專利名稱：刀具以及刀具的制造方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種刀具的制造方法和設備以及一種用于切削加工的刀具，該刀具由一個相對堅韌的內芯連接著一個相對耐磨的外圍構成。
從作為示例的WO 98／28455中已知可以通過兩個步驟由粉末材料壓制出一個內芯和一個環繞的管。由碳化鎢(WC)和鈷(Co)構成的粉末材料在一個沖頭和一個模具之間擠壓并因此而被燒結，以使粘結材料熔化并粘結碳化物而形成切削加工刀具材料。該現有技術具有多個缺點，特別是在制造細長刀體時。粉末將放出粉塵而且成形出的半成品刀體(壓制但未燒結的材料)不能承受任何程度的處理。此外，排屑槽必須磨削而且該方法需要耗費時間。這些問題已經通過將硬質金屬混合在一種媒質中注射模塑而得到了部分解決，如美國專利No．5，947，660中所示。該注射模塑法在幾何形狀方面帶來了高自由度，但也在加工細長刀體和模具的昂貴投資方面帶來了問題。
在美國專利No．4，779，440中，根據其權利要求1的前敘部分，已知一種用于成形螺旋鉆頭坯件的刀具。通過將一種硬質金屬粉末加熱到擠出溫度，再利用高能耗將加熱后的粉末擠壓通過一個由芯棒和擠出嘴確定的空間并同時旋轉坯件，可以獲得一個帶排屑槽的擠壓鉆頭坯件，各排屑槽沿坯件的圓周方向具有恒定的間距。坯件通過擠壓而被引導著定向經過一個裝于擠出嘴內部的螺脊，從而沿坯件成形排屑槽。這種現有技術的一個缺點是，所加工產的刀具不能獲得最長使用時間。
本發明的一個目的是提供一種方法和一種設備，以消除現有技術中的缺點。
本發明的另一個目的是提供一種方法和一種設備，以加工出具有最長使用時間的細長刀體。
通過參考附圖而在附屬權利要求中所確定的一種刀具制造方法和設備，可以實現這些以及其它目的。
圖1A—1C分別簡要顯示了根據本發明的鉆頭的側視圖以及前側和后側透視圖。
圖1D顯示了沿圖1A中的線D—D的橫截面圖。
圖1E顯示了沿圖1A中的線E—E的橫截面圖。
圖2A顯示了根據本發明的細長半成品刀體的制造設備的前視圖。
圖2B顯示了設備沿圖2A中的線ⅡB—ⅡB的剖面圖。
圖2C顯示了設備的端視圖。
圖2D顯示了設備沿圖2A中的線ⅡD—ⅡD的剖面圖。
圖3顯示了設備和一個進給部分。
圖1A—1C中所示的實施例是所謂的螺旋鉆頭。鉆頭10包含一個大體上實心的刀柄11，其帶有一個第一刀尖形成端，后者包含至少一個切削刃19和與切削刃數量相等的排屑槽18。鉆頭包含一個由相對堅韌的硬質材料制成的中央部分，其連接著一個相對耐磨的硬質材料制成的外圍部分13。鉆頭10由堅固的硬質材料，如擠壓硬質材料制成，并且包含螺旋排屑槽18，而且這些排屑槽可以沿著整個刀體或一部分刀體伸展。刀柄11需要被緊固到一個未示出的旋轉軸中。鉆頭還具有兩個上部留隙表面15。鉆頭由兩種不同材料擠壓制成，兩種材料的不同之處在于硬質物質(如碳化鎢，WC)與粘結劑(如鈷，Co)的平衡性。所有外表面和連帶的切削刃均由相同的材料制成，即由鈷含量相對較低的耐磨硬質金屬擠壓制成。刀具10的排屑槽18完全由耐磨硬質材料制成，以使鉆頭同時具有強度和耐磨性。從圖1D和1E中可以看出，除了端部以外，堅韌部分12的橫截面上的主要部分均被耐磨部分13完全環繞著。這樣，可以在鉆頭上獲得一個剛性和堅硬的“外殼”。此外，沖洗道14優選只在堅韌部分內伸展。排屑槽18與留隙表面15之間的交線構成主切削刃19，并優選通過未示出的加強倒角而構成。
一種根據本發明的細長半成品刀體制造設備20顯示于圖2A—2D中。設備20包含一個鋼制矩形殼體21，其用于通過諸如螺栓等而緊固到一個未示出的擠壓機上。殼體21帶有兩個用于擰緊到機器上的螺栓22并具有一個用于密封在上述機器上的后表面23。殼體具有一個中央貫通凹座24，通過該凹座可以壓制至少兩種復合物。凹座24變換成一個位于環形擠出嘴28中的減徑縮口27。擠出嘴28由耐磨材料，如硬質金屬制成。接著，凹座24延伸為一個伸入環形模具29中的圓筒形內部對中定位的孔30，該模具鄰接并連接著擠出嘴28。模具29相對于殼體的位置是通過一個位于殼體中的緊定螺釘31與一個相對于復合物主進給方向F側向伸展的孔32之間的協作而確定的。一個棒狀型芯33置于模具中。型芯是矩形的并包含兩個用于接收細長銷釘35的孔34。當需要在坯件上成形出沖洗道時，銷釘35沿進給方向F從型芯上伸出。之后，凹座24以一個位于蓋板36中的同軸孔37的形式延伸。蓋板36通過兩個螺釘38和兩個螺釘22而固定在殼體上。蓋板36上帶有一個T形槽39，其伸展于蓋板36的兩個長側之間。槽39用于接收兩個顎爪40、41，根據圖2B，兩個顎爪的基本形狀大致上構成一個T形。每個顎爪40、41分別包含一個面向另一個顎爪的空隙42。空隙42包含一個螺脊43，這樣，當兩個顎爪彼此頂靠在一起時，可以形成一個帶排屑槽螺旋鉆頭的橫截面。兩個顎爪通過未示出的動力裝置而壓緊在一起，當坯件必須是局部圓柱形時，例如在鉆頭柄處，該動力裝置還用于將兩個顎爪彼此分開。優選的結構是，一個支撐臺面連接著顎爪安置，以支撐高溫擠壓出的坯件。
一個連接著殼體21的進給裝置50顯示于圖3中。該進給裝置50包含至少兩個分開的腔51、52。一個中央腔51基本上相對于進給方向F對稱安置并包含一個面對著殼體21的中央擠出嘴53。至少一個第二腔52基本上垂直于進給方向F安置并包含一個與擠出嘴28相連的擠出嘴54。擠出嘴54與擠出嘴53同軸安置但距殼體21較后者近。第一腔51用于容納具有相對較高鈷含量的第一復合物55，而第二腔52中容納著具有相對較低鈷含量的第二復合物56。所述腔中分別裝有進給蝸桿57、58，以沿進給方向F向前驅動兩種復合物。每個進給蝸桿分別被一個電動機59、60驅動。顆粒材料被輸送到漏斗形開口61、62中。所述腔分別至少部分地被加熱器63、64環繞著。
鉆頭或端銑刀是以下面的方式制造的。含有一定量的鈷和一種媒介，如聚合物的硬質金屬粉末被混合成復合物并被成形為球粒或顆粒。這樣可以獲得至少兩種不同的復合物，它們的區別在于鈷的含量。粘結劑將成為半成品刀體的母材。粘結劑含量的差異在1一10％的重量范圍內。這里的術語“鈷”可以理解為一種金屬粘結劑，其也可以替換為或包含其它金屬，如鎳Ni。接下來，所述復合物被預熱到一個適合于復合物的溫度，優選為相同溫度，并被輸入到機器50中以便擠壓。之后，所述復合物分別在相應腔51、52中以高壓和大約為180℃的特定溫度向著相應的擠出嘴53、54擠壓，以使第二塑性復合物緊靠著第一塑性復合物并形成一個大致圓柱形的桿65。之后，高溫復合物到達型芯33并在兩側通過兩個成形在型芯周圍的半圓形開口而移過型芯。型芯的寬度(見圖2A)優選小于內部復合物的直徑。所述復合物沿進給方向F在型芯后方再次熔化成一個圓柱形桿。如果銷釘裝于型芯中，則會在刀體上形成空間，用以在以后形成沖洗道。銷釘被選擇得足夠長，以使復合物冷卻而避免熔化。通過選擇擠壓參數，特別是擠出嘴53的直徑，沖洗道的周圍可以被選擇，以便只由第一和第二復合物中的一種或兩種組合構成。之后，所述復合物到達由顎爪40、41確定的空隙42，以使復合物在螺脊43的作用下螺旋通過顎爪并獲得螺旋鉆頭的橫截面。與現有技術不同的是，根據本發明制造的鉆頭的排屑槽完全由更耐磨的硬質金屬制成。當所述復合物從顎爪中出來后，它們將在周圍溫度下迅速冷卻，而坯件則持續擠出直至排屑槽部分足夠長。隨后，顎爪40、41被分開而撤離復合物，以形成一個圓柱形刀柄部分。刀柄部分的長度既可以由繼續擠出的長度確定，也可以通過顎爪向內移動而開始加工一個新的坯件而確定。在后面的情況下，可以連續形成兩個或多個坯件。硬化后的坯件可以，例如，手工切割或斷開。
之后，坯件在一個單獨的爐中加熱，以將媒介燃燒掉并使粘結劑金屬熔化而粘結碳化物。之后，要進行附加的機加工，例如磨削切削刃部分、刀柄部分和留隙表面。
這樣，倒角的外圍由于諸如鈷等粘結劑的含量低而可以獲得更高的耐磨性能，而中央部分則構成更堅韌的鈷含量高的硬質金屬。
通過本方法，可以制造出帶或不帶排屑槽和帶或不帶刀柄部分的長使用時間的刀具，并能夠因操作簡便而降低成本。這種操作還不會產生灰塵。此外，可以使用至少一個顎爪在坯件的刀柄部分上加工出標記，以標識將要被磨削以便裝卡的表面。這樣，磨削量可以最小化。
本發明決不局限于前面所描述的實施例，而是可以在附屬權利要求的范圍內自由改變。因此，本發明也可以用于實心頭銑刀。刀具可以施加諸如Al2O3、TiN和／或TiCN等涂層。
權利要求
1．一種切削加工刀具的制造方法，該刀具由一個相對堅韌的內芯連接著一個相對耐磨的外圍構成，該方法包含下列步驟A—將一種具有高金屬粘結劑含量的溫態第一塑性復合物(55)進給到一個用于擠壓的模具(29)中，以及B—同時將一種具有低金屬粘結劑含量的溫態第二塑性復合物(56)環繞著第一塑性復合物(55)進給到一個用于擠出的模具(29)中，以使上述第二塑性復合物(56)在擠壓過程中緊靠著上述第一塑性復合物(55)，從而形成一個大致圓柱形的桿(65)；以及C—整體加熱上述相連的復合物(55，56)，以分離出所述復合物中含有的聚合物，并將剩下的材料燒結成一個硬質坯件，隨后D—進行可能有的修整機加工，如磨削。
2．根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟A之前，硬質金屬粉末與一種媒介，如一種聚合物混合并加入到至少兩個分開的腔(51，52)中。
3．根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，使在步驟B后形成的桿(65)移過一個部分(42)以形成排屑槽(18)，之后，部分(42)在步驟B后徑向位移以在坯件上形成一個刀柄部分。
4．根據權利要求3所述的方法，其特征在于，部分(42)由兩個可以相對于對方移動的顎爪(40，41)構成，所述顎爪沿大致垂直于進給方向(F)的相反方向同時位移。
5．根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟B中包含使所述復合物移過一個牢固地固定在模具(29)中的型芯(33)，之后，沿進給方向(F)在型芯(33)后方將所述復合物熔化成一個圓柱體刀體。
6．根據權利要求5所述的方法，其特征在于，銷釘(35)裝于型芯中，以便在坯件中形成空間。
7．一種設備，其安裝在用于制造切削加工刀具的擠壓機中，該刀具由一個相對堅韌的內芯連接著一個相對耐磨的外圍構成，上述設備(20)包含一個用于緊固在擠壓機上的殼體(21)，上述殼體(21)帶有一個貫通凹座(24)，一種第一復合物可以沿一個進給方向(F)通過該凹座，上述凹座(24)包含一個第一擠出嘴(53)和一個位于一個模具(29)中的孔(30)，其特征在于，至少一個第二擠出嘴(54)基本上同軸環繞著第一擠出嘴安裝，以形成一種大致環繞著第一復合物(55)的第二復合物(56)。
8．根據權利要求7所述的設備，其特征在于，設備包含至少兩個分開的腔(51，52)和至少一個顎爪(40，41)，該顎爪可以相對于凹座(24)徑向移動以與上述第二復合物咬合和脫開，而且其特征在于，設備包含兩個可以相對于對方移動的顎爪(40，41)，它們可以沿大致垂直于進給方向(F)的相反方向同時位移。
9．根據權利要求7所述的設備，其特征在于，一個型芯(33)牢固地固定在模具(29)中，而且，設備包含兩個用于接收細長銷釘(35)的孔(34)，當需要在坯件中成形出沖洗道時，所述孔(35)將沿進給方向(F)從型芯上伸出，而且，每個顎爪(40，41)分別包含一個面向另一個顎爪的空隙(42)，上述空隙(42)包含一個螺脊(43)，從而在兩個顎爪彼此頂靠在一起時，所述空隙可以形成一個帶排屑槽螺旋鉆頭的橫截面。
10．一種切削加工刀具，其由一個相對堅韌的內芯連接著一個相對耐磨的外圍構成，該刀具根據權利要求1—4任一所述的方法制造出來。
全文摘要
本發明涉及一種刀具的制造方法和設備以及刀具本身。該方法和設備可以制造出一個鉆頭(10),其具有一個相對堅韌的硬質材料中央部分(12)連接著一個相對耐磨的硬質材料外圍部分(13)。刀具(10)的排屑槽(18)完全由相對耐磨的硬質材料構成。
文檔編號B21C23/14GK1279139SQ00109549
公開日2001年1月10日 申請日期2000年7月3日 優先權日1999年7月2日
發明者馬蒂亞斯·普伊德, 約翰尼·布魯恩, 米卡埃爾·格倫克維斯特 申請人:塞科機床公司