CN109590496A - 具有凹口、切削刀片的工具承载架及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“具有凹口、切削刀片的工具承载架及其制造方法”。本发明公开了一种切削刀片，所述切削刀片包括具有带有凹座的主体的工具承载架，以及通过钎焊附连到所述凹座的切削刀头。所述凹座由竖直后壁和水平支撑表面限定。凹口在所述竖直后壁和所述水平支撑表面之间的交叉处形成。所述凹口具有靠近所述竖直后壁并且形成有半径R1的非平面第一部分，以及在所述第一部分和所述水平支撑表面之间延伸并且相对于平行于所述凹座的所述水平支撑表面的平面以倾斜角形成的平面第二部分。所述凹口的设计显著减小了热应力并且在使用注射成型方法来形成所述工具承载架时消除了在所述工具承载架的所述凹座中裂缝的形成。

Description

具有凹口、切削刀片的工具承载架及其制造方法
技术领域
本发明涉及切削刀片，并且更具体地讲，涉及包括切削刀头的切削刀片，该切削刀头由诸如PCBN等的超硬材料制成，附连到由诸如烧结碳化物等的合适材料制成的工具承载架上。
背景技术
通过借助于钎焊材料(诸如液体钎焊焊料)将诸如PCBN尖端之类的硬金属主体附连到通常称为工具承载架或承载架的部分来为切削刀片提供超硬切削刃。
多晶金刚石(PCD)或多晶立方氮化硼(PCBN)、金刚石和金刚石复合材料通常用于为切削工具提供超硬切削刃，诸如用于金属加工中的切削刀片。
现在参见图8和图9，常规工具承载架100(也称为坯料)包括由竖直后壁102a和水平座置表面102b限定的凹座102，以及在后壁102a和座置表面102b之间的交叉处的钎焊凹口104。钎焊凹口102形成有半径R，以用于在将切削刀头(未示出)附连到工具承载架100时容纳钎焊材料。通常，钎焊凹口102具有至少0.10mm(0.004英寸)的半径R。
当使用注射成型方法制造工具承载架100时，已经观察到问题。工具承载架100由烧结碳化物材料制成。在注射成型方法期间，工具承载架100的热碳化物材料在接触模具表面时在模具中收缩。因为收缩与工具承载架100的尺寸成比例，如图8中的箭头所示，所以热碳化物材料沿水平方向收缩得更多，这导致钎焊凹口104附近的应力集中。此外，当将热材料注入模具(未示出)时，由于模具(或冲模)与工具承载架100之间的摩擦力，工具承载架100中的裂缝可能出现。随着工具承载架100中的温度降低，工具承载架100开始收缩。因为工具承载架100沿水平和竖直方向不同地收缩，所以模具将“拖曳”工具承载架100的凹口部分，从而产生裂缝，这对工具承载架100的性能是有害的。
当将切削刀头附连到工具承载架时，已经观察到另一个问题。通常，在切削刀头的与凹座壁相邻的拐角处形成倒角，以试图在切削刀头和工具承载架之间提供足够的粘结力，并避免切削刀头和工具承载架之间的干扰。遗憾的是，在切削刀头中产生倒角会增加切削刀片的制造成本。
鉴于以上所述研发了本发明。
发明内容
在制造方法期间在工具承载架中形成裂缝的问题通过以下方式来解决：在承载架的凹座的竖直后壁和水平支撑表面之间的交叉处提供凹口，该凹口形成有具有半径的非平面第一部分，以及相对于水平支撑表面具有倾斜角的平面第二部分。平面第二部分允许模具在工具承载架收缩期间相对于工具承载架移动，以减小凹口附近的应力，从而消除工具承载架中裂缝的形成。此外，凹口消除了在切削刀头中产生倒角的需要，从而降低了切削刀片的制造成本。
在本发明的一个方面，用于切削刀片的工具承载架，该工具承载架包括主体；形成在主体中以用于容纳切削刀片的切削刀头的凹座，该凹座由竖直后壁和水平支撑表面限定；以及在凹座的竖直后壁和水平支撑表面之间的交叉处形成的凹口，其中凹口具有靠近竖直后壁并且形成有半径R1的非平面第一部分，以及在第一部分和水平支撑表面之间延伸并且相对于平行于凹座的水平支撑表面的平面以倾斜角A形成的平面第二部分。
在本发明的另一方面，切削刀片包括切削刀头和工具承载架。工具承载架包括主体；形成在主体中以用于容纳切削刀片的切削刀头的凹座，该凹座由竖直后壁和水平支撑表面限定；以及在凹座的竖直后壁和水平支撑表面之间的交叉处形成的凹口，其中凹口具有靠近竖直后壁并且形成有半径R1的非平面第一部分，以及在第一部分和水平支撑表面之间延伸并且相对于平行于凹座的水平支撑表面的平面以倾斜角A形成的平面第二部分。
在本发明的又一方面，用于通过使用注射成型方法来制造切削刀片的工具承载架的方法，该工具承载架包括主体以及形成在主体中以用于容纳切削刀片的切削刀头的凹座，该方法包括通过钎焊将切削刀头附连到工具承载架的凹座，其中凹座包括竖直后壁、水平支撑表面、以及在凹座的竖直后壁和水平支撑表面之间的交叉处形成以用于容纳钎焊材料的凹口，并且其中凹口具有靠近竖直后壁而且形成有半径R1的非平面第一部分，以及在第一部分和水平支撑表面之间延伸而且相对于平行于凹座的水平支撑表面的平面以倾斜角A形成的平面第二部分，并且其中凹口消除了注射成型方法期间工具承载架中裂缝的形成。
在阅读本说明书和附图之后，本发明的这些和其他方面将得到更充分的理解。
附图说明
虽然示出了本发明的各种实施方案，但是示出的实施方案不应视为对权利要求的限制。预期可以在不脱离本发明范围的情况下进行各种变化和修改。
图1是根据本发明的方面的切削刀片的等轴视图；
图2是图1的切削刀片的工具承载架、承载架凹座和切削刀头的放大视图；
图3是图1的切削刀片的俯视图；
图4是沿图3的线4-4截取的切削刀片的剖视图；
图5是图4中所示的切削刀片的工具承载架、承载架凹座和切削刀头的放大视图；
图6是图5中所示的切削刀片的工具承载架、承载架凹座和切削刀头的放大视图；
图7是根据本发明的方面的形成在承载架凹座中的凹口的放大剖视图；
图8是常规工具承载架的等轴视图；并且
图9是形成在图8中所示的常规工具承载架的凹座中的常规凹口的剖视图。
具体实施方式
现在参见图1-图6，根据本发明的实施方案示出了切削刀片10。一般来讲，切削刀片10包括工具承载架12，该工具承载架具有带有至少一个凹座14的主体13。切削刀片10还包括附连到工具承载架12的至少一个切削刀头16。在图示实施方案中，工具承载架12具有总共四个凹座14和附连到其上的四个切削刀头16。然而，应当理解，本发明并不受凹座和切削刀头的数量的限制，并且可利用任何所需数量的凹座和切削刀头来实施本发明。
如本文所用，术语“超硬材料”是指维氏硬度大于约25GPa的材料。此类材料包括但不限于金刚石、立方氮化硼、亚氧化硼、碳化硼、多晶金刚石(PCD)、多晶立方氮化硼(PCBN)、和碳化硅粘结的金刚石(ScD)。
如本文所用，术语“PCBN”是指多晶立方氮化硼，其通常包括分散在包含金属和/或陶瓷相的粘合剂相中的立方氮化硼晶粒。
如本文所用，术语“切削刀片”是指碳化钨或替代切削材料的零件，该零件被机械地保持、钎焊、锡焊或焊接到冲模或基板承载架上的位置，并且在磨损时丢弃，其他部分被安装在它们的位置。
如本文所用，术语“工具承载架”是指刚性主体，该刚性主体将一个或多个切削刀头牢固地保持在适当位置，使得它们可用于车削、铣削、镗削、切削或钻孔应用中。
工具承载架12(也称为坯料、承载架等)具有孔18以用于在将切削刀片10安装到切削工具(未示出)时接收紧固件(未示出)。每个凹座14由竖直后壁14a和基本上垂直于竖直后壁14a的水平支撑表面14b限定。凹座14基本上彼此相同，因此为简洁起见，本文仅描述一个凹座。
切削刀头16通常由超硬材料制成。此类材料包括但不限于金刚石、立方氮化硼、亚氧化硼、碳化硼、多晶金刚石(PCD)、多晶立方氮化硼(PCBN)、和碳化硅粘结的金刚石(ScD)。如图2所示，每个切削刀头16具有顶壁16a、底壁16b、后壁16c、多个侧壁16d和连接一对侧壁16d的拐角半径16e。每个切削刀头16安装在相应的凹座14中，使得切削刀头16的底壁16b和后壁16c分别接触凹座14的竖直后壁14a和水平支撑表面14b。
每个切削刀头16通过本领域已知的任何合适的方式附连到相应的凹座14。在一个实施方案中，切削刀头16通过钎焊钎焊合金材料层20来附连到凹座14。在将切削刀头16钎焊到工具承载架12之后，切削刀片10可经过标准修整方法，诸如顶部和底部磨削、周边磨削、以及期望的刃制备和/或涂覆。
本发明的一个方面是工具承载架12包括凹座14的竖直后壁14a和水平支撑表面14b之间的交叉处形成的凹口22。凹口22具有靠近竖直后壁14a并且形成有在0.02mm和0.30mm之间的范围内的半径R1的非平面第一部分22a，以及在第一部分22a和水平支撑表面14b之间延伸并且相对于平行于凹座14的水平支撑表面14b的平面24以倾斜角A形成的平面第二部分22b。应当理解，半径R1和倾斜角A的大小取决于工具承载架12和切削刀片16的尺寸，并且因此本发明不受半径R1和倾斜角A的大小的限制。凹口22的设计使得模具(未示出)在收缩期间将在平面第二部分22b上滑动，从而显著减小凹口22中的应力并且消除在注射成型方法期间工具承载架12的破裂。
在一个实施方案中，非平面第一部分22a的半径R1在约0.02mm和约0.30mm之间的范围内。例如，半径R1可为约0.04mm。平面第二部分22b的倾斜角A在约5度和约60度之间的范围内。例如，倾斜角A可为约15度。平面第二部分22b的长度L在凹口22的总长度LT的0.20和0.90倍之间的范围内。例如，平面第二部分22b的长度L可为约0.15mm，并且凹口的总长度LT可为约0.20mm。
本发明的凹口22的设计的有限元分析(FEA)表明，与图9中所示的常规凹口设计相比，在注射成型方法过程中的收缩期间出现的凹口22附近的最大应力减小了10倍以上。
本文所提到的专利和出版物据此以引用方式并入全文。
虽然当前已描述了优选实施方案，但本发明在所附权利要求书的范围内可以其他方式体现。

Claims (18)

1.一种用于切削刀片的工具承载架，所述工具承载架包括：
主体；
凹座，所述凹座形成在所述主体中以用于容纳切削刀片的切削刀头，所述凹座由竖直后壁和水平支撑表面限定；和
凹口，所述凹口形成在所述凹座的所述竖直后壁和所述水平支撑表面之间的交叉处，
其中所述凹口具有靠近所述竖直后壁并且形成有半径R1的非平面第一部分，以及在所述第一部分和所述水平支撑表面之间延伸并且相对于平行于所述凹座的所述水平支撑表面的平面以倾斜角A形成的平面第二部分。
2.根据权利要求1所述的工具承载架，其中所述平面截面部分的长度在所述凹口的总长度的0.20和0.90倍之间的范围内。
3.根据权利要求1所述的工具承载架，其中所述凹口的所述平面第二部分的长度是所述凹口的总长度的0.75倍。
4.根据权利要求1所述的工具承载架，其中所述半径R1在0.02mm和0.30mm之间的范围内。
5.根据权利要求1所述的工具承载架，其中所述倾斜角A在5度和60度之间的范围内。
6.根据权利要求1所述的工具承载架，其中所述凹口具有0.20mm的总长度。
7.根据权利要求1所述的工具承载架，还包括通过钎焊附连到所述凹座的切削刀头。
8.根据权利要求7所述的工具承载架，其中所述切削刀头通过钎焊附连到所述凹座。
9.一种切削刀片，包括：
切削刀头；和
工具承载架，所述工具承载架包括：
主体；
凹座，所述凹座形成在所述主体中以用于容纳所述切削刀头，所述凹座由竖直后壁和水平支撑表面限定；和
凹口，所述凹口形成在所述凹座的所述竖直后壁和所述水平支撑表面之间的交叉处，
其中所述凹口具有靠近所述竖直后壁并且形成有半径R1的非平面第一部分，以及在所述第一部分和所述水平支撑表面之间延伸并且相对于平行于所述凹座的所述水平支撑表面的平面以倾斜角A形成的平面第二部分。
10.根据权利要求9所述的切削刀片，其中所述平面截面部分的长度在所述凹口的总长度的0.20和0.90倍之间的范围内。
11.根据权利要求9所述的切削刀片，其中所述凹口的所述平面第二部分的长度是所述凹口的总长度的0.75倍。
12.根据权利要求9所述的切削刀片，其中所述半径R1在0.02mm和0.30mm之间的范围内。
13.根据权利要求9所述的切削刀片，其中所述倾斜角A在5度和60度之间的范围内。
14.根据权利要求9所述的切削刀片，其中所述凹口具有0.20mm的总长度。
15.根据权利要求9所述的切削刀片，还包括通过钎焊附连到所述凹座的切削刀头。
16.一种用于通过使用注射成型方法来制造切削刀片的工具承载架的方法，所述工具承载架包括主体以及形成在所述主体中以用于容纳切削刀片的切削刀头的凹座，所述方法包括通过钎焊将所述切削刀头附连到工具承载架的所述凹座，其中所述凹座包括竖直后壁、水平支撑表面、以及在所述凹座的所述竖直后壁和所述水平支撑表面之间的交叉处形成以用于容纳钎焊材料的凹口，并且其中所述凹口具有靠近所述竖直后壁而且形成有半径R1的非平面第一部分，以及在所述第一部分和所述水平支撑表面之间延伸而且相对于平行于所述凹座的所述水平支撑表面的平面以倾斜角形成的平面第二部分，并且其中所述凹口消除了所述注射成型方法期间所述工具承载架中裂缝的形成。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述半径R1在0.02mm和0.30mm之间的范围内。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述倾斜角在5度和60度之间的范围内。
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