TW201408402A - 多元件粉末壓實模及其相關方法 - Google Patents

Abstract

揭示一種組態用於製作切削刀片之多元件粉末壓實模。具有形成一頂部腔之一腔壁之一頂部區段及具有形成一底部腔之一腔壁之一底部區段堆疊並對準使得該頂部腔及該底部腔共同形成一模腔。該模腔具有一頂部腔壁及一底部腔壁。

Description

多元件粉末壓實模及其相關方法

本揭示內容係關於用於壓製冶金粉末以形成粉末壓塊用於製造切削工具刀片之模。

模組化切削工具係一種使用可移除地附接至工具支架之可轉位切削刀片之類型的金屬及合金切削工具。金屬及合金切削刀片通常具有單體式結構及位於不同邊角或圍繞刀片之周邊刃口之一或多個切削刃口。可轉位切削刀片機械固定至工具支架，但刀片可相對於工具支架調整及移除。可轉位切削刀片可容易地再定位(例如，轉位)以提供新切削刃口至工件或可在舉例而言切削刃口鈍化或破裂時在工具支架中更換。以此方式，可轉位刀片切削工具係包含至少一切削刀片及一工具支架之模組化切削工具總成。

切削刀片包含舉例而言銑刀、轉刀、鉆刀及類似刀片。切削刀片可由硬質材料諸如燒結碳化物及陶瓷製成。此等材料可使用粉末冶金技術諸如摻合、壓製及燒結處理以製作切削刀片。

在非限制性實施例中，揭示一種組態用於製作切削刀片之多元件粉末壓實模。多元件粉末壓實模包括頂部區段及底部區段。頂部區段包括在頂部區段中形成頂部腔之腔壁。底部區段包括在底部區段中形 成底部腔之腔壁。頂部區段及底部區段堆疊並對準使得頂部腔及底部腔共同形成包括頂部腔壁及底部腔壁之模腔。

在另一非限制性實施例中，揭示一種組態用於製作切削刀片之多元件粉末壓實模。多元件粉末壓實模包括正交頂部區段、至少一成角度中間區段及一正交底部區段。正交頂部區段包括在正交頂部區段中形成頂部腔之正交腔壁。至少一成角度中間區段包括在成角度中間區段中形成至少一中間腔之成角度腔壁。正交底部區段包括在正交底部區段中形成底部腔之正交腔壁。正交頂部區段、至少一成角度中間區段及正交底部區段堆疊並對準使得頂部腔、至少一中間腔及底部腔共同形成包括正交頂部腔壁、至少一成角度中間腔壁及正交底部腔壁(其等在模腔中形成水平邊角交叉面)之模腔。

在另一非限制性實施例中，揭示一種用於製作多元件粉末壓實模之過程。工件使用線性材料切削技術切削以形成正交頂部區段，該正交頂部區段包括在頂部區段中形成正交頂部腔之正交腔壁。工件使用線性材料切削技術切削以形成成角度中間區段，該成角度中間區段包括在成角度中間區段中形成至少一成角度中間腔之成角度腔壁。工件使用線性材料切削技術切削以形成正交底部區段，該正交底部區段包括在底部區段中形成正交底部腔之正交腔壁。正交頂部區段、成角度中間區段及正交底部區段堆疊並對準，使得頂部腔、至少一中間腔及底部腔共同形成包括正交頂部腔壁、成角度中間腔壁及正交底部腔壁(其等在模腔中形成水平邊角交叉面)之模腔。正交頂部區段、成角度中間區段及正交底部區段接合以形成多元件粉末壓實模。

應瞭解本說明書所揭示及描述之本發明不限於本發明內容中總結之實施例。

10‧‧‧雕模EDM電極

12‧‧‧水平邊角交叉面

14‧‧‧邊角交叉面/圓形水平邊角

16‧‧‧邊角交叉面

20‧‧‧工件

20'‧‧‧單塊粉末壓實模

21‧‧‧模腔

22‧‧‧圓形水平邊角交叉面

23‧‧‧上腔壁

23'‧‧‧上腔壁

24‧‧‧圓形水平邊角交叉面

24'‧‧‧尖銳水平邊角

25‧‧‧中間腔壁

25'‧‧‧中間腔壁

26‧‧‧圓形水平邊角交叉面

26'‧‧‧尖銳水平邊角

27‧‧‧下腔壁

27'‧‧‧下腔壁

30‧‧‧雕模EDM電極

36‧‧‧水平邊角交叉面

40‧‧‧工件

40'‧‧‧單塊粉末壓實模

41‧‧‧預形成腔

41'‧‧‧模腔

43‧‧‧上腔壁

45‧‧‧中間腔壁

46‧‧‧圓形水平邊角

47‧‧‧腔壁

50‧‧‧中間區段

51‧‧‧頂部表面

52‧‧‧對準孔

53‧‧‧底部表面

55‧‧‧成角度腔壁

58‧‧‧部分

59‧‧‧大致正方形腔

60‧‧‧線狀電極

61‧‧‧滑輪

70‧‧‧頂部或底部區段

71‧‧‧頂部表面

72‧‧‧對準孔

73‧‧‧底部表面

75‧‧‧正交腔壁

78‧‧‧部分

80‧‧‧線狀電極

81‧‧‧滑輪

100‧‧‧多元件粉末壓實模

105‧‧‧對準孔

105a‧‧‧對準孔

105b‧‧‧對準孔

105c‧‧‧對準孔

110‧‧‧模腔

110a‧‧‧腔/頂部腔

110b‧‧‧腔/中間腔

110c‧‧‧腔/底部腔

130‧‧‧頂部區段

131‧‧‧頂部表面

133‧‧‧底部表面

135‧‧‧腔壁

150‧‧‧中間區段

151‧‧‧頂部表面

153‧‧‧底部表面

155‧‧‧腔壁

170‧‧‧底部區段

171‧‧‧頂部表面

173‧‧‧底部表面

175‧‧‧腔壁

200‧‧‧多元件粉末壓實模

210‧‧‧圓形模腔

230‧‧‧正交頂部區段

235‧‧‧正交腔壁

250‧‧‧成角度中間區段

255‧‧‧成角度腔壁

270‧‧‧正交底部區段

275‧‧‧正交腔壁

300‧‧‧多元件粉末壓實模

305‧‧‧對準孔

310‧‧‧模腔

330‧‧‧正交頂部區段

350‧‧‧成角度中間區段

370‧‧‧正交底部區段

390‧‧‧互相輪廓化底部及頂部表面

400‧‧‧多元件粉末壓實模

410‧‧‧模腔

430‧‧‧正交頂部區段

435‧‧‧正交模腔

450a‧‧‧上成角度中間區段

450b‧‧‧下成角度中間區段

455a‧‧‧上成角度腔壁

455b‧‧‧下成角度腔壁

470‧‧‧正交底部區段

475‧‧‧正交腔壁

500‧‧‧多元件粉末壓實模

510‧‧‧模腔

530‧‧‧成角度頂部區段

535‧‧‧成角度腔壁

570‧‧‧正交底部區段

575‧‧‧正交腔壁

600‧‧‧多元件粉末壓實模

610‧‧‧模腔

630‧‧‧正交頂部區段

650‧‧‧成角度中間區段

670‧‧‧正交底部區段

700‧‧‧多元件粉末壓實模

710‧‧‧上壓製沖頭

711‧‧‧箭頭

715‧‧‧模芯總成

720‧‧‧下壓製沖頭

721‧‧‧箭頭

750‧‧‧冶金粉末

800‧‧‧切削刀片粉末壓塊

800'‧‧‧切削刀片粉末壓塊

810‧‧‧通孔

810'‧‧‧通孔

900‧‧‧多元件粉末壓實模

910‧‧‧上壓製沖頭

915‧‧‧模芯總成

920‧‧‧下壓製沖頭

1000‧‧‧切削刀片粉末壓塊

1000'‧‧‧切削刀片粉末壓塊

本說明中所揭示及描述之非限制及非徹底詳盡實施例之不同特 徵及特性可參考附圖更好地理解，其中：圖1A至圖1F係繪示使用雕模放電加工之單塊粉末壓實模之製作之示意圖；圖2A及圖2B係圖1F所示之單塊粉末壓實模之圓形邊角交叉面之放大圖；圖3A至圖3E係繪示使用雕模放電加工之單塊粉末壓實模之製作之示意圖；圖4A至圖4D係繪示使用線切割放電加工之多元件粉末壓實模之成角度中間區段之製作之示意圖；圖5A及圖5B係繪示使用線切割放電加工之多元件粉末壓實模之正交頂部區段之製作之示意圖；圖6A係包括正交頂部區段、成角度中間區段及正交底部區段之多元件粉末壓實模之透視圖，其中模腔包括大致正方形周邊形狀；圖6B係圖6A所示之多元件粉末壓實模之截面透視圖；圖6C係圖6A及圖6B所示之多元件粉末壓實模之側截面圖；圖6D係繪示圖6A至圖6C所示之多元件粉末壓實模相對於模之壓製軸及壓製平面之定向之示意圖；圖7係圖6A、圖6B及圖6C所示之多元件粉末壓實模之展開透視圖；圖8係圖6A、圖6B及圖6C及圖7所示之多元件粉末壓實模之展開側視截面圖；圖9A係包括正交頂部區段、成角度中間區段及正交底部區段之多元件粉末壓實模之透視圖，其中模腔包括大致圓形周邊形狀；圖9B係圖9A所示之多元件粉末壓實模之截面透視圖；圖10A係包括正交頂部區段、成角度中間區段及正交底部截面之多元件粉末壓實模之透視圖，其中模腔包括大致正方形周邊形狀，及其中中間區段之頂部表面及頂部區段之底部表面互相輪廓化；圖10B係圖10A所示之多元件粉末壓實模之截面透視圖； 圖11A係包括正交頂部區段、兩個成角度中間區段及正交底部區段之多元件粉末壓實模之透視圖，其中模腔包括大致正方形周邊形狀；圖11B係圖11A所示之多元件粉末壓實模之截面透視圖；圖11C係圖11A及圖11B所示之多元件粉末壓實模之側截面圖；圖12A係包括成角度頂部區段及正交底部區段之多元件粉末壓實模之透視圖，其中模腔包括大致正方形周邊形狀；圖12B係圖12A所示之多元件粉末壓實模之截面透視圖；圖12C係圖12A及圖12B所示之多元件粉末壓實模之側截面圖；圖13係包括正交頂部區段、成角度中間區段及正交底部區段之多元件粉末壓實模之透視圖，其中模包括複數個模腔且其中模腔包括大致正方形周邊形狀；圖14A至圖14C係繪示使用包括正交頂部區段、成角度中間區段及正交底部區段之多元件粉末壓實模製作切削刀片粉末壓塊之示意圖；圖15A係根據圖14A至圖14C所示之製程製作之大致正方形切削刀片粉末壓塊之透視圖；圖15B係根據圖14A至圖14C所示之製程製作之大致圓形切削刀片粉末壓塊之透視圖；圖16係繪示使用包括正交頂部區段、兩個成角度中間區段及正交底部區段之多元件粉末壓實模製作切削刀片粉末壓塊之示意圖；圖17A係根據圖16所示之製程製作之大致正方形切削刀片粉末壓塊之透視圖；及圖17B係根據圖16所示之製程製作之大致圓形切削刀片粉末壓塊之透視圖；讀者在考慮根據本說明書之不同非限制及非徹底詳盡實施例之下列詳細描述後將瞭解上述細節以及其他內容。

在本說明書中描述並繪示不同實施例以提供所揭示之多元件粉末壓實模之結構、功能、操作、製造及使用之總體理解。應瞭解本說 明書所述及所示之不同實施例係非限制且非徹底詳盡的。因此，本發明不一定受限於本說明書中所揭示之不同非限制及非徹底詳盡實施例之描述。結合不同實施例所示及/或所述之特徵及特性可結合其他實施例之特徵及特性。此等修改及變型旨在包含在本說明書之範疇內。因而，申請專利範圍可修改以引述本說明書中明確或內在描述或另外由本說明書明確或內在支援之任意特徵或特性。此外，申請者保留修改申請專利範圍以肯定放棄先前技術中可能存在之特徵或特性之權利。因此，任意此等修改符合35 U.S.C.§112，第一段及35 U.S.C.§132(a)之規定。本說明書所示及所述之不同實施例可包括如本文不同地描述之特徵及特性、由其組成或實質由其組成。

本文指定之任意專利、公開案或其他揭示材料之全文除非另有指定均以引用的方式併入本說明書中，但僅是在併入材料不與本說明書明確陳述之現有描述、定義、說明或其他揭示材料衝突的前提下。因而且在所需範圍內，如本說明書中陳述之明確揭示內容取代以引用的方式併入本文中之任意衝突材料。所謂以引用的方式併入本說明書中但與本文陳述之現有定義、說明或其他揭示材料衝突之任意材料或其部分僅在併入材料與現有揭示材料之間不出現衝突之情況下併入。申請者保留修改本說明書以明確引述以引用的方式併入本文中之任意標的或其部分之權利。

除非另有指示，如本說明書中所使用之語法冠詞「一個」、「一(a)」、「一(an)」及「該」旨在包含「至少一」或「一或多個」。因此，冠詞在本說明書中用於指一個或超過一個(即，「至少一」)冠詞之語法對象。舉例而言，「組件」指的是一或多個組件及因此可能超過一個組件予以考量且可利用於或用於所述實施例之實施方案。此外，單數名詞之使用包含複數個且複數名詞之使用包含單數，除非使用背景另有要求。

切削刀片可使用粉末冶金技術製造，諸如粉末化金屬之摻合、壓製及燒結。舉例而言，燒結碳化物切削刀片(例如，其包括碳化鎢硬粒子及鈷基黏合劑)可藉由以下製造：摻合金屬碳化物粉末及金屬黏合劑粉末、在模中壓製經摻合之冶金粉末以形成切削刀片形狀之粉末壓塊，及燒結粉末壓塊以使複合材料密實為燒結碳化物切削刀片。在此等製程中，將冶金粉末壓製為粉末壓塊可為近凈成形操作，其中模腔及壓製沖頭之幾何形狀必須密切配合所製作之切削刀片之最終幾何形狀。因此，重要的是用於製作切削刀片之粉末壓實模具有準確及精確的幾何形狀及結構特徵，此係因為任意結構或幾何偏差或不一致可從模腔轉移至經壓製的粉末壓塊及經燒結的切削刀片。

用於製作切削刀片之粉末壓實模之製造因此在給定模腔之幾何形狀及結構準確度及精確度之重要性的情況下很重要。一種製作粉末壓實模之方法包括使用雕模放電加工(EDM)，其亦被稱作刻模EDM、柱塞EDM或沖柱EDM。

放電加工以電火花腐蝕原理運作，其中工件材料被電極與工件之間之放電腐蝕掉。在EDM運作中，電源提供電流使得大電壓施加在固持為相反極性之電極與工件之間。電極及工件被帶至緊鄰，但分開達小間隙，該間隙填充介電流體。介電流體充當絕緣材料，其分別允許電極及工件之表面上之相反極性之電荷之累積。當在電極與工件之間出現足夠電壓時，介電流體分解並離子化，藉此形成穿過電極與工件之間之間隙之電漿通道。累積之電荷快速放電穿過離子化電漿通道，形成電極與工件之間之電火花及產生大量熱，其熔化並汽化構成工件之材料。以此方式，電火花腐蝕用於在維持電極與工件之間之間隙(其為防止短路所需)的同時加工工件。Elman C.Jameson，Electrical Discharge Machining，Society of Manufacturing Engineers(SME)，2001更詳細地描述放電加工，該案以引用的方式併入本說明書中。

EDM技術包含雕模EDM、線切割EDM(亦被稱作線切EDM及線切削)及小孔EDM打孔。雕模EDM涉及使用預成形電極以在工件中形成盲腔或穿孔腔。雕模EDM電極預成形為具有對應於將加工至工件中之腔之形狀之幾何形狀及尺寸。運作時，電腦數控(CNC)系統推進雕模電極進入工件，維持所需間隙並根據工作週期循環電功率。循環電功率在工作週期開啟時間期間沿著形成電極之表面產生電火花，其相應地腐蝕工件之表面，藉此將電極之幾何形狀轉移至工件中。流通介電流體在工作週期之關閉時間期間將經腐蝕材料從電極與工件之間之間隙中沖洗掉。

EDM中之電極及工件兩者必須導電以創建導致介電擊穿、離子化、發火花及腐蝕之所需電壓。包括任意導電金屬、合金、燒結碳化物或其他材料之工件可使用EDM加工。雕模EDM電極大致由石墨、鎢、銅鎢或碳化鎢製成。不管構建材料，所有EDM電極在EDM操作期間展現大量腐蝕。最大量的電極腐蝕發生在電極表面之邊角交叉面上，此係因為火花密度歸因於邊角交叉面附近之較大工件面積而較大。雕模EDM電極之腐蝕改變電極之幾何形狀，其接著導致轉移至工件中所加工之腔中之幾何形狀之偏差及不一致。

雕模EDM電極之腐蝕可能在用於製作切削刀片之粉末壓實模之製造中特別有問題，此係因為從經腐蝕電極轉移至模腔之結構或幾何形狀偏差及不一致接著從經壓製粉末壓塊轉移至經燒結切削刀片。模腔之結構或幾何形狀偏差亦可能抑制壓製沖頭之動作有效進入模腔並壓實冶金粉末。此可能特別有問題，因為將冶金粉末壓製為粉末壓塊可為近凈成形操作，其中模腔及模沖頭之幾何形狀必須密切配合所製作之切削刀片之最終幾何形狀。

舉例而言，圖1A至圖1F繪示使用雕模EDM之單塊粉末壓實模之製作。如本文中所使用，術語「單塊」指的是與由多個分立組件裝配相 比由單片材料製成或形成。雕模EDM電極10包括將形成在工件20中以製作用於製作切削刀片之單塊粉末壓實模之模腔之幾何形狀。當雕模EDM電極10行進至工件20中時，電極10之表面與工件20之表面之間之電火花腐蝕加工工件並將電極10之幾何形狀轉移至工件20中。雕模EDM電極10亦在電火花腐蝕期間，尤其在電極10之水平邊角交叉面12上腐蝕，其中邊角係圓的，藉此在工件20中製作圓形水平邊角交叉面22。

參考圖1C及圖1D，當雕模EDM電極10進一步行進至工件20中以製作相應成形之模腔時，電極10繼續在水平邊角交叉面12上腐蝕(製作圓形水平邊角交叉面22)且亦在水平邊角交叉面14上腐蝕(製作圓形水平邊角14)，其透過電火花腐蝕過程轉移至工件，藉此形成圓形水平邊角交叉面24。參考圖1E，當電極10完全行進至工件20中時，電極10之邊角交叉面14及16上之腐蝕已在工件20中製作圓形水平邊角交叉面24及26。

圖1F繪示使用如圖1A至圖1E所示之雕模EDM製作之單塊粉末壓實模20'。單塊粉末壓實模20'包括模腔21，其包括上腔壁23、中間腔壁25及下腔壁27。腔壁23及27將允許壓製沖頭進入模20'且腔壁25將形成由模20'中壓製之粉末壓塊燒結之切削刀片之周邊表面。上腔壁23藉由圓形水平邊角26與中間腔壁25分開，如圖2A所示，其繪示由圖1F中之圓圈A所示之圓形水平邊角之放大圖。下腔壁27藉由圓形水平邊角26與中間腔壁25分開，如圖2B所示，其繪示由圖1F中之圓圈B所示之圓形水平邊角之放大圖。

用於形成模腔21之雕模EDM電極10之邊角腐蝕製作圓形水平邊角24及26。參考圖2A，在沒有電極的邊角腐蝕的情況下，模腔21將包括形成在上腔壁23'與中間腔壁25'之交叉面上之尖銳水平邊角26'。參考圖2B，在沒有電極的邊角腐蝕的情況下，模腔21將包括形成在下腔 壁27'與中間腔壁25'之交叉面上之尖銳水平邊角24'。

圖3A至圖3D繪示使用修改之雕模EDM過程之單塊粉末壓實模之製作。雕模EDM電極30部分包括將形成在工件40中以製作用於製作切削刀片之單塊粉末壓實模之模腔之幾何形狀。工件40包括橫跨工件之厚度之預形成腔41。預形成腔41包括將形成在工件40中之模腔之周邊形狀且可使用線性材料切削技術(舉例而言，諸如線切割EDM、雷射切削或水射流切削)預切為工件。

雕模EDM電極30以預形成腔41為中心。當雕模EDM電極30行進至工件40中時，電極30之表面與工件40之表面之間之電火花腐蝕加工工件並將電極30之幾何形狀轉移至工件40中。雕模EDM電極30亦在電火花腐蝕期間，尤其在電極30之水平邊角交叉面36上腐蝕，其中邊角係圓的，藉此在工件40中製作圓形水平邊角交叉面46。參考圖3D，當電極30完全行進至工件40中時，電極30之邊角交叉面36上之腐蝕已在工件40中製作圓形水平邊角交叉面46。

圖3E繪示使用如圖3A至圖3D所示之雕模EDM製作之單塊粉末壓實模40'。單塊粉末壓實模40'包括模腔41'，其包括上腔壁43、中間腔壁45及下腔壁47。腔壁43及47將允許壓製沖頭進入模40'且腔壁45將形成由模40'中壓製之粉末壓塊燒結之切削刀片之周邊表面。上腔壁43藉由圓形水平邊角46與中間腔壁45分開。圓形水平邊角46類似於圖2A中詳細所示之圓形水平邊角26。用於形成模腔41'之雕模EDM電極30之邊角腐蝕製作圓形水平邊角46。

使用雕模EDM製作之單塊粉末壓實模之模腔中之圓形水平邊角可限制模在經壓製及燒結切削刀片製作中之使用，此係因為圓形邊角可防止使壓製沖頭模有效進入至所需位置以達成冶金粉末之高效壓實。此外，因為模之製作係兩步驟程序，其包括：(1)使雕模EDM電極成形；及(2)用電極使EDM導電；故電極製作中之任意錯誤(例 如，電極之結構、幾何形狀或尺寸之偏差或不一致)將轉移至模腔中，其可能歸因於電極本身之固有腐蝕而混入任意錯誤。

為了解決此等問題，本發明者測試用作雕模EDM電極之不同材料構造及用作粉末壓實模之不同材料構造。此外，不同EDM參數，諸如，舉例而言，施加電壓及工作週期在使用雕模EDM製作粉末壓實模期間評估。亦研究將多個雕模EDM電極用於粗加工、半精加工及精加工模腔至最終尺寸及幾何形狀。但是，使用不同構造材料、多個電極及最佳化EDM參數不足以減小或免除使用雕模EDM製作之單塊粉末壓實模中之腔之形狀之偏差。

本說明書中所述之不同非限制實施例藉由提供多元件粉末壓實模解決與使用雕模EDM製作之單塊粉末壓實模相關之問題，該多元件粉末壓實模包括多個區段，該多個區段在裝配在一起時形成具有尖銳水平邊角交叉面且無使用雕模EDM製作之單塊粉末壓實模固有之邊角圓化、不一致及形狀偏差之模腔。在不同非限制性實施例中，多元件粉末壓實模之各區段可使用線性材料切削技術(舉例而言，諸如線切割EDM、雷射切削或水噴流切削)個別製作。

與雕模EDM相同，線切割EDM操作使用電極與工件之間之電火花腐蝕加工導電材料，諸如舉例而言金屬、合金及燒結碳化物。但是，取代行進至工件中之預成形雕模EDM電極，線切割EDM使用連續及線性饋送穿過工件厚度且側向移動穿過工件寬度及長度尺寸以切削構成工件之材料之線狀電極。運作時，電腦數控(CNC)系統連續饋送線狀電極穿過工件厚度及側向平移線狀電極穿過工件寬度及長度尺寸，維持所需電極-工件間隙並根據工作週期循環電功率。循環電功率在工作週期開啟時間期間在線狀電極與圍繞線狀電極之工件材料之間產生電火花，其相應地腐蝕工件材料，藉此根據線狀電極之受控側向移動在側向寬度及長度尺寸上切削工件。介電流體在工作週期之關閉時間 期間將經腐蝕材料從線狀電極與工件之間之間隙中沖洗掉。

線切割EDM可在線產生穿過工件之厚度之線性切削的意義上被視作線性材料切削技術。但是，應瞭解線切割EDM不限於穿過工件之側向尺寸(即，寬度及長度)之線性切口，且線切割EDM可用於在側向尺寸上製作弓形切口、線性切口及其等之組合。同樣地，雷射切削及水噴流切削被視作線性材料切削技術，此係因為用於切削工件之雷射光束及水噴流製作穿過工件之厚度尺寸之線性切口但可在側向尺寸上製作弓形切口、線性切口或其等之組合。

線切割EDM操作中之線性電極亦歸因於電火花腐蝕過程而腐蝕。但是，與雕模EDM操作不同，在線切割EDM操作中，新線狀電極被連續饋送穿過工件且因此線狀電極中歸因於電火花腐蝕過程之任意缺陷或不一致不轉移至工件。因此，使用線切割EDM操作製作之多元件粉末壓實模不展現使用雕模EDM製作之單塊粉末壓實模中固有之水平邊角圓化、不一致及形狀偏差。

圖4A至圖4D繪示使用線切割EDM之多元件粉末壓實模之中間區段50之製作。中間區段50包括頂部表面51及底部表面53。線狀電極60被連續及線性饋送穿過工件之厚度並在線性及弓形側向路徑之組合中平移穿過工件之側向尺寸(即，沿著頂部表面51及底部表面53)，以切出部分58及形成成角度腔壁55。線狀電極60藉由滑輪61饋送穿過工件50。以此方式，線切割EDM操作切削大致正方形腔59穿過工件之厚度，藉此製作多元件粉末壓實模之中間區段50。多元件粉末壓實模之中間區段50包括對準孔52，其等可使用線切割EDM或任意其他適當加工操作切出且可起作用以確保中間區段50與頂部區段及底部區段(未繪示)之對準。

圖5A及圖5B繪示使用線切割EDM之多元件粉末壓實模之頂部或底部區段70之製作。頂部或底部區段70包括頂部表面71及底部表面73。 線狀電極80被連續及線性饋送穿過工件之厚度並在線性及弓形側向路徑之組合中平移穿過工件之側向尺寸(即，沿著頂部表面71及底部表面73)，以切出部分78及形成正交腔壁75。線狀電極80藉由滑輪81饋送穿過工件70。以此方式，線切割EDM操縱切出大致正方形腔(位於切出部分78所佔據之空間中)穿過工件之厚度，藉此製作多元件粉末壓實模之頂部或底部區段70。多元件粉末壓實模之頂部或底部區段70包括對準孔72，其等可使用線切割EDM或任意其他適當加工操作切出並可起作用以確保頂部或底部區段70與中間區段之對準。

圖6A至圖6C繪示包括頂部區段130、中間區段150及底部區段170之多元件粉末壓實模100。模100包括由頂部區段130、中間區段150及底部區段170之各自腔110a、110b及110c形成之模腔110(見圖7及圖8)。當裝配在一起時，頂部區段130之腔110a、中間區段150之腔110b及底部區段170之腔110c形成模100之模腔110。模腔110具有(頂部區段130之)正交腔壁135與(中間區段150之)成角度腔壁155之間之尖銳水平邊角交叉面。模腔110亦具有(中間區段150之)成角度腔壁155與(底部區段170之)正交腔壁175之間之尖銳水平邊角交叉面。模100無舉例而言使用雕模EDM製作之單塊粉末壓實模中固有之水平邊角圓化、不一致及形狀偏差。

相對於區段之腔壁之術語「正交」及「成角度」之使用指的是腔壁相對於模之壓製平面之定向。接著，「壓製平面」係垂直於模之壓製軸之平面。舉例而言，參考圖6D，頂部區段130及底部區段170分別包括腔壁135及175，其等大致垂直於(即，正交於)模100之壓製平面(P)。中間區段150包括腔壁155，其相對於模100之壓製平面(P)形成大致非垂直角度(θ)。壓製平面(P)垂直於壓製軸(X)，其界定為壓製沖頭(未繪示)在進入多元件粉末壓實模100並將冶金粉末壓縮為粉末壓塊(未繪示)時行進之方向。以此方式，頂部區段130及底部區段170 可被稱作正交區段且中間區段150可被稱作成角度區段。同樣地，頂部腔110a及底部腔110c可被稱作正交腔且中間腔110b可被稱作成角度腔。

壓製平面係垂直於壓製軸且穿過所指定之多元件粉末壓實模之區段之平面。(正交腔/正交區段之)正交腔壁將垂直於壓製平面及平行於壓製軸。(成角度腔/成角度區段之)成角度腔壁將相對於壓製平面形成大致非垂直角度且將相對於壓製軸形成互補角度(即，角度總和90°)。

在不同非限制性實施例中，多元件粉末壓實模可包括具有大致平行於模之壓製平面(且大致垂直於模之壓製軸)之頂部及/或底部表面之區段。舉例而言，參考圖7及圖8，頂部區段130及底部區段170分別包括腔壁135及175，其等大致垂直於頂部區段130及底部區段170之頂部表面(131及171)及底部表面(133及173)。中間區段150包括腔壁155，其相對中間區段150之頂部表面151及底部表面153形成大致非垂直角度。

在不同非限制性實施例中，多元件粉末壓實模可包括具有非平行於模之壓製平面(且非垂直於模之壓製軸)之頂部及/或底部表面之區段。舉例而言，多元件粉末壓實模可包括具有輪廓化頂部及/或輪廓化底部表面之區段(見圖10A及圖10B)；且在其他非限制性實施例中，多元件粉末壓實模可包括具有平坦頂部及/或底部表面之區段，其中平坦表面相對於模之壓製平面及/或壓製軸形成恆定或變化角度。在此等實施例中，不同區段仍可取決於區段之腔壁是否大致垂直(即，正交)於模100之壓製平面或相對於模之壓製平面形成大致非垂直角度而被稱作「正交」區段或「成角度」區段。

參考圖6A至圖8，頂部區段130、中間區段150及底部區段170可使用線性材料切削技術(舉例而言，諸如線切割EDM、雷射切削或水噴 流切削)以分別切出腔110a、110b及110c而製作。同樣地，線性材料切削技術(諸如線切割EDM、雷射切削或水噴流切削)或任意其他適當加工技術可用於分別在頂部區段130、中間區段150及底部區段170中切出對準孔105a、105b及105c。參考圖7及圖8，各自對準孔105a、105b及105c經組態以對準各自區段，使得各自腔壁135、155及175相交以形成不展現有問題的邊角圓化或其他有問題的不一致之尖銳水平邊角(見圖6C)。頂部區段130之底部表面133經組態以在處於裝配(即，堆疊及對準)配置時與中間區段150之頂部表面151匹配(如圖6A至圖6C所示)。同樣地，中間區段150之底部表面153經組態以在處於裝配組態時與底部區段170之頂部表面171匹配。

當處於裝配組態(即，如圖6A至圖6C所示堆疊並對準)時，對準孔105(包括如圖7及圖8所示沿著線A及B對準之各自對準孔105a、105b及105c)從頂部區段130之頂部表面131行進穿過模(包含所有堆疊區段)至底部區段170之底部表面173。

根據不同非限制性實施例之多元件粉末壓實模可包括模腔，該等模腔具有由包括模之複數個模區段之腔壁形成之任意周邊形狀。舉例而言，圖6A至圖6C、圖7及圖7繪示包括大致正方形模腔之非限制性實施例，其製作大致正方形冶金粉末壓塊，其可燒結以製作大致正方形切削刀片。相對於模腔之周邊形狀之術語「大致」之使用指示形狀可藉由包括在相交表面而非垂直頂點交叉面之間過渡之垂直填角(如圖6A、圖6B及圖7所示)而偏離指定幾何形狀。

根據不同非限制性實施例之多元件粉末壓實模可包括模腔，該等模腔包括周邊形狀，諸如，舉例而言，圓形、三角形、三角體、正方形、矩形、平行四邊形、五邊形、六邊形、八邊形及類似形狀。舉例而言，圖9A及圖9B繪示包括圓形模腔210之多元件粉末壓實模200。模200包括正交頂部區段230、成角度中間區段250及正交底部區段270。 正交頂部區段230包括由正交腔壁235形成之圓形腔，成角度中間區段250包括由成角度腔壁255形成之圓形腔且正交底部區段270包括由正交腔壁275形成之圓形腔。

在不同非限制性實施例中，包括多元件粉末壓實模之複數個區段之互相匹配表面可包括互相輪廓化表面及/或其他互相匹配對準特徵來取代或補充對準孔。圖10A及圖10B繪示多元件粉末壓實模300，其包括正交頂部區段330、成角度中間區段350及正交底部區段370。正交頂部區段330及成角度中間區段350分別包括390所示之互相輪廓化底部及頂部表面。正交頂部區段330及成角度中間區段350之互相輪廓化底部及頂部表面分別協助組件區段之堆疊對準以形成模腔310。雖然圖10A及圖10B繪示除對準孔305之外之390所示之互相輪廓化表面，但是應瞭解在不同非限制性實施例中互相輪廓化表面及/或其他互相匹配對準特徵可取代對準孔使用。此外，雖然圖10A及圖10B繪示正交頂部區段330及成角度中間區段350之底部表面及頂部表面為互相輪廓化表面，但是應瞭解中間區段之頂部表面及底部區段之頂部表面亦可互相輪廓化及/或包括互相匹配之對準特徵。

在不同非限制性實施例中，多元件元件粉末壓實模可包括複數個區段，諸如，舉例而言，兩個、三個、四個或更多區段，其等經組態以一起裝配為對準及堆疊組態且共同形成包括尖銳水平邊角交叉面且無使用舉例而言雕模EDM製作之單塊粉末壓實模中固有之邊角圓化、不一致及形狀偏差之模腔。圖11A至圖11C繪示包括四個對準及堆疊區段之多元件粉末壓實模，且圖12A至圖12C繪示包括兩個對準及堆疊區段之多元件粉末壓實模。

參考圖11A至圖11C，多元件粉末壓實模400包括正交頂部區段430、上成角度中間區段450a、下成角度中間區段450b及正交底部區段470。正交頂部區段430包括由正交模腔435形成之大致正方形腔，上成 角度中間區段450a包括由上成角度腔壁455a形成之大致正方形腔，下成角度中間區段450b包括由下成角度腔壁455b形成之大致正方形腔且正交底部區段470包括由正交腔壁475形成之大致正方形腔。多元件粉末壓實模400包括由堆疊及對準區段430、450a、450b及470之各自腔形成之模腔410。上成角度腔壁455a及下成角度腔壁455b之各自角度為不同角度。

參考圖12A至圖12C，多元件粉末壓實模500包括成角度頂部區段530及正交底部區段570。成角度頂部區段530包括由成角度腔壁535形成之大致正方形腔且正交底部區段570包括由正交腔壁575形成之大致正方形腔。多元件粉末壓實模500包括由堆疊及對準區段530及570之各自腔形成之模腔510。雖然未繪示，但是應瞭解包括兩個組件區段之多元件粉末壓實模可包括正交頂部區段及成角度底部區段。

在不同非限制性實施例中，多元件粉末壓實模可包括複數個模腔，諸如，舉例而言，兩個、三個、四個或更多個腔，其等包括尖銳水平邊角交叉面且無使用舉例而言雕模EDM製作之單塊粉末壓實模中固有之邊角圓化、不一致及形狀偏差。參考圖13，多元件粉末壓實模600包括正交頂部區段630、成角度中間區段650及正交底部區段670。正交頂部區段630、成角度中間區段650及正交底部區段670之各者包括形成四個大致正方形腔之複數個腔壁。在圖13所示之堆疊及對準組態中，各自區段之腔形成四個模腔610。雖然圖12中繪示四個模腔，但是應瞭解多元件粉末壓實模可包括任意數量之單獨模腔。

在不同非限制性實施例中，用於製作切削刀片之多元件粉末壓實模包括堆疊並對準以形成模腔之複數個模區段。模腔可包括由兩個平坦腔壁之交叉面形成之尖銳水平邊角，其中各平坦腔壁對應於複數個模區段之一者。平坦腔壁可具有相對於各自模區段之頂部表面及/或底部表面及/或相對於經裝配模之頂部表面及/或底部表面之正交定向或 成角度定向。平坦腔壁可在各自模區段中形成腔，其等在各自模區段堆疊並對準為裝配組態時共同形成模腔。

各自模區段可藉由使用線性材料切削技術舉例而言，諸如線切割EDM、雷射切削或水噴流切削在工件中切削腔而製作。各自模區段可包括用作粉末壓實模之任意適當材料，包含但不限於合金，諸如工具鋼及複合物，諸如燒結碳化物。舉例而言，在不同非限制性實施例中，各自模區段可包括鈷燒結碳化鎢。

各自模區段可使用機械緊固件、冶金接合及/或黏合接合一起接合為依序堆疊、對準及裝配組態。舉例而言，任意兩個或更多個模區段可焊接在一起、釺焊在一起、黏合接合在一起、夾箝在一起或另外機械緊固在一起。各自區段之準確及精確定位可使用定位為穿過穿過各自區段之互相對準孔之可鎖定區段為互相對準之對準銷、榫釘、桿或類似物而完成。或者，機械緊固件，諸如螺栓、螺母及類似物可定位為穿過穿過各自區段之互相對準孔。應瞭解兩個永久接合，諸如焊縫、釺焊接頭及黏合接頭(例如，熱固化環氧樹脂)及臨時接合裝置，諸如夾具及機械緊固件可用於將各自模區段一起接合為裝配組態。

在不同非限制性實施例中，製作切削刀片之過程包括在多元件粉末壓實模中壓製冶金粉末以形成粉末壓塊。多元件粉末壓實模可由堆疊並對準以形成模腔之複數個各自模區段裝配。冶金粉末可引入模腔中。上壓製沖頭及下壓製沖頭可在模腔中壓製並壓實冶金粉末以形成粉末壓塊。粉末壓塊可燒結以使壓塊密實及形成切削刀片。視需要，在燒結之前，粉末壓塊可進一步成形以在切削刀片粉末壓塊之前刃面、後刃面/間隙面及/或切削刃口上製作所要幾何特徵，諸如斷屑器、槽、刻面及類似物。

圖14A至圖14C繪示使用包括正交頂部區段、成角度中間區段及正交底部區段之多元件粉末壓實模700(類似圖6A至圖6C所示之多元件 粉末壓實模100及圖9A及圖9B所示之多元件粉末壓實模200)製作切削刀片粉末壓塊800/800'。

冶金粉末750被引入多元件粉末壓實模700之模腔中。模芯總成715定位在模腔中以在切削刀片粉末壓塊800/800'中提供通孔810/810'。上壓製沖頭710及下壓製沖頭720分別如箭頭711及721所示垂直移動(圖14A)。上壓製沖頭710及下壓製沖頭720進入多元件粉末壓實模700並在模腔中壓縮冶金粉末以形成粉末壓塊800/800'(圖14B)。上壓製沖頭710及下壓製沖頭720進入多元件粉末壓實模700藉由模700之正交頂部區段及正交底部區段之正交腔壁促進。

圖14C繪示在壓製沖頭710及720從模腔退出後模腔中之切削刀片粉末壓塊800/800'。切削刀片粉末壓塊800及800'分別在圖15A及圖15B中繪示為從模700中移除。切削刀片粉末壓塊800及800'具有模腔之形狀及幾何形狀且包含用於將所得切削刀片附接至切削工具支架之通孔810及810'。經壓製壓塊800及800'可經燒結以使材料密實並製作切削刀片。

圖14A至圖14C所示之切削刀片粉末壓塊壓製過程可修改以利用根據本說明書所述之不同非限制性實施例之任意多元件粉末壓實模。舉例而言，圖16繪示包括正交頂部區段、兩個成角度中間區段及正交底部區段之多元件粉末壓實模900(類似於圖11A至圖11C所示之多元件粉末壓實模400)製作切削刀片粉末壓塊1000/1000'。

冶金粉末被引入多元件粉末壓實模900之模腔中。模芯總成915定位在模腔中以在切削刀片粉末壓塊1000/1000'中提供通孔1100/1100'。上壓製沖頭910及下壓製沖頭920進入多元件粉末壓實模900並在模腔中壓縮冶金粉末以形成粉末壓塊。上壓製沖頭910及下壓製沖頭920進入多元件粉末壓實模900藉由模900之正交頂部區段及正交底部區段之正交腔壁促進。

切削刀片粉末壓塊1000及1000'分別在圖17A及圖17B中繪示為從模900中移除。切削刀片粉末壓塊1000及1000'具有模腔之形狀及幾何形狀且包含用於將所得切削刀片附接至切削工具支架之通孔1100/1100'。經壓製壓塊1000及1000'可經燒結以使材料密實並製作切削刀片。雖然圖14A至圖17B未繪示，但是多元件粉末壓實模中製作之切削刀片粉末壓塊之頂部表面及底部表面之幾何形狀分別由上沖頭及下沖頭之壓製表面之幾何形狀提供。

已參考不同非限制性及非徹底詳盡實施例書寫本說明書。但是，本領域一般技術者應瞭解在本發明之範疇內可進行任意所揭示實施例(或其部分)之不同替代、修改或組合。因此，考量並瞭解本說明書支援本文中未明確陳述之額外實施例。此等實施例可舉例而言藉由組合、修改或再組織本說明書中所述之不同非限制性及非徹底詳盡實施例之任意所揭示步驟、組件、元件、特徵、態樣、特性、限制及類似物而獲得。以此方式，申請者保留在審查期間修改申請專利範圍以增加如本說明書中不同所述之特徵且此等修改案符合35 U.S.C.§112，第一段，及35 U.S.C.§132(a)之規定。

100‧‧‧多元件粉末壓實模

105‧‧‧對準孔

110‧‧‧模腔

130‧‧‧頂部區段

131‧‧‧頂部表面

150‧‧‧中間區段

170‧‧‧底部區段

173‧‧‧底部表面

Claims (33)

1. 一種用於製作切削刀片之多元件粉末壓實模，其包括：一正交頂部區段，其包括在該正交頂部區段中形成一頂部腔之一正交腔壁；至少一成角度中間區段，其包括在該成角度中間區段中形成至少一中間腔之一成角度腔壁；及一正交底部區段，其包括在該正交底部區段中形成一底部腔之一正交腔壁；其中該正交頂部區段、該至少一成角度中間區段及該正交底部區段堆疊並對準，使得該頂部腔、該至少一中間腔及該底部腔共同形成包括一正交頂部腔壁、至少一成角度中間腔壁及一正交底部腔壁之一模腔，該等相交腔壁在該模腔中形成水平邊角交叉面。
2. 如請求項1之多元件粉末壓實模，其中該模包括一成角度中間區段且該模腔包括與該正交頂部腔壁及該正交底部腔壁形成水平邊角相交面之一成角度中間腔壁。
3. 如請求項1之多元件粉末壓實模，其中該模包括一上成角度中間區段及一下成角度中間區段，且該模腔包括一上成角度中間腔壁及一下成角度中間腔壁。
4. 如請求項3之多元件粉末壓實模，其中該上成角度中間腔壁與該正交頂部腔壁形成一水平邊角交叉面，且其中該下成角度中間腔壁與該正交底部腔壁形成一水平邊角交叉面。
5. 如請求項1之多元件粉末壓實模，其中該模腔包括選自包括圓形、三角形、三角體、正方形、矩形、平行四邊形、五邊形、六邊形及八邊形之群組之一周邊形狀。
6. 如請求項1之多元件粉末壓實模，其中該模腔包括一大致正方形周邊形狀。
7. 如請求項1之多元件粉末壓實模，其中該模腔包括一大致圓形周邊形狀。
8. 如請求項1之多元件粉末壓實模，其中該正交頂部區段、該至少一成角度中間區段及該正交底部區段之至少兩者包括互相輪廓化表面。
9. 如請求項1之多元件粉末壓實模，其中該正交頂部區段、該至少一成角度中間區段及該正交底部區段包括經組態以接收一對準銷以鎖定該等區段為互相對準之對準孔。
10. 如請求項1之多元件粉末壓實模，其中該正交頂部區段、該至少一成角度中間區段及該正交底部區段堆疊、對準且永久接合在一起。
11. 如請求項10之多元件粉末壓實模，其中該正交頂部區段、該至少一成角度中間區段及該正交底部區段黏合接合在一起。
12. 如請求項10之多元件粉末壓實模，其中該正交頂部區段、該至少一成角度中間區段及該正交底部區段冶金接合在一起。
13. 如請求項1之多元件粉末壓實模，其中該正交頂部區段、該至少一成角度中間區段及該正交底部區段機械緊固在一起。
14. 如請求項1之多元件粉末壓實模，其中該正交頂部區段、該至少一成角度中間區段及該正交底部區段由包括合金之材料形成。
15. 如請求項1之多元件粉末壓實模，其中該正交頂部區段、該至少一成角度中間區段及該正交底部區段由包括燒結碳化物之材料形成。
16. 一種用於製作切削刀片之多元件粉末壓實模，其包括：一頂部區段，其包括在該頂部區段中形成一頂部腔之一腔壁； 及一底部區段，其包括在該底部區段中形成一底部腔之一腔壁；其中該頂部區段及該底部區段堆疊並對準使得該頂部腔及該底部腔共同形成包括一頂部腔壁及一底部腔壁之一模腔。
17. 如請求項16之多元件粉末壓實模，其進一步包括一成角度中間區段，其中該模腔包括與該頂部腔壁及該底部腔壁形成水平邊角相交面之一成角度中間腔壁。
18. 如請求項16之多元件粉末壓實模，其進一步包括一上成角度中間區段及一下成角度中間區段，其中該模腔包括一上成角度中間腔壁及一下成角度中間腔壁，其中該上成角度中間腔壁與該頂部腔壁形成一水平邊角交叉面，且其中該下成角度中間腔壁與該底部腔壁形成一水平邊角交叉面。
19. 如請求項16之多元件粉末壓實模，其中該頂部腔壁及該底部腔壁係正交腔壁。
20. 如請求項16之多元件粉末壓實模，其中該模腔包括選自包括圓形、三角形、三角體、正方形、矩形、平行四邊形、五邊形、六邊形及八邊形之群組之一周邊形狀。
21. 如請求項16之多元件粉末壓實模，其中該頂部區段及該底部區段包括經組態以接收一對準銷以鎖定該等區段為互相對準之對準孔。
22. 如請求項16之多元件粉末壓實模，其中該頂部區段及該底部區段堆疊、對準且黏合接合在一起。
23. 如請求項16之多元件粉末壓實模，其中該頂部區段及該底部區段堆疊、對準且冶金接合在一起。
24. 如請求項16之多元件粉末壓實模，其中該頂部區段及該底部區段堆疊、對準且機械緊固在一起。
25. 如請求項16之多元件粉末壓實模，其中該頂部區段及該底部區段由包括合金之材料形成。
26. 如請求項16之多元件粉末壓實模，其中該頂部區段及該底部區段由包括燒結碳化物之材料形成。
27. 一種製作一切削刀片之過程，該過程包括：將一冶金粉末引入如請求項1之多元件粉末壓實模之該模腔中；在該模腔中用進入該模腔之壓製沖頭壓製該冶金粉末以壓縮該冶金粉末並形成一粉末壓塊；將該粉末壓塊從該模腔中移除；及燒結該粉末壓塊。
28. 一種用於製作一多元件粉末壓實模之過程，該過程包括：使用一線性材料切削技術切削一工件以形成一正交頂部區段，該正交頂部區段包括在該正交頂部區段中形成一頂部腔之一正交腔壁；使用一線性材料切削技術切削一工件以形成一成角度中間區段，該成角度中間區段包括在一成角度中間區段中形成至少一中間腔之一成角度腔壁；使用一線性材料切削技術切削一工件以形成一正交底部區段，該正交底部區段包括在一正交底部區段中形成一底部腔之一正交腔壁；堆疊該正交頂部區段、該成角度中間區段及該正交底部區段；對準該正交頂部區段、該成角度中間區段及該正交底部區段，使得該頂部腔、該至少一中間腔及該底部腔共同形成包括一正交頂部腔壁、一成角度中間腔壁及一正交底部腔壁之一模腔，該等腔壁在該模腔中形成水平邊角交叉面；及 接合該正交頂部區段、該成角度中間區段及該正交底部區段。
29. 如請求項28之過程，其中該線性材料切削技術包括線切割放電加工。
30. 如請求項28之過程，其進一步包括在該等工件中切削對準孔，且其中對準該正交頂部區段、該成角度中間區段及該正交底部區段包括將一對準銷定位在該等對準孔中，藉此將該區段鎖定為互相對準。
31. 如請求項28之過程，其中接合該正交頂部區段、該成角度中間區段及該正交底部區段包括將該等區段黏合接合在一起。
32. 如請求項28之過程，其中接合該正交頂部區段、該成角度中間區段及該正交底部區段包括將該等區段冶金接合在一起。
33. 如請求項28之過程，其中接合該正交頂部區段、該成角度中間區段及該正交底部區段包括將該等區段機械緊固在一起。