附图来更好地理解本说明书中所公开和描述的非限制性和非详尽实施例的各种特征和特性，其中：

图1是包括沿着压制轴线对齐的顶部冲头主体和底部冲头主体的粉末压制装置的示意性侧视图；

图2是被配置为与图1所示的粉末压制装置一起使用以用于压制粉末压坯的芯棒的示意性侧视图；

图3是图1所示的顶部冲头主体和底部冲头主体的压制端部的示意性侧视图，其中图2所示的芯棒被部分地设置在底部冲头主体中；

图4是图3所示的粉末压制装置的示意性剖视图，其示出了用于制造粉末压坯的冶金粉末压缩和压实；

图5A和图5B分别是以图4所示的方式制成的粉末压坯的示意性透视剖面图和侧视剖面图；

图6是包括沿着压制轴线对齐的顶部冲头主体和底部冲头主体的粉末压制装置的示意性侧视图，其中顶部冲头主体包括一体化芯销突起；

图7是图6所示的顶部冲头主体和底部冲头主体的压制端部的示意性侧视图，其中粉末压制装置还包括部分地设置在底部冲头主体中的芯棒；

图8是图7所示的粉末压制装置的示意性剖视图，其示出了用于制造粉末压坯的冶金粉末压缩和压实；

图9A和图9B分别是以图8所示的方式制成的粉末压坯的示意性透视剖面图和侧视剖面图；

图10是包括沿着压制轴线对齐的顶部冲头主体和底部冲头主体的粉末压制装置的示意性侧视图；

图11是被配置为与图10所示的粉末压制装置一起使用以用于压制粉末压坯的芯销和芯棒的示意性侧视图；

图12是图10所示的顶部冲头主体和底部冲头主体的压制端部的示意性侧视图，其中图11所示的芯销设置在顶部冲头主体中，并且其中图11所示的芯棒部分地设置在底部冲头主体中；

图13是图12所示的顶部冲头组件的示意性透视图；

图14是图12所示的底部冲头组件的示意性透视图；

图15是插入穿过粉末压实模具的底部开口的图14所示的底部冲头组件的示意性透视图；

图16是插入穿过粉末压实模具的顶部开口的图13所示的顶部冲头组件和插入穿过粉末压实模具的底部开口的图14所示的底部冲头组件的示意性透视图；

图17是图16所示的粉末压制装置的示意性剖视图，其示出了填充有待压缩和压实的冶金粉末的粉末压实模具和底部冲头组件；

图18是图17所示的粉末压制装置的示意性剖视图，其示出了用于制造粉末压坯的冶金粉末压缩和压实；

图19A和图19B分别是图17和图18所示的芯销和芯棒的接合的示意性透视图和侧视图；

图20A和图20B分别是以图17和图18所示的方式制成的粉末压坯的示意性透视图和侧视图；

图21A、图21B和图21C分别是以图4、图8和图18所示的方式制成的粉末压坯的示意性透视图；

图22是底部冲头主体/芯棒组件的示意性透视图；和

图23是底部冲头主体/芯棒组件的示意性透视图。

在考虑以下对根据本说明书的各种非限制性和非详尽实施例的详细描述时，读者将会知道上述细节以及其他细节。

具体实施方式

本说明书中描述和示出了各种实施例以提供对所公开的方法、装置和切削工具刀片的结构、功能、操作、制造和用途的全面理解。应当理解，本说明书中描述和示出的各种实施例是非限制性且非详尽的。因此，本发明未必受本说明书中所公开的各种非限制性和非详尽实施例的描述的限制。结合各种实施例示出和/或描述的特征和特性可与其他实施例的特征和特性组合。此类修改和变型意图包括在本说明书的范围内。因此，可对权利要求书进行修正以叙述本说明书中明确或固有地描述或者由本说明书明确或固有地支持的任何特征或特性。另外，申请人保留对权利要求书进行修正以断然放弃现有技术中可能存在的特征或特性的权利。因此，任何此类修正都遵守35U.S.C.§112第一段和35U.S.C.§132(a)的要求。本说明书中所公开和描述的各种实施例可包括如本文多方面描述的特征和特性、由如本文多方面描述的特征和特性组成，或基本上由如本文多方面描述的特征和特性组成。

本文指出的任何专利、公布或其他公开材料的全文以引用的方式并入本说明书中，除非另外指明，否则仅仅以这样的程度并入，即所并入的材料不与本说明书中明确阐述的现有描述、定义、陈述或其他公开材料相冲突。因此，并且在必要的程度上，本说明书中阐述的明确公开内容取代以引用的方式并入本文中的任何冲突材料。被叙述为以引用的方式并入本说明书中但与本文阐述的现有定义、陈述或其他公开材料相冲突的任何材料或其部分仅以并入材料与现有公开材料之间不发生冲突的程度并入。申请人保留对本说明书进行修正以明确地叙述以引用的方式并入本文中的任何主题或其部分的权利。

除非另外指明，否则本说明书中使用的语法冠词“一”、“一个”、“一种”和“所述”旨在包括“至少一个”或“一个或多个”。因此，本说明书中使用的冠词是指一个或不止一个(即，“至少一个”)冠词的语法对象。举例来说，“部件”是指一个或多个部件，并且因此，可能预期有不止一个部件，并且所描述的实施例的具体实施中可以采用或使用不止一个部件。另外，单数名词的使用包括复数，并且复数名词的使用包括单数，除非使用环境另有要求。

本说明书中使用空间和方向术语，诸如“竖直”和“水平”、“上方”和“下方”以及“顶部”和“底部”。例如，可参考切削工具刀片的侧面和/或表面来使用术语“顶部”和“底部”。应当理解，这些术语用于结合附图提供对各种实施例的简明且清楚的书面描述。然而，各种实施例可在附图未示出的许多取向和位置中使用，并且因此这些术语未必旨在为限制性和绝对的。

切削刀片可使用粉末冶金技术(诸如粉末金属的共混、压制和烧结)来制造。例如，烧结碳化物切削刀片(例如，包括碳化钨硬质颗粒和钴基粘合剂)可通过以下所述来制造：共混金属碳化物粉末和金属粘合剂粉末、在模具中压制所共混的冶金粉末以形成呈切削刀片形状的粉末压坯，以及烧结粉末压坯以将复合材料密化为烧结碳化物切削刀片。在此类制备方法中，将冶金粉末压制成粉末压坯可为近净形状操作，其中模具腔体和压制冲头的几何形状必须紧密匹配正在制备的切削刀片的最终几何形状。因此，重要的是，用于制备切削刀片的粉末压实和压制冲头具有准确和精确的几何形状和结构特征，因为任何结构或几何偏差或不一致性均可从压制工具转移到压制的粉末压坯并且最终转移到烧结的切削刀片。

可转位切削工具刀片可包括通孔以使用例如螺钉将刀片机械地附接到工具夹持器。通孔可被设置为穿过单面切削工具刀片的前刀面，或可被设置为穿过双面切削工具刀片的顶部和底部前刀面。以这种方式，可转位切削工具刀片的通孔可被设置为大致平行于刀片的周边侧表面。刀片的周边侧表面和/或通孔的表面可连接刀片的顶部表面和底部表面。

本领域中通常理解的是，可转位切削工具刀片可为单面的(即，具有一个前刀面)或双面的(即，具有设置在相对的顶部表面和底部表面上的两个前刀面)。在各种实施例中，例如，双面切削工具刀片的顶面和底面可具有穿过虚拟中间平面的镜面对称性。本领域中还通常理解的是，可转位切削工具刀片的切削刃是由刀片的前刀面与间隙/后刀面的交点形成的。刀片的间隙/后刀面被设置在刀片的周边侧表面上。例如，美国专利No.7,976,250公开了双面切削工具刀片，其包括由周边侧表面连接的顶面和底面并且具有被设置为穿过顶面和底面并且被设置为大致平行于刀片的周边侧表面的通孔。美国专利No.7,976,250以引用的方式并入本说明书中。

可转位切削工具刀片的通孔可为埋头孔，使得用于将刀片安装到夹持器的附接螺钉不会机械地干扰使用中的刀片的切削动作。以这种方式，例如，附接螺钉的头部至少与前刀面齐平，螺钉穿过该前刀面被定位成将刀片固定到工具夹持器。可转位切削工具刀片的几何形状(包括前刀面、周边侧表面、通孔和埋头孔特征的形状、尺寸和取向)由冶金粉末组分与用于形成粉末压坯的压制模具和压制冲头的表面之间的机械作用形成。

粉末压坯通过以下所述制成：穿过粉末压实模具中的底部开口定位底部冲头、在粉末压实模具中定位芯棒、用冶金粉末填充粉末压实模具、穿过粉末压实模具中的顶部开口定位顶部冲头，以及向顶部冲头和/或底部冲头施加压缩力以在模具中的冲头的相对面之间压实冶金粉末。以这种方式，例如，顶部冲头和底部冲头的面的几何形状可形成粉末压坯的顶面和底面的几何形状，粉末压实模具的侧壁的几何形状可形成粉末压坯的周边侧表面的几何形状，并且芯棒的几何形状可形成粉末压坯的通孔的几何形状。

与压制冶金粉末以形成用于制造可转位切削工具刀片的粉末压坯相关联的问题是在穿过压坯设置的埋头通孔的表面上形成“条带”或“阶梯”特征。

参见图1-图4，用于制备切削刀片的粉末压制装置10包括顶部冲头主体12、底部冲头主体14和芯棒16。芯棒16为圆柱形形状的。顶部冲头主体12包括内部通道22。内部通道22是圆柱形形状的。顶部冲头主体12包括位于顶部冲头主体12的压制端部上的顶部冲头面32。顶部冲头主体12包括位于顶部冲头面32上的顶部冲头钻埋头孔突起42。顶部冲头钻埋头孔突起42与顶部冲头主体12一体地形成。顶部冲头钻埋头孔突起42为圆锥形形状的，并且在顶部冲头面32处设置在内部通道22的开口周围。

底部冲头主体14包括内部通道24。内部通道24为圆柱形形状的，并且被配置成接纳芯棒16，如图3所示。底部冲头主体14包括位于底部冲头主体14的压制端部上的底部冲头面34。底部冲头主体14包括位于底部冲头面34上的底部冲头钻埋头孔突起44。底部冲头钻埋头孔突起44与底部冲头主体14一体地形成。底部冲头钻埋头孔突起44为圆锥形形状的，并且在底部冲头面34处设置在内部通道24的开口周围。

参见图3，芯棒16被部分地设置在内部通道24中，并且可相对于底部冲头主体14沿着压制轴线18移动。芯棒16还可相对于底部冲头钻埋头孔突起44移动，当芯棒穿过内部通道24的开口定位并且在底部冲头面34的上方部分地延伸时，该突起包围芯棒16(参见图3)。

在操作中，穿过粉末压实模具20中的底部开口定位底部冲头主体14(参见图3)。沿着压制轴线18、穿过内部通道24的开口并且穿过底部冲头钻埋头孔突起44定位芯棒16，使得芯棒16在底部冲头面34的上方延伸。以这种方式，芯棒16被部分地定位在内部通道24中并且部分地定位在粉末压实模具20中。粉末压实模具20、底部冲头主体14和芯棒16形成包括模具腔体的组件，该模具腔体填充有待压缩的冶金粉末28。穿过粉末压实模具20中的顶部开口定位顶部冲头主体12，使得顶部冲头面32和底部冲头面34处于相对取向。在相对的顶部冲头面32与底部冲头面34之间设置冶金粉末28(参见图4)。

沿着压制轴线18朝向粉末压实模具20中的底部冲头主体14移动顶部冲头主体12。通过顶部冲头主体12的顶部冲头面32和底部冲头主体14的底部冲头面34向冶金粉末28施加压缩力。在顶部冲头主体12朝向底部冲头主体14移动时，芯棒16保持静止以便在所得粉末压坯中形成通孔。在顶部冲头主体12朝向底部冲头主体14移动以压缩冶金粉末28时，静止芯棒16穿过顶部冲头面32中的开口进入到顶部冲头主体12中的内部通道22中。静止芯棒16还穿过顶部冲头钻埋头孔突起42进入到内部通道22中。芯棒16被部分地定位在底部冲头主体14中的内部通道24中并且被部分地定位在顶部冲头主体12中的内部通道22中(参见图4)。以这种方式，顶部冲头主体12中的内部通道22在压制行程期间充当静止芯棒16的间隙通道。

在压制行程期间在顶部冲头面32、底部冲头面34、粉末压实模具20的侧壁和芯棒16之间压缩和压实冶金粉末28，如图4所示。图5A和图5B示出所得的粉末压坯30。粉末压坯30包括顶部表面31、底部表面33和周边侧表面38。通孔35被设置为穿过顶部表面31和底部表面33，并且被设置为大致平行于周边侧表面38。通孔35包括顶部埋头孔表面41和底部埋头孔表面43。粉末压坯30用于制备双面可转位切削工具刀片，其将使用定位在通孔35中的对应埋头螺钉附接到工具夹持器。以这种方式，所得切削工具刀片可附接到工具夹持器，使得顶部表面31或底部表面33中的任一者可在任何一个时间从工具夹持器面向外部。

粉末压坯30的顶部表面31和底部表面33的几何形状分别由顶部冲头面32和底部冲头面34的几何形状形成。周边侧表面38的几何形状由粉末压实模具20的侧壁的几何形状形成。顶部埋头孔表面41和底部埋头孔表面43的几何形状分别由顶部冲头钻埋头孔突起42和底部冲头钻埋头孔突起44的几何形状形成。

通孔35还包括“条带”区域40。条带区域40形成在通孔的位于顶部埋头孔表面41与底部埋头孔表面43之间的表面上，该表面是在顶部冲头钻埋头孔突起42的端部与底部冲头钻埋头孔突起44的端部之间压缩冶金粉末28的地方，如图4所示。条带区域40沿着粉末压坯的厚度维度位于粉末压坯30的中心平面处。

在各种实施例中，条带区域可能是有问题的。例如，条带区域可能导致机械干扰用于将切削工具刀片安装到工具夹持器的附接螺钉。另外，条带区域可能需要形成较厚的粉末压坯和所得切削工具刀片，这限制了设计灵活性并且需要使用较多的冶金粉末材料。另外，条带区域可易于在烧结粉末压坯之前破裂和破损，这可能需要报废整个粉末压坯。此外，条带区域可增加压制冲头的破损发生率，因为压制压力在压制平面的中心处达到最大，该中心对应于压坯在厚度维度上的中心平面，条带区域位于该中心平面处。在某些情况下，可通过减小或最小化顶部冲头和/或底部冲头上的通孔形成壁部分的尺寸来减小或最小化条带区域的尺寸。然而，减小或最小化冲头的该部分的尺寸可显著地削弱冲头，所述冲头然后可通过压制力或甚至冲头的误操作而易于被破坏。

参见图6-图8，用于制备切削刀片的粉末压制装置60包括顶部冲头主体62、底部冲头主体64和芯棒66。芯棒66为圆柱形形状的。顶部冲头主体62包括位于顶部冲头主体62的压制端部上的顶部冲头面82。顶部冲头主体62包括位于顶部冲头面82上的顶部冲头钻埋头孔突起92。顶部冲头钻埋头孔突起92与顶部冲头主体62一体地形成。顶部冲头主体62还包括芯销突起76。芯销突起76为圆柱形形状的。芯销突起76与顶部冲头钻埋头孔突起92和顶部冲头主体62一体地形成。顶部冲头钻埋头孔突起92为圆锥形形状的，并且在芯销突起76的基部处与圆柱形形状的芯销突起76成一体，在芯销突起76的基部处芯销突起与顶部冲头面82会合。

底部冲头主体64包括内部通道74。内部通道74为圆柱形形状的，并且被配置成接纳芯棒66，如图7所示。底部冲头主体64包括位于底部冲头主体64的压制端部上的底部冲头面84。底部冲头主体64包括位于底部冲头面84上的底部冲头钻埋头孔突起94。底部冲头钻埋头孔突起94与底部冲头主体64一体地形成。底部冲头钻埋头孔突起94为圆锥形形状的，并且在底部冲头面84处包围内部通道74的开口。

参见图7，芯棒66被部分地设置在内部通道74中，并且可相对于底部冲头主体64沿着压制轴线68移动。芯棒66还可相对于底部冲头钻埋头孔突起94移动，当芯棒穿过内部通道74的开口部分地定位并且在底部冲头面84的上方延伸时，该突起包围芯棒66(参见图7)。

在操作中，穿过粉末压实模具70中的底部开口定位底部冲头主体64(参见图7)。沿着压制轴线68、穿过内部通道74的开口并且穿过底部冲头钻埋头孔突起94定位芯棒66，使得芯棒66在底部冲头面84的上方延伸。以这种方式，芯棒66被部分地定位在内部通道74中并且部分地定位在粉末压实模具70中。粉末压实模具70、底部冲头主体64和芯棒66形成包括模具腔体的组件，该模具腔体填充有待压缩的冶金粉末78。穿过粉末压实模具70中的顶部开口定位顶部冲头主体62，使得顶部冲头面82和底部冲头面84处于相对取向。在相对的顶部冲头面82与底部冲头面84之间设置冶金粉末78(参见图8)。

沿着压制轴线68朝向粉末压实模具70中的底部冲头主体64移动顶部冲头主体62。通过顶部冲头主体62的顶部冲头面82和底部冲头主体64的底部冲头面84向冶金粉末78施加压缩力。在顶部冲头主体62朝向底部冲头主体64移动时，芯销突起76同轴地接合芯棒66并且将芯棒66完全推入到底部冲头主体64中的内部通道74中(参见图8)。芯销突起76与芯棒66的同轴接合将通孔维持在所得粉末压坯中。在顶部冲头主体62朝向底部冲头主体64移动以压缩冶金粉末78时，芯销突起76穿过底部冲头面84中的开口进入到底部冲头主体64中的内部通道74中，芯棒66部分地延伸穿过该开口(如图7所示)，之后通过接合和推进芯销突起76而被完全推入到内部通道74中(如图8所示)。以这种方式，芯棒66被完全定位在底部冲头主体64中的内部通道74中，并且芯销突起被部分地定位在底部冲头主体64中的内部通道74中并且在所得粉末压坯中部分地形成通孔的表面(参见图8)。

在压制行程期间在顶部冲头面82、底部冲头面84、粉末压实模具70的侧壁和芯销突起76之间压缩和压实冶金粉末78，如图8所示。图9A和图9B示出所得的粉末压坯50。粉末压坯50包括顶部表面51、底部表面53和周边侧表面58。通孔55被设置为穿过顶部表面51和底部表面53，并且被设置为大致平行于周边侧表面58。通孔55包括顶部埋头孔表面91和底部埋头孔表面93。粉末压坯50用于制备双面可转位切削工具刀片，其将使用定位在通孔55中的对应埋头螺钉附接到工具夹持器。以这种方式，所得切削工具刀片可附接到工具夹持器，使得顶部表面51或底部表面53中的任一者可在任何一个时间从工具夹持器面向外部。

粉末压坯50的顶部表面51和底部表面53的几何形状分别由顶部冲头面82和底部冲头面84的几何形状形成。周边侧表面58的几何形状由粉末压实模具70的侧壁的几何形状形成。顶部埋头孔表面91和底部埋头孔表面93的几何形状分别由顶部冲头钻埋头孔突起92和底部冲头钻埋头孔突起94的几何形状形成。

一体化芯销突起76消除了任何条带区域，但通孔55仍包括“阶梯”区域90。阶梯区域90形成在通孔的位于顶部埋头孔表面91与底部埋头孔表面93之间的表面上，该表面是在顶部冲头钻埋头孔突起92与底部冲头钻埋头孔突起94的端部之间压缩冶金粉末78的地方。阶梯区域90被设置在粉末压坯50的厚度维度的中心处。

在各种实施例中，阶梯区域可能有问题，其原因与条带区域可能有问题是相同的，如上所述。更一般来讲，通孔的表面上的提供通孔的埋头孔区域之间的不连续性的任何区域或特征可导致机械干扰用于将切削工具刀片安装到工具夹持器的附接螺钉。另外，通孔中的不连续区域(诸如条带或阶梯)需要形成较厚的粉末压坯和所得切削刀片，这限制了设计灵活性并且需要使用较多的冶金粉末材料。另外，不连续区域可易于在烧结粉末压坯之前破裂和破损，这可能需要报废整个压坯。此外，通孔中的不连续区域(诸如条带或阶梯)可增加压制冲头的破损发生率。

在各种实施例中，双面切削工具刀片包括顶部表面、底部表面和连接顶部表面与底部表面的埋头通孔，其中埋头通孔包括连接顶部表面与底部表面的连续通孔表面。如本文所用，术语“连续表面”或“连续通孔表面”是指没有条带、阶梯、平面交点或其他几何表面不连续性的表面。包括连续通孔表面的双面切削工具刀片可例如使用包括芯销和芯棒的粉末压制装置制成，其中芯销和芯棒均包括具有相同突起几何形状的钻埋头孔突起。

参见图10-图18，用于制备切削刀片的粉末压制装置100包括顶部冲头主体112、底部冲头主体114、芯销106和芯棒116。芯销106和芯棒116为圆柱形形状的。顶部冲头主体112包括内部通道122。内部通道122为圆柱形形状的，并且被配置成接纳芯销106，如图12、图13和图16-图18所示。顶部冲头主体112包括位于顶部冲头主体112的压制端部上的顶部冲头面132。芯销106包括位于芯销106的压制端部上的芯销钻埋头孔突起142。芯销钻埋头孔突起142与芯销106一体地形成。芯销钻埋头孔突起142包括弓形形状的突起表面141，其在芯销的压制端部处设置在圆柱形芯销106的圆周周围，如图13和图16所示。顶部冲头主体112和芯销106共同构成顶部冲头组件。

底部冲头主体114包括内部通道124。内部通道124为圆柱形形状的，并且被配置成接纳芯棒116，如图12和图14-图18所示。底部冲头主体114包括位于底部冲头主体114的压制端部上的底部冲头面134。芯棒116包括位于芯棒116的压制端部上的芯棒钻埋头孔突起144。芯棒钻埋头孔突起144与芯棒116一体地形成。芯棒钻埋头孔突起144包括弓形形状的突起表面143，其在芯棒的压制端部处设置在圆柱形芯棒116的圆周周围，如图14-图16所示。底部冲头主体114和芯棒116共同构成底部冲头组件。

参见图12、图13、图16和图17，芯销106被设置在内部通道122中并且可相对于顶部冲头主体112沿着压制轴线118移动。在各种实施例中，芯销106和顶部冲头主体112可被构建为使得当芯销106被设置在内部通道112中时，仅芯销钻埋头孔突起142延伸超过顶部冲头面132。参见图12和图14-图17，芯棒116被部分地设置在内部通道124中并且可相对于底部冲头主体114沿着压制轴线118移动。芯棒116还被部分地设置成穿过内部通道124的开口并且在底部冲头面134的上方部分地延伸。在各种实施例中，芯棒116和底部冲头主体114可被构建为使得芯棒116在内部通道124内的位置(和芯棒的延伸穿过内部通道124的开口的部分)可相对于底部冲头主体114调整。

芯棒钻埋头孔突起144和芯销钻埋头孔突起142各自包括相同的几何形状。顶部冲头主体112和底部冲头主体114在冲头主体的压制端部处的面132和134上没有任何突起。

在操作中，穿过粉末压实模具120中的底部开口定位底部冲头主体114(参见图12和图15)。在底部冲头面134处沿着压制轴线118、穿过内部通道124的开口定位芯棒116，使得芯棒116在底部冲头面134的上方延伸(参见图14和图15)。以这种方式，芯棒116被部分地定位在内部通道124中并且部分地定位在粉末压实模具120中。粉末压实模具120、底部冲头主体114和芯棒116形成包括模具腔体的组件，该模具腔体填充有待压缩的冶金粉末128(参见图17)。

穿过粉末压实模具120中的顶部开口定位顶部冲头主体112，使得顶部冲头面132和底部冲头面134处于相对取向(参见图12和图16)。芯销106被定位在顶部冲头主体112中，使得仅芯销钻埋头孔突起142(和芯销钻埋头孔突起表面141)在顶部冲头面132的下方延伸(参见图12、图13和图17)。在相对的顶部冲头面132与底部冲头面134之间设置冶金粉末128(参见图17)。在压制操作期间，芯销106相对于顶部冲头主体112(并且因此，也相对于顶部冲头面132)保持静止并且处于固定位置中，并且随顶部冲头主体112移动，同时相对于顶部冲头主体维持固定位置。

沿着压制轴线118朝向粉末压实模具120中的底部冲头主体114移动顶部冲头主体112。芯销106在压制行程期间仅沿着压制轴线118随顶部冲头主体112的移动而移动，所述芯销在压制行程期间相对于顶部冲头主体112保持在固定位置中。通过顶部冲头主体112的顶部冲头面132并且通过底部冲头主体114的底部冲头面134向冶金粉末128施加压缩力。在顶部冲头主体112朝向底部冲头主体114移动时，芯销106和芯销钻埋头孔突起142与芯棒116和芯棒钻埋头孔突起144同轴对齐并且同轴接合(参见图17)。芯销106相对于顶部冲头主体112保持静止并且处于合适位置中，以便在所得粉末压坯中形成通孔。芯销106与芯棒116接合，并且芯棒116沿着压制轴线118移动到底部冲头主体114中的内部通道124中，直到仅芯棒钻埋头孔突起144在底部冲头面134的上方延伸(参见图18)。

可使用机械偏置机构诸如芯棒定位弹簧(未示出)在底部冲头面134的上方延伸的推进位置偏置芯棒116，如图12和图14-图17所示，这提供了从底部冲头主体114延伸的浮动芯棒116。在此类实施例中，芯销106与芯棒116的接合克服偏置力以将芯棒116推入到底部冲头主体114中的内部通道124中，直到仅芯棒钻埋头孔突起144在底部冲头面134的上方延伸，如图18所示。在其他实施例中，芯棒116沿着压制轴线118在底部冲头主体114中的内部通道124中的移动可使用气动、液压或机器人机构来致动，所述机构与顶部冲头主体112朝向底部冲头主体114的移动同时被控制以压缩和压实冶金粉末128。在此类实施例中，气动、液压或机器人致动可为可编程的并且使用例如计算机数控(CNC)方法来控制。

芯销钻埋头孔突起142与芯棒钻埋头孔突起144的同轴接合将通孔维持在所得粉末压坯中。当芯销钻埋头孔突起142与芯棒钻埋头孔突起144接合时，如图17-图19B所示，弓形形状的芯销钻埋头孔突起表面141和弓形形状的芯棒钻埋头孔突起表面143一起形成通孔轮廓表面140。参见图18，当顶部冲头主体112和底部冲头主体144在压制行程的末端处完全压缩冶金粉末128时，通孔轮廓表面140沿着压制轴线118在底部冲头面134与顶部冲头面132之间完全位于粉末压实模具120中。芯销钻埋头孔突起142和芯棒钻埋头孔突起144(以及相应钻埋头孔突起表面141和143)分别在顶部冲头面132的下方和底部冲头面134的上方延伸。芯销钻埋头孔突起142正在沿着压制轴线在所得粉末压坯的中心平面处接合芯棒钻埋头孔突起144，该压制轴线平行于压坯的厚度维度。以这种方式，所得粉末压坯的通孔表面的顶部半部(沿着压制轴线/厚度维度)由芯销钻埋头孔突起142形成，并且所得粉末压坯的通孔表面的底部半部由芯棒钻埋头孔突起144形成。互相接合的芯销106和芯棒116的钻埋头孔突起表面141和143一起形成连续通孔轮廓表面140，该连续通孔轮廓表面包括三维环形形状(即，具有几何环的三维轮廓)，如图19A所示。当在横截面中观察时，连续通孔轮廓表面140包括连续弓形轮廓，如图19B所示。

在顶部冲头面132、底部冲头面134、粉末压实模具120的侧壁和通孔轮廓表面140之间压缩和压实冶金粉末128。图20A和图20B示出所得的粉末压坯150。粉末压坯150包括顶部表面151、底部表面153和周边侧表面158。通孔155被设置为穿过顶部表面151和底部表面153，并且被设置为大致平行于周边侧表面158。通孔155包括连接顶部表面151与底部表面153的连续表面190。如图20A和图20B所示，连续通孔表面190没有条带、阶梯或其他几何不连续性。通孔155包括顶部埋头孔区域191和底部埋头孔区域193。顶部埋头孔区域191和底部埋头孔区域193是连续通孔表面190的区域。连续通孔表面190包括三维环形表面(即，具有几何环的三维轮廓)，如图20A所示。当在横截面中观察时，连续通孔表面190包括连续弓形轮廓，如图20B所示。

粉末压坯150的顶部表面151和底部表面153的几何形状分别由顶部冲头面132和底部冲头面134的几何形状形成。周边侧表面158的几何形状由粉末压实模具120的侧壁的几何形状形成。结合图20A和图20B参见图19A和图19B，顶部埋头孔区域191和底部埋头孔区域193的几何形状分别由芯销钻埋头孔突起表面141和芯棒钻埋头孔突起表面143的几何形状形成。以这种方式，连续通孔表面190的几何形状由连续通孔轮廓表面140的几何形状形成。

粉末压坯150用于制备双面可转位切削工具刀片，其将使用定位在通孔155中的对应埋头螺钉附接到工具夹持器。以这种方式，所得切削工具刀片可附接到工具夹持器，使得顶部表面151或底部表面153中的任一者可在任何一个时间从工具夹持器面向外部。

图21A-图21C比较粉末压坯30、50和150，其分别包括不连续条带区域40、不连续阶梯区域90和连续通孔表面190。粉末压坯30、50和150可用于制造双面切削工具刀片。如图21A-图21C所示，使用各自包括具有相同弓形几何形状的相对钻埋头孔突起的芯销和芯棒，连同使用在压制端部上没有钻埋头孔突起的冲头主体，将沿着通孔的表面产生没有潜在问题的不连续性的粉末压坯。

与包括不连续表面的通孔相比，连续通孔表面减小了对用于将切削工具刀片安装到工具夹持器的附接螺钉造成机械干扰的可能性。另外，连续通孔表面允许制备较薄的粉末压坯和所得切削刀片，这增加了设计灵活性并且需要使用较少的冶金粉末材料。另外，与包括条带、阶梯或其他表面不连续性的压坯相比，连续通孔表面减小了在烧结之前发生生坯破裂和破损的可能性。此外，连续通孔表面可减小在压制操作期间压制冲头破损的发生率，因为在压制行程期间使用各自包括具有相同弓形几何形状的相对钻埋头孔突起的芯销和芯棒减小了通孔内部的压制压力。另外，连续通孔表面提供了更强且更坚固的切削工具刀片。

图1-图21C所示的实施例采用粉末压制冲头和粉末压实模具，其形成圆形形状的粉末压坯，该粉末压坯将被烧结以制备圆形形状的切削工具刀片。然而，应当理解，本说明书中描述的各种实施例不限于圆形形状的粉末压坯和切削工具刀片。相反，本说明书中描述的各种实施例可用于制备具有任何周边形状的粉末压坯和切削工具刀片，所述形状包括例如圆形、三角形、三方形、正方形、矩形、平行四边形、五边形、六边形、八边形、不对称形状等。例如，图22示出了包括正方形周边形状的底部冲头主体214，其可用于制备具有对应正方形周边形状的粉末压坯(和切削工具刀片)。底部冲头主体214包括底部冲头面234和内部通道224。包括芯棒钻埋头孔突起224的芯棒216被定位在底部冲头主体214中的内部通道224中。芯棒钻埋头孔突起224包括弓形形状的钻埋头孔突起表面243。芯棒216和底部冲头主体214可与对应形状和尺寸的粉末压实模具、顶部冲头主体和芯销一起使用以制备具有连续通孔表面的正方形形状的粉末压坯和切削工具刀片，如本说明书中大体描述。

图23示出了包括六边形周边形状的底部冲头主体314，其可用于制备具有对应六边形周边形状的粉末压坯(和切削工具刀片)。底部冲头主体314包括底部冲头面334和内部通道324。包括芯棒钻埋头孔突起324的芯棒316被定位在底部冲头主体314中的内部通道324中。芯棒钻埋头孔突起包括弓形形状的钻埋头孔突起表面343。芯棒316和底部冲头主体314可与对应形状和尺寸的粉末压实模具、顶部冲头主体和芯销一起使用以制备具有连续通孔表面的六边形形状的粉末压坯和切削工具刀片，如本说明书中大体描述。以类似方式，具有三角形、三方形、矩形、平行四边形、五边形、八边形、不对称形状和其他类似形状的粉末压实模具、顶部冲头主体和底部冲头主体可用于制备具有连续通孔表面和对应周边形状的粉末压坯和切削工具刀片。

在各种实施例中，用于制备切削工具刀片的方法可包括从粉末压实模具移除粉末压坯。从粉末压实模具移除粉末压坯可涉及例如顶出操作模式或撤出操作模式。

在顶出操作模式中，粉末压实模具被保持在固定位置中，并且顶部冲头和底部冲头可独立地移动。在底部冲头与顶部冲头之间压缩冶金粉末以形成粉末压坯之后，顶部冲头(包括芯销)沿着压制轴线向上移出粉末压实模具。通过底部冲头从粉末压实模具顶出粉末压坯，该底部冲头沿着压制轴线向上移动穿过粉末压实模具。

在顶出期间，芯棒可保持静止，并且仅底部冲头主体向上移动穿过粉末压实模具，从而同时从粉末压实模具和芯棒顶出粉末压坯。作为另外一种选择，在顶出压坯时，芯棒可随粉末压坯向上移动(浮动)。一旦粉末压坯离开粉末压实模具，粉末压坯便可经历轻微弹性膨胀(即，生坯膨胀或弹出)，这导致粉末压坯从芯棒释放。芯棒然后沿着压制轴线向下自由地移动回到底部冲头中以恢复填充位置。

可在单动作压制行程或双动作压制行程中的任一者之后使用顶出操作模式。在单动作压制行程期间，粉末压实模具和底部冲头保持静止并且压实由沿着压制轴线移动的顶部冲头来执行，该顶部冲头可由例如压机的动作来驱动。在双动作压制行程期间，粉末压实模具保持静止，并且压实由沿着压制轴线的移动顶部冲头和相对的移动底部冲头来执行。顶部冲头和底部冲头在双动作压制行程期间沿着压制轴线的相对移动也可由例如压机的动作来驱动。

在撤出操作模式中，底部冲头被保持静止在固定位置中，并且顶部冲头和粉末压实模具可独立地移动。在底部冲头与顶部冲头之间压缩冶金粉末以形成粉末压坯之后，顶部冲头(包括芯销)沿着压制轴线向上移出粉末压实模具。粉末压实模具沿着压制轴线相对于静止底部冲头向下移动。在粉末压实模具沿着压制轴线向下移动时，粉末压坯保持定位在静止底部冲头的面上，从而从粉末压实模具释放粉末压坯。芯棒被保持静止，直到粉末压实模具已完全从粉末压坯撤出。一旦粉末压实模具已完全从粉末压坯撤出，粉末压坯便可经历轻微弹性膨胀(即，生坯膨胀或弹出)，这导致粉末压坯从芯棒释放。芯棒然后沿着压制轴线向下自由地移动回到底部冲头中。

在各种实施例中，用于制备切削工具刀片的方法可包括使用顶出操作模式或撤出操作模式中的任一者从粉末压实模具移除粉末压坯。在各种实施例中，用于制备切削工具刀片的方法还可包括烧结所移除的粉末压坯以形成切削工具刀片。

已参考各种非限制性和非详尽实施例来描写了本说明书。然而，本领域的普通技术人员将认识到，可在本说明书的范围内做出任何所公开的实施例(或其部分)的各种置换、修改或组合。因此，可以预期并理解，本说明书支持本文中未明确阐述的另外的实施例。可例如通过组合、修改或重组本说明书中所描述的各种非限制性和非详尽实施例的任何所公开的步骤、部件、元件、特征、方面、特性、限制等来获得此类实施例。以这种方式，申请人在审查期间保留对权利要求书进行修正以添加本说明书中多方面描述的特征的权利，并且此类修正遵守35U.S.C.§112第一段和35U.S.C.§132(a)的要求。

Claims (23)

1.一种用于制备切削工具刀片的方法，所述方法包括：

将底部冲头定位到粉末压实模具中，所述底部冲头包括：

底部冲头主体，

底部冲头面，所述底部冲头面位于所述底部冲头主体的压制端部上，

内部通道，所述内部通道设置在所述底部冲头主体中并且在所述底部冲头面处开口，以及

芯棒，其部分地设置在所述内部通道中，所述芯棒包括压制端部和位于所述压制端部上的钻埋头孔突起，其中所述芯棒穿过所述内部通道的所述开口并且在所述底部冲头面的上方部分地延伸；

将冶金粉末引入到由所述粉末压实模具和所述底部冲头形成的模具腔体中；

将顶部冲头以与所述底部冲头相对的取向定位到所述粉末压实模具中，所述顶部冲头包括：

顶部冲头主体，

顶部冲头面，所述顶部冲头面位于所述顶部冲头主体的压制端部上，

内部通道，所述内部通道设置在所述顶部冲头主体中并且在所述顶部冲头面处开口，以及

芯销，其设置在所述内部通道中，所述芯销包括压制端部和位于所述压制端部上的钻埋头孔突起，其中所述钻埋头孔突起穿过所述内部通道的所述开口并且在所述顶部冲头面的下方延伸；以及

在所述底部冲头与所述顶部冲头之间压缩所述冶金粉末以形成粉末压坯，

其中所述芯棒的钻埋头孔突起和所述芯销的钻埋头孔突起各自包括弓形形状的突起表面。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述芯棒的钻埋头孔突起和所述芯销的钻埋头孔突起各自包括沿着压制轴线在相对取向上的相同几何形状。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述芯棒具有圆柱形的形状，并且其中所述芯销具有圆柱形的形状。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述冶金粉末的所述压缩包括：

沿着压制轴线朝向所述底部冲头移动所述顶部冲头；

接合所述芯销和所述芯棒的所述压制端部以形成连续通孔轮廓表面，其中所述芯销和芯棒沿着所述压制轴线同轴对齐；和

在所述底部冲头面与所述顶部冲头面之间压实所述冶金粉末以形成所述粉末压坯；

其中所述底部冲头面形成所述粉末压坯的底部表面，所述顶部冲头面形成所述粉末压坯的顶部表面，所述粉末压实模具的侧壁形成所述粉末压坯的周边侧表面，并且所述连续通孔轮廓表面形成所述粉末压坯的通孔表面。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述芯棒的钻埋头孔突起和所述芯销的钻埋头孔突起一起形成所述连续通孔轮廓表面。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述连续通孔轮廓表面包括环形形状。

7.根据权利要求4所述的方法，其中所述芯销的所述压制端部接合所述芯棒的所述压制端部并且沿着所述压制轴线将所述芯棒推入到所述底部冲头主体中的所述内部通道中。

8.根据权利要求4所述的方法，其中在压制行程的末端处，所述通孔轮廓表面沿着所述压制轴线在所述底部冲头面与所述顶部冲头面之间完全位于所述粉末压实模具中。

9.根据权利要求4所述的方法，其中在压制行程的末端处，所述芯销的钻埋头孔突起与所述芯棒的钻埋头孔突起之间的所述接合位于所述粉末压坯的沿着厚度维度的中心平面处。

10.根据权利要求4所述的方法，其中所述粉末压坯的所述通孔表面的顶部半部由所述芯销的钻埋头孔突起形成，并且其中所述粉末压坯的所述通孔表面的底部半部由所述芯棒的钻埋头孔突起形成。

11.根据权利要求1所述的方法，还包括：

从所述粉末压实模具移除所述粉末压坯；

以及烧结所述粉末压坯以形成切削工具刀片。

12.一种包括烧结根据权利要求1所述的方法制成的粉末压坯的方法。

13.一种根据权利要求1所述的方法制成的粉末压坯。

14.一种根据权利要求1所述的方法制成的切削工具刀片。

15.根据权利要求14所述的切削工具刀片，所述刀片包括：

顶部表面；

底部表面；和

埋头通孔，所述埋头通孔包括连接所述顶部表面与所述底部表面的连续表面。

16.根据权利要求15所述的切削工具刀片，其中所述埋头通孔包括环形表面。

17.一种用于制备切削工具刀片的粉末压制装置，包括：

底部冲头主体，所述底部冲头主体包括位于所述底部冲头主体的压制端部上的底部冲头面，以及设置在所述底部冲头主体中并且在所述底部冲头面处开口的内部通道；

芯棒，其部分地设置在所述底部冲头主体的所述内部通道中，所述芯棒包括压制端部和位于所述压制端部上的钻埋头孔突起，其中所述芯棒穿过所述内部通道的所述开口并且在所述底部冲头面的上方部分地延伸；

顶部冲头主体，所述顶部冲头主体包括位于所述顶部冲头主体的压制端部上的顶部冲头面，以及设置在所述顶部冲头主体中并且在所述顶部冲头面处开口的内部通道；和

芯销，其设置在所述顶部冲头主体的所述内部通道中，所述芯销包括压制端部和位于所述压制端部上的钻埋头孔突起，其中所述钻埋头孔突起穿过所述内部通道的所述开口并且在所述顶部冲头面的下方延伸，

其中所述芯棒的钻埋头孔突起和所述芯销的钻埋头孔突起各自包括弓形形状的突起表面。

18.根据权利要求17所述的粉末压制装置，其中所述芯棒的钻埋头孔突起和所述芯销的钻埋头孔突起各自包括相同几何形状。

19.根据权利要求17所述的粉末压制装置，其中所述芯棒具有圆柱形的形状，并且其中所述芯销具有圆柱形的形状。

20.根据权利要求17所述的粉末压制装置，其中所述芯销和所述芯棒的所述压制端部被配置成在压制行程期间互相接合以形成连续通孔轮廓表面。

21.根据权利要求20所述的粉末压制装置，其中所述芯棒的钻埋头孔突起和所述芯销的钻埋头孔突起一起形成所述连续通孔轮廓表面。

22.根据权利要求20所述的粉末压制装置，其中所述连续通孔轮廓表面包括环形形状。

23.一种切削工具刀片，包括：

顶部表面；

底部表面；和

埋头通孔，所述埋头通孔包括连接所述顶部表面与所述底部表面的连续表面，

其中所述埋头通孔包括环形表面。