专利名称：刀具以及刀具的制造方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种刀具的制造方法和设备以及一种用于切削加工的刀具，该刀具由一个相对坚韧的内芯连接着一个相对耐磨的外围构成。
从作为示例的WO 98／28455中已知可以通过两个步骤由粉末材料压制出一个内芯和一个环绕的管。由碳化钨(WC)和钴(Co)构成的粉末材料在一个冲头和一个模具之间挤压并因此而被烧结，以使粘结材料熔化并粘结碳化物而形成切削加工刀具材料。该现有技术具有多个缺点，特别是在制造细长刀体时。粉末将放出粉尘而且成形出的半成品刀体(压制但未烧结的材料)不能承受任何程度的处理。此外，排屑槽必须磨削而且该方法需要耗费时间。这些问题已经通过将硬质金属混合在一种媒质中注射模塑而得到了部分解决，如美国专利No．5，947，660中所示。该注射模塑法在几何形状方面带来了高自由度，但也在加工细长刀体和模具的昂贵投资方面带来了问题。
在美国专利No．4，779，440中，根据其权利要求1的前叙部分，已知一种用于成形螺旋钻头坯件的刀具。通过将一种硬质金属粉末加热到挤出温度，再利用高能耗将加热后的粉末挤压通过一个由芯棒和挤出嘴确定的空间并同时旋转坯件，可以获得一个带排屑槽的挤压钻头坯件，各排屑槽沿坯件的圆周方向具有恒定的间距。坯件通过挤压而被引导着定向经过一个装于挤出嘴内部的螺脊，从而沿坯件成形排屑槽。这种现有技术的一个缺点是，所加工产的刀具不能获得最长使用时间。
本发明的一个目的是提供一种方法和一种设备，以消除现有技术中的缺点。
本发明的另一个目的是提供一种方法和一种设备，以加工出具有最长使用时间的细长刀体。
通过参考附图而在附属权利要求中所确定的一种刀具制造方法和设备，可以实现这些以及其它目的。
图1A—1C分别简要显示了根据本发明的钻头的侧视图以及前侧和后侧透视图。
图1D显示了沿图1A中的线D—D的横截面图。
图1E显示了沿图1A中的线E—E的横截面图。
图2A显示了根据本发明的细长半成品刀体的制造设备的前视图。
图2B显示了设备沿图2A中的线ⅡB—ⅡB的剖面图。
图2C显示了设备的端视图。
图2D显示了设备沿图2A中的线ⅡD—ⅡD的剖面图。
图3显示了设备和一个进给部分。
图1A—1C中所示的实施例是所谓的螺旋钻头。钻头10包含一个大体上实心的刀柄11，其带有一个第一刀尖形成端，后者包含至少一个切削刃19和与切削刃数量相等的排屑槽18。钻头包含一个由相对坚韧的硬质材料制成的中央部分，其连接着一个相对耐磨的硬质材料制成的外围部分13。钻头10由坚固的硬质材料，如挤压硬质材料制成，并且包含螺旋排屑槽18，而且这些排屑槽可以沿着整个刀体或一部分刀体伸展。刀柄11需要被紧固到一个未示出的旋转轴中。钻头还具有两个上部留隙表面15。钻头由两种不同材料挤压制成，两种材料的不同之处在于硬质物质(如碳化钨，WC)与粘结剂(如钴，Co)的平衡性。所有外表面和连带的切削刃均由相同的材料制成，即由钴含量相对较低的耐磨硬质金属挤压制成。刀具10的排屑槽18完全由耐磨硬质材料制成，以使钻头同时具有强度和耐磨性。从图1D和1E中可以看出，除了端部以外，坚韧部分12的横截面上的主要部分均被耐磨部分13完全环绕着。这样，可以在钻头上获得一个刚性和坚硬的“外壳”。此外，冲洗道14优选只在坚韧部分内伸展。排屑槽18与留隙表面15之间的交线构成主切削刃19，并优选通过未示出的加强倒角而构成。
一种根据本发明的细长半成品刀体制造设备20显示于图2A—2D中。设备20包含一个钢制矩形壳体21，其用于通过诸如螺栓等而紧固到一个未示出的挤压机上。壳体21带有两个用于拧紧到机器上的螺栓22并具有一个用于密封在上述机器上的后表面23。壳体具有一个中央贯通凹座24，通过该凹座可以压制至少两种复合物。凹座24变换成一个位于环形挤出嘴28中的减径缩口27。挤出嘴28由耐磨材料，如硬质金属制成。接着，凹座24延伸为一个伸入环形模具29中的圆筒形内部对中定位的孔30，该模具邻接并连接着挤出嘴28。模具29相对于壳体的位置是通过一个位于壳体中的紧定螺钉31与一个相对于复合物主进给方向F侧向伸展的孔32之间的协作而确定的。一个棒状型芯33置于模具中。型芯是矩形的并包含两个用于接收细长销钉35的孔34。当需要在坯件上成形出冲洗道时，销钉35沿进给方向F从型芯上伸出。之后，凹座24以一个位于盖板36中的同轴孔37的形式延伸。盖板36通过两个螺钉38和两个螺钉22而固定在壳体上。盖板36上带有一个T形槽39，其伸展于盖板36的两个长侧之间。槽39用于接收两个颚爪40、41，根据图2B，两个颚爪的基本形状大致上构成一个T形。每个颚爪40、41分别包含一个面向另一个颚爪的空隙42。空隙42包含一个螺脊43，这样，当两个颚爪彼此顶靠在一起时，可以形成一个带排屑槽螺旋钻头的横截面。两个颚爪通过未示出的动力装置而压紧在一起，当坯件必须是局部圆柱形时，例如在钻头柄处，该动力装置还用于将两个颚爪彼此分开。优选的结构是，一个支撑台面连接着颚爪安置，以支撑高温挤压出的坯件。
一个连接着壳体21的进给装置50显示于图3中。该进给装置50包含至少两个分开的腔51、52。一个中央腔51基本上相对于进给方向F对称安置并包含一个面对着壳体21的中央挤出嘴53。至少一个第二腔52基本上垂直于进给方向F安置并包含一个与挤出嘴28相连的挤出嘴54。挤出嘴54与挤出嘴53同轴安置但距壳体21较后者近。第一腔51用于容纳具有相对较高钴含量的第一复合物55，而第二腔52中容纳着具有相对较低钴含量的第二复合物56。所述腔中分别装有进给蜗杆57、58，以沿进给方向F向前驱动两种复合物。每个进给蜗杆分别被一个电动机59、60驱动。颗粒材料被输送到漏斗形开口61、62中。所述腔分别至少部分地被加热器63、64环绕着。
钻头或端铣刀是以下面的方式制造的。含有一定量的钴和一种媒介，如聚合物的硬质金属粉末被混合成复合物并被成形为球粒或颗粒。这样可以获得至少两种不同的复合物，它们的区别在于钴的含量。粘结剂将成为半成品刀体的母材。粘结剂含量的差异在1一10％的重量范围内。这里的术语“钴”可以理解为一种金属粘结剂，其也可以替换为或包含其它金属，如镍Ni。接下来，所述复合物被预热到一个适合于复合物的温度，优选为相同温度，并被输入到机器50中以便挤压。之后，所述复合物分别在相应腔51、52中以高压和大约为180℃的特定温度向着相应的挤出嘴53、54挤压，以使第二塑性复合物紧靠着第一塑性复合物并形成一个大致圆柱形的杆65。之后，高温复合物到达型芯33并在两侧通过两个成形在型芯周围的半圆形开口而移过型芯。型芯的宽度(见图2A)优选小于内部复合物的直径。所述复合物沿进给方向F在型芯后方再次熔化成一个圆柱形杆。如果销钉装于型芯中，则会在刀体上形成空间，用以在以后形成冲洗道。销钉被选择得足够长，以使复合物冷却而避免熔化。通过选择挤压参数，特别是挤出嘴53的直径，冲洗道的周围可以被选择，以便只由第一和第二复合物中的一种或两种组合构成。之后，所述复合物到达由颚爪40、41确定的空隙42，以使复合物在螺脊43的作用下螺旋通过颚爪并获得螺旋钻头的横截面。与现有技术不同的是，根据本发明制造的钻头的排屑槽完全由更耐磨的硬质金属制成。当所述复合物从颚爪中出来后，它们将在周围温度下迅速冷却，而坯件则持续挤出直至排屑槽部分足够长。随后，颚爪40、41被分开而撤离复合物，以形成一个圆柱形刀柄部分。刀柄部分的长度既可以由继续挤出的长度确定，也可以通过颚爪向内移动而开始加工一个新的坯件而确定。在后面的情况下，可以连续形成两个或多个坯件。硬化后的坯件可以，例如，手工切割或断开。
之后，坯件在一个单独的炉中加热，以将媒介燃烧掉并使粘结剂金属熔化而粘结碳化物。之后，要进行附加的机加工，例如磨削切削刃部分、刀柄部分和留隙表面。
这样，倒角的外围由于诸如钴等粘结剂的含量低而可以获得更高的耐磨性能，而中央部分则构成更坚韧的钴含量高的硬质金属。
通过本方法，可以制造出带或不带排屑槽和带或不带刀柄部分的长使用时间的刀具，并能够因操作简便而降低成本。这种操作还不会产生灰尘。此外，可以使用至少一个颚爪在坯件的刀柄部分上加工出标记，以标识将要被磨削以便装卡的表面。这样，磨削量可以最小化。
本发明决不局限于前面所描述的实施例，而是可以在附属权利要求的范围内自由改变。因此，本发明也可以用于实心头铣刀。刀具可以施加诸如Al2O3、TiN和／或TiCN等涂层。
权利要求
1．一种切削加工刀具的制造方法，该刀具由一个相对坚韧的内芯连接着一个相对耐磨的外围构成，该方法包含下列步骤A—将一种具有高金属粘结剂含量的温态第一塑性复合物(55)进给到一个用于挤压的模具(29)中，以及B—同时将一种具有低金属粘结剂含量的温态第二塑性复合物(56)环绕着第一塑性复合物(55)进给到一个用于挤出的模具(29)中，以使上述第二塑性复合物(56)在挤压过程中紧靠着上述第一塑性复合物(55)，从而形成一个大致圆柱形的杆(65)；以及C—整体加热上述相连的复合物(55，56)，以分离出所述复合物中含有的聚合物，并将剩下的材料烧结成一个硬质坯件，随后D—进行可能有的修整机加工，如磨削。
2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤A之前，硬质金属粉末与一种媒介，如一种聚合物混合并加入到至少两个分开的腔(51，52)中。
3．根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使在步骤B后形成的杆(65)移过一个部分(42)以形成排屑槽(18)，之后，部分(42)在步骤B后径向位移以在坯件上形成一个刀柄部分。
4．根据权利要求3所述的方法，其特征在于，部分(42)由两个可以相对于对方移动的颚爪(40，41)构成，所述颚爪沿大致垂直于进给方向(F)的相反方向同时位移。
5．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B中包含使所述复合物移过一个牢固地固定在模具(29)中的型芯(33)，之后，沿进给方向(F)在型芯(33)后方将所述复合物熔化成一个圆柱体刀体。
6．根据权利要求5所述的方法，其特征在于，销钉(35)装于型芯中，以便在坯件中形成空间。
7．一种设备，其安装在用于制造切削加工刀具的挤压机中，该刀具由一个相对坚韧的内芯连接着一个相对耐磨的外围构成，上述设备(20)包含一个用于紧固在挤压机上的壳体(21)，上述壳体(21)带有一个贯通凹座(24)，一种第一复合物可以沿一个进给方向(F)通过该凹座，上述凹座(24)包含一个第一挤出嘴(53)和一个位于一个模具(29)中的孔(30)，其特征在于，至少一个第二挤出嘴(54)基本上同轴环绕着第一挤出嘴安装，以形成一种大致环绕着第一复合物(55)的第二复合物(56)。
8．根据权利要求7所述的设备，其特征在于，设备包含至少两个分开的腔(51，52)和至少一个颚爪(40，41)，该颚爪可以相对于凹座(24)径向移动以与上述第二复合物咬合和脱开，而且其特征在于，设备包含两个可以相对于对方移动的颚爪(40，41)，它们可以沿大致垂直于进给方向(F)的相反方向同时位移。
9．根据权利要求7所述的设备，其特征在于，一个型芯(33)牢固地固定在模具(29)中，而且，设备包含两个用于接收细长销钉(35)的孔(34)，当需要在坯件中成形出冲洗道时，所述孔(35)将沿进给方向(F)从型芯上伸出，而且，每个颚爪(40，41)分别包含一个面向另一个颚爪的空隙(42)，上述空隙(42)包含一个螺脊(43)，从而在两个颚爪彼此顶靠在一起时，所述空隙可以形成一个带排屑槽螺旋钻头的横截面。
10．一种切削加工刀具，其由一个相对坚韧的内芯连接着一个相对耐磨的外围构成，该刀具根据权利要求1—4任一所述的方法制造出来。
全文摘要
本发明涉及一种刀具的制造方法和设备以及刀具本身。该方法和设备可以制造出一个钻头(10),其具有一个相对坚韧的硬质材料中央部分(12)连接着一个相对耐磨的硬质材料外围部分(13)。刀具(10)的排屑槽(18)完全由相对耐磨的硬质材料构成。
文档编号B21C23/14GK1279139SQ00109549
公开日2001年1月10日 申请日期2000年7月3日 优先权日1999年7月2日
发明者马蒂亚斯·普伊德, 约翰尼·布鲁恩, 米卡埃尔·格伦克维斯特 申请人:塞科机床公司