CN1729065A - 用来制造硬质金属刀具的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用来制造具有至少两种不同硬度的材料的杆状硬质金属刀具的方法。具有较小硬度的第一种材料构成用于较硬的第二种材料的基体。第一种材料在第一个挤压模具(P1)内以塑性物料流的形式向其喷嘴区挤压。第二种材料在第一个挤压模具(P1)内同样以塑性物料流的形式压入第一种物料流内。本发明还涉及实施这种方法的装置。
Description
本发明涉及一种用来制造具有至少两种不同硬度的材料的杆状硬质金属刀具的方法，其中第一种材料具有较小的硬度，并构成用于第二种较硬材料的杆状基体。
例如由DE4021383C2、DE4120166C2、WO01/17705A2、DE10229325.2和DE10229326.0已知用来制造杆状硬质金属刀具，特别是硬质金属钻削工具的方法。在这些已知方法中分别采用一挤压模具，借助于此模具制造由塑性物质组成的圆柱形物体，它具有一个或几个分布在其内部的孔。挤压模具具有一带一变窄区和一喷嘴件的挤压喷头，喷嘴件形成一圆柱形通道。这些已知方法中没有一种用来制造具有至少两种不同硬度的材料的杆状硬质金属工具，其中第一种材料具有较小的硬度并构成较硬的第二种材料的杆状基体。
由US 4,762,445A已知一种用来制造具有圆柱形基体的钻削工具的方法。此基体在末端区域设计成圆锥形。它由第一种材料，例如碳化钨，组成，它不易断裂、坚韧、易于钎焊或焊接和可以良好地磨削。在该基体上加工出特别是磨出槽。这些槽用第二种极硬的材料填充，例如金刚石或立方氮化硼。接着采用高压和高温进行烧结，以便使两种材料相互牢固连接。所述槽做成这样的形状并这样选择位置，使得金刚石层或立方氮化硼构成钻削工具的切削刃。
这种已知方法的缺点是，基体上的通常借助于磨削进行的槽的加工成本很高。磨削的槽只有浅的深度，亦即它们在刀具纵向只有小的长度。这有这样的缺点，即最终制成的钻削工具最多只能刃磨几次。因此只能使用有限的时间。
由GB882693A已知，对不同金属材料的物料流进行合并。这在采用一设置在两个容器之间的喷头的情况下进行。物料流由不同的压力活塞提供，活塞凸肩分别伸入一容器内，这种作用方式的目的是制造具有偏心设置的拉力重心的双金属。借助于GB882693A中所述的方法不可能制造一种组分完全包围另一种组分的双组分金属杆。
同样由US 3,457,760A已知，对不同金属材料的物料流进行合并。这在采用一特殊机构的情况下进行，它具有一电加热的容器。将已经存在的双组分金属杆输送给此机构，其中第二种金属组分构成第一种金属组分的涂层。所述金属组分在采用一压力活塞的情况下通过一特殊成形的喷嘴挤出。在喷嘴出口提供一双组分金属杆，其中第二种金属组分构成第一种金属组分的涂层。借助于在US 3,457,760A中所述的方法仅仅能够进行已经存在的杆的横截面改变。
本发明的目的是，提出制造硬质金属刀具的途径，其中不出现上述缺点。
这个目的通过具有在权利要求1中所述特点的方法实现。优良的方案和改进结构在从属权利要求2-12中列出。权利要求13-20涉及用来实施按权利要求1-12之任一项的方法的装置。权利要求21和22的内容是按权利要求1-12之任一项的方法所制造的硬质金属刀具。
本发明的优点特别是，在基体上不必加工槽，因为在挤压期间第二种材料已经进入第一种材料。这使得特别是第二种材料不仅可以设置在边缘区域内，而且可以置入第一种材料的内部区域内。第二种材料在杆状刀具的轴向可以具有大的长度，使得可以毫无问题地经常进行刀具刃磨。这大大延长了刀具的使用寿命。
本发明其他优良的特性由以下借助于附图对实施例的说明得到。
附图表示：
图1用来表示本发明第一种实施例的示意图；
图2用来表示本发明第二种实施例的示意图；
图3用来表示本发明第二种实施例的示意图。
图1表示本发明第一种实施例的示意图。借助于此草图说明本发明的基本原理。
借助于在图1中所示的装置制造硬质金属刀具的杆状坯料，此刀具具有两种不同硬度的材料。第一种材料具有较小的硬度并构成用于第二种较硬材料的杆状基体。第一种材料是硬质金属，它具有高的韧性，因此具有高的抗断裂强度。因为第一种材料构成用于第二种材料的基体，最终制成的刀具由于第一种材料的韧性而不易断裂。第二种较硬的材料最好同样是硬质金属，但是具有与第一种材料不同的化学成分，以确保所希望的较高的硬度。在本实施例中，第二种较硬的材料构成第一种材料的芯部，亦即其沿纵向延伸的中心轴，但是按照另一种在图中未画出的实施例也可以偏心设置。
所示刀具的制造按如下方式进行：
在第一个按压模具P1中，以塑性物料流8形式存在的第一种材料通过挤压喷头宽的区域1沿方向7向喷嘴件2挤压，在宽的区域1和喷嘴件2之间设置一变窄的区域1a。喷嘴件形成一圆柱形通道。
第二种材料由第二个挤压模具提供。在第二个挤压模具中，同样以塑性物料流形式存在的第二种材料通过宽的区域11沿方向7向喷嘴件12挤压。在宽的区域11和喷嘴件12之间设一变窄区域11a。喷嘴件12形成一圆柱形通道，第二种材料以物料流的形式通过此通道输出到一输入管4。此输入管4设置在两个挤压模具P1和P2之间。通过此输入管由第二个挤压模具P2提供的材料输送给第一个挤压模具P1。第一挤压模具P1在挤压喷头区域内，尤其是在喷嘴件2区域内，具有一输入孔13，通过它接收经过输入管4提供的第二种材料。
在所示实施例中，喷嘴件2做成两体式，其中第一部分5a与挤压喷头的宽的区域1和变窄的区域1a做成一体。喷嘴件2的第二部分5b构成其末端区域，它可以从第一部分5a上取下，例如拧下。
在喷嘴件2的第一区域5a内装入一支架3，它是一同心的支承环。它可以在取下末端区域5b时方便地装入挤压模具P1和方便地重新从它里面取出。
支架3具有一通道3a，其终端构成一支架出口喷嘴10。在入口端，通道3a连接在一设置在喷嘴件2壳体内的通道14上。
由第二个挤压模具P2产生并通过输入管4提供的第二种材料通过入口13进入第一个挤压模具P1，并在那里通过通道14继续输送给支架3的通道3a。从支架3的出口喷嘴10挤出的第二种材料被挤入第一种物料流。因为在所示实施施例中出口喷嘴10设置在中央，在挤入后第二种材料成为第一种材料的芯部。
因此，从第一个挤压模具P1中挤出的圆柱形物体9具有一构成圆柱形物体9整个外部区域并由第一种材料组成的基体，圆柱形物体9的芯部9a由第二种材料构成，这以横剖视的形式表示在图1中的右下方。
作为上述实施例的另一种选择可以作如下变型：
第一种变型方案是，支架3不是设计成支承环的形式，而是销状支承元件的形式。第二种变型方案是，第二种材料不是以具有圆形横截面的物料流形式，而是以具有非圆形横截面物料流的形式挤入第一种材料。例如一种细长横截面的形式是有利的，它在喷嘴件半径的一半或者甚至整个内径上延伸。这种方法允许例如制造这样的钻削工具，即，其中切削区由第二种较硬的材料构成。
综上所述，所述实施例公开了一种用来制造具有两种不同硬度的材料的杆状硬质金属刀具的方法和装置。第一种材料具有较小的硬度并构成用于第二种较硬材料的杆状基体。第一种材料以塑性物料流的形式在第一个挤压模具内向挤压喷头的喷嘴件方向挤压。以塑性物料流的形式存在并且尤其是由第二个挤压模具P2提供的第二种材料在第一个挤压模具内挤入第一种物料流。
从第一个挤压模具P1中挤出的杆状尤其是圆柱形的物体被继续加工成一成品硬质金属工具，尤其是一硬质金属钻削工具或硬质金属铣刀。
在这种后续加工范围内，离开第一个挤压模具P1的物体在挤压模具P1之外切断成希望的长度。接着切断的物体可以借助于一摩擦面装置-例如像在WO 01/17705A2中详细说明的那样-均匀扭转(扭绞)。切断的和扭转或未扭转的物体进行干燥，有时在其外圈上配备一条或几条排屑槽，最后烧结。
通过这种方式得到一种硬质金属刀具，它由于第一种材料的特性而不易断裂，并由于第二种材料的特性在工作区内特别硬。
图2是一用来表示本发明第二个实施例的示意图，该实施例相当于图1中所示实施例的改进结构。按照此第二实施例，附加地在采用一第三个挤压模具P3的情况下提供第三种材料，它或者是具有和第二种材料一样的性能，或者是具有其他所希望的性能。此第三种材料通过另一输入管20输送给第一个挤压模具P1。
由第三个挤压模具P3产生并通过输入管20提供的第三种材料通过一入口18进入第一个挤压模具P1，并在那里经过通道19继续输送给支架3的通道3b。从支架3的出口喷嘴10b中挤出的第三种材料和从支架3的出口喷嘴10a中挤出的第二种材料一样压入第一种物料流。
在这个实施例中，从第一个挤压模具P1中挤出一圆柱形物体9。它具有一构成圆柱形物体整个外部区域的并由第一种材料组成的基体。在该基体内-如由图2右下方的上部横剖视所见-设有两个填充物。填充物9d由第二种材料组成，填充物9c由第三种材料组成。
按图2的实施例的变型在于，支架3的出口喷嘴10a和10b这样地选择成矩形，使得在完工钻削工具中填充物9c′和9d′构成切削刃。这表示在图2右下方的下横剖视中。填充物的弯曲形状可以通过这样的方法产生，即支架3的出口喷嘴10a和10b已经具有弯曲的形状，或者从第一个挤压模具P1中挤出的圆柱形物体在第一个挤压模具P1之外首先切断，然后以希望的方式扭转(扭绞)。
图3是本发明第三种实施例的示意图，此实施例相当于图2中所示实施例的改进结构。
在该实施例中，除在图2中所示的实施例之外还设有一控制单元21、一传感器22、一阀23和一阀24。阀23位于第二挤压模具P2和第一个挤压模具P1之间的输入管4内。阀24设置在第三个挤压模具P3和第一个挤压模具P1之间的输入管20内。传感器22设置在第一个挤压模具P1之外圆柱形物体9的出口区内，用来测量输出路程或速度，或者检测从第一个挤压模具P1中挤出的圆柱形物体什么时候到达规定的位置。如果挤出的圆柱形物体到达规定位置，那么传感器22便提供一输出信号SS。
此信号输送给控制单元21，并由它在计算控制信号S1、S2、S3和S4时加以考虑，控制信号S1用来调整安装在第二个挤压模具P2内的活塞6的运动速度。控制信号S2用来控制阀23。控制信号S3用来调整设置在第三个挤压模具P3内的活塞17的运动速度。控制信号S4用来控制阀24。控制单元21的其他控制信号用来调整第一个挤压模具P1内的第一种材料的流量。
所述的流量控制或调整例如这样进行，使得构成以后的钻削工具的切削区的第二和第三种材料仅仅在钻削工具的前半部分压入第一种材料。由此考虑这样的情况，即，完工钻削工具的后部区域在工作时夹紧在钻夹头内，永远不会成为切削区。这种方式节省成本，因为构成钻削工具的切削区域的并因此必须特别硬的第二和第三种材料通常比第一种材料贵得多，第一种材料具有较低的硬度。
优选地，所使用的全部材料都是硬质金属成分，它们分别具有所希望的性能。这样，由于整个产品都是由硬质金属成分组成，因此具有回收简单的优点。其中不存在任何焊接，也不用考虑和处理不同的物质。
或者也可以采取这样的方案，即，作为后来构成钻削工具的切削区域的较硬的材料，使用多晶金刚石(PKD)，它也是目前已知的钻削工具在切削区域所采用的材料。
本发明的方法和装置主要是用来制造硬质金属钻削工具或硬质金属铣刀，其作为基体材料的第一种硬质金属具有高的韧性和较小的硬度。这种硬质金属例如有高的钴含量和较粗的粒度，它不适用于硬质金属刀具的切削区。这种硬质金属价格较为便宜。在该基体材料中，通过挤压方法压入切削刃材料，其优选为一种具有很高硬度和较细粒度的硬质金属，以适应硬质金属刀具切削区的要求。或者，切削区域中也可以使用多晶金刚石。
这里，所制造的刀具还可以是铰刀。
所制造的刀具-例如象由WO 01/17705 A2已知的那样-可以具有内部的冷却通道，在刀具工作期间，通过这些冷却通道将液态的冷却介质导入该刀具的工作区。
作为上述实施形式的另一种选择，也可以代替活塞压力机采用螺杆压力机，如果对于参与制造过程的每台压力机流量是已知的话。
附图标记表
P1 第一个挤压模具
P2 第二个挤压模具
P3 第三个挤压模具
1 挤压喷头的宽区
1a 挤压喷头的变窄区
2 喷嘴件
3 支架
3a 支架内的通道
3b 支架内的通道
4 输入管
5a 喷嘴件2的第一区
5b 喷嘴件2的末端区
6 第二挤压模具的活塞
7 挤压方向
8 塑性物质
9 圆柱形物体
9a 由较硬的第二种材料组成的芯部
9b 由较软的第一种材料组成的基体
9c 由较硬的第二种材料组成的填充物
9d 由较硬的第三种材料组成的填充物
10 支架出口喷嘴
10a 支架出口喷嘴
10b 支架出口喷嘴
11 第二挤压喷头宽区
11a 第二挤压喷头的变窄区
12 第二挤压喷头的喷嘴件
13 入口
14 喷嘴件2内的通道
15 第三挤压喷头宽区
15a 第三挤压喷头的变窄区
16 第三挤压喷头的喷嘴件
17 第三挤压模具的活塞
18 入口
19 喷嘴件2内的通道
20 输入管
21 控制单元
22 传感器
23 阀
24 阀
S1、S2、S2、S4 控制信号
SS 传感器22的输出信号
Claims (22)
1.用来制造具有至少两种不同硬度的材料的杆状硬质金属刀具的方法，其中第一种材料具有较小的硬度并构成用于较硬的第二种材料的杆状基体，其特征为：
-第一种材料在第一个挤压模具(P1)内以塑性物料流的形式提供，
-第二种材料在第二个挤压模具(P2)内同样以塑性物料流的形式提供，
-第二种材料输送给第一个挤压模具(P1)，并在第一个挤压模具(P1)内压入到第一种物料流中，
-由第一和第二种材料组成的一个共同的塑性物料流作为杆状物体从第一个挤压模具中输出，其中第一种材料构成用于第二种材料的杆状基体，
-从第一个挤压模具中输出的杆状物体后续加工成一硬质金属刀具。
2.按权利要求1的方法，其特征为：第二种材料应用一喷头压入到第一种物料流中。
3.按权利要求2的方法，其特征为：第二种材料应用一非圆横截面喷头压入到第一种物料流中。
4.按权利要求3的方法，其特征为：第二种材料应用一细长横截面喷头压入到第一种物料流中。
5.按上述权利要求之任一项的方法，其特征为：第二种材料借助于第二个挤压模具(P2)提供，并通过一连接两个挤压模具的通道输送给第一挤压模具。
6.按权利要求5的方法，其特征为：根据传感器的输出信号调整所需要的材料流量。
7.按权利要求6的方法，其特征为：借助于传感器测量圆柱形物体从第一个挤压模具(P1)中挤出的速度。
8.按权利要求7的方法，其特征为：第一和第二个挤压模具(P1、P2)的物料流的速度分别根据传感器的输出信号通过活塞的运动进行控制。
9.按权利要求5-8之任一项的方法，其特征为：借助于第二个挤压模具(P2)提供的材料通过一控制阀输送给第一个挤压模具(P1)。
10.按权利要求9的方法，其特征为：阀根据传感器的输出信号控制。
11.按权利要求8-10之任一项的方法，其特征为：活塞和/或阀的运动这样地控制，使得第二种材料压入到第一种物料流中仅仅是在规定时间段内这样地进行，即，第二种材料仅压入到离开第一个挤压模具(P1)的物体的前部区域。
12.按上述权利要求之任一项的方法，其特征为：在第一个挤压模具(P1)内将另外的以塑性物料流的形式存在的材料压入到第一种物料流中。
13.用来实施按权利要求1-12之任一项的方法的装置，具有
-一第一个挤压模具(P1)，在它里面第一种材料可以以塑性物料流的形式向其喷嘴件(2)的方向挤压，
-一第二个挤压模具(P2)，借助于它提供塑性物料流形式的第二种材料，
-一连接两个挤压模具的通道(4)，
-另一个喷头(10)，第二种材料可通过它压入第一种材料。
14.按权利要求13的装置，其特征为：所述另一个喷头(10)具有非圆形横截面形状。
15.按权利要求14的装置，其特征为：所述另一个喷头具有细长的横截面形状。
16.按权利要求13-15之任一项的装置，其特征为：此装置具有一控制单元(21)，它用来调整所需要的材料流量。
17.按权利要求16的装置，其特征为：此装置具有一传感器(22)，它与控制单元(21)相连，控制单元(21)用来根据传感器的输出信号(SS)调整所需要的流量。
18.按权利要求13-17之任一项的装置，其特征为：此装置具有一阀(23)，该阀设置在连接两个挤压模具的通道(4)内。
19.按权利要求16-18之任一项的装置，其特征为：控制单元(21)用来控制阀(23)。
20.按权利要求13-19之任一项的装置，其特征为：此装置具有至少一个另外的挤压模具(P3)，它通过一通道(20)与第一个挤压模具(P1)连接，其中所述至少一个另外的挤压模具(P3)用来提供以塑性物料流的形式存在的另一种材料。
21.按权利要求1-12之任一项的方法制造的具有至少两种不同硬度的材料的杆状硬质金属刀具，其中第一种材料具有较小的硬度并构成用于较硬的第二种材料的杆状基体。
22.按权利要求21的硬质金属刀具，其特征为：较硬的第二种材料构成刀具的切削区。
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