专利名称：切削刀具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1和2的前序部分所述的刀具， 以及一种用于制造根据权利要求7的前序部分所述的刀头的方法。
背景技术：
已知有多种形式的用于切削加工的刀具，所述刀具包括刀头和 刀杆，该刀杆的夹持段用以容纳在刀架中。为了保证高产品质量， 刀具必须与各操作参数相匹配。尤其是，切削刀具必须适用于加工 预定材料或者必须能够满足所需切削参数。例如，在钻孔时需要相 对较高的切削速度和进给速度。通常，刀具必须在较宽的不同直径 尺寸范围内可选用，尤其应当能够承受相对较高的机械负荷和热负 荷。发明内容本发明的目的在于，提供一种用于切削加工的刀具，其应用范 围能够拓宽，并能获得相对较高的产品质量。特别是，即使当加工 极其耐磨的材料时，该刀具也应具有相对较高的耐磨性。 上述目的通过独立权利要求的特征来实现。 本发明的有利的和优选的改进方案在从属权利要求中给出。 本发明首先涉及一种用于切削加工的刀具，特别是钻孔刀具、 铣削刀具或者研磨刀具，所述刀具包括刀头和刀杆，刀头具有切削 刃，切削刃的材料与刀头的相同，刀杆的夹持段用以容纳在刀架中。 本发明的一个重要方面的特征在于，刀头作为单独的部件安装在刀 杆上并且一体地由包括至少一个功能层的硬质材料制成，该功能层 包括例如立方氮化硼(CBN)或多晶金刚石(PCD)等超^5更材料。因此，能够制造出在抗机械应力或热应力方面强度更高的刀具用于钻 孔、铣削或研磨。出于这个目的，刀头不必由多个部件组成，而可 以只由一个部件构成。尤其是，不需要包含一个功能层或整体上由 该功能层组成的单独的切削刀片等，而是包括切削刃在内的整个刀 头均由包括功能层的硬质材料制成。这避免了制备切削刀片随后再 将切削刀片安装到刀头上。经受非常高的应力的刀头由于具有功能 层而即使当加工高耐磨材料时也具有极好的耐磨性。在最简单的情 况下，可以只设置一个由立方氮化硼或多晶金刚石制成的功能层，或者整个刀头可以整体上由CBN或PCD制成。必要时用本发明所提 出的刀具可实现比至今使用的刀具更长的加工长度或使用寿命。例 如，可以将诸如CBN或PCD等超硬材料例如与全^^质合金载体材料 结合制成功能层，该功能层的耐磨性通常比陶覺材料、金属陶资材 料或全硬质合金材料的好。也可以形成多个CBN或PCD功能层，例 如，它们具有不同厚度或强度。原则上，功能层、如果有必要则为 整个刀头可以完全或者说均匀地由CBN或PCD构成，或者由多个主 要组分是CBN或PCD的部件构成。例如，可以将CBN或PCD颗粒散 布在粘结材料或载体材料中，例如通过粉末冶金烧结对其进行加工。 所述至少一个功能层可以涂层形式施加或者可以作为刀头中的 连续层。在有多个功能层的情况下，可以将各功能层彼此固定连接 或者其中的一层可以使用不同的硬质材料。尤其在刀头直径小于约 6mm的小刀头情况下，优选的是，刀头几乎完全或者完全由一种材料 制成，例如，其由CBN或PCD功能层形成，或者与全硬质合金载体 连接。本发明还涉及一种用于切削加工的刀具，特别是钻孔刀具、磨 铣刀具或研磨刀具，所述刀具包括刀头和刀杆，刀头具有切削刃， 切削刃的材料与刀头的相同，刀头的外径不超过6mm,刀杆的夹持段 用以容纳在刀架中。本发明的另一个重要方面在于，刀头作为单独 的部件安装在刀杆上并且具有至少四个分布在刀头周围的切削刃。 因此，即使在刀头直径相比非常小的情况下，也可以提供高效的钻孔、铣削或研磨刀具。因此，尤其是能够非常经济地为孔径6mm或 更小的情况设置四个或更多个切削刃，由于刀头尺寸相对较小，这 在以前是不可行的。由于切削刃的数量4交多，因此可以使加工6mm 和更小的孔的质量较高，或者说可以使刀具在待加工材料中得到更 好的周边引导。由于刀头具有整体性，因此刀头的制造很有利。尤 其是可以独立于刀杆来制造或形成刀头。尤其有利的是，刀头由具有至少一个CBN或PCD功能层的硬质 材料制成。该刀头由于该功能层而能够满足耐磨性方面的最严格的 要求，同时例如通过具有功能层的相应的硬质材料获得了刀头所需 的韧性。就上述这些特性而言，CBN或PCD功能层已产生显著的改进。 然而，原则上也可以在刀头中釆用多个不同层或具有不同厚度的功 能层并结合一种或多种载体材料。特別有利的设计方案是双层刀头， 该双层刀头在指向刀杆的一侧上包括全硬质合金层，其与前面的CBN 层固定地连接。也可以使刀头的功能层具有均质结构，该功能层包 括超硬材料或完全由超硬材料制成。尤其有利的是，将各层烧结在一起形成一种硬质材料的分层结 构，由此在刀头中形成极为坚固的复合层，因此得到高稳定性。特 别是，可优选采用的烧结材料能够形成最终结构形式，同时也能将 其永久地固定在分层结构中。在针对本发明目的的一种有利方案中，刀头具有用于将其安装 在刀杆上的凹槽，该凹槽可以与刀杆的相匹配的插入段连接。这佳_ 得刀头能够被稳固地且较容易地安装到刀杆上。例如，可以在刀头 中钻出简单的盲孔并且在刀杆上设置与该盲孔相匹配的销段。借助 于简单的插嵌可以最终得到固定就位，此时刀头能够被精确地对准， 随后，通过适当的连接技术将该刀头稳固地安装到刀杆上。这里， 例如可以采用钎焊、烧结、焊接或粘合等方法。针对本发明目的的一种优选方案的特征在于，在刀杆上沿刀具 纵向与刀头相距一定距离处形成再加工单元。例如，刀头可以是钻 头，而为了对孔进行再加工，在刀杆上可相对钻头向夹持段的方向略微偏移地设置一个与孔径相匹配的绞刀头。因此，可以在一次行 程中对孔进行加工，并且可以通过在部分孔深上进行研磨来实施对 孔的内壁的再加工。本发明的另一个重要方面在于，提出一种用于制造刀具的刀头 的方法，该刀具用于切削加工，该刀头能够被安装在刀杆上，尤其 是用于制造上述刀具的刀头。这里，主要方面在于，刀头由硬质材 料毛坯制成，其中通过再加工该硬质材料毛坯来加工刀头，尤其是 通过磨削局部区域来形成刀头的最终轮廓。这使得刀头的制造极为 容易。特别是刀头例如由一种材料一体地制成，或者由多种材料制 成，例如该刀头可以由具有分层结构的基材加工而成。到目前为止，刀头的制造成本相对较高。例如，在刀头基体内 的适当位置处加工用于切削刃的容纳槽，该容纳槽必须准确地适配 于待引入的切削刃的尺寸。随后，插入适当地预加工的切削刀片等 并将其稳固地安装到槽中，切削刃也必须具有较高的尺寸稳定性。 如果将切削刀片等拧在基体上，则刀头的切削刀片和基体中还必须开孔，这样才能在切削刀片插入之后进行拧紧。如果在切削刀片和 基体之间不采用螺紋连接或卡紧连接，那么可以通过钎焊、焊接、粘合等来实现连接。总之，这道工序在技术上费事，在经济上昂贵。 通过提供根据本发明的硬质材料毛坯，在该毛坯中使用刀头的基本 形状或者与刀头的最终形状非常接近的模具，可以大大地简化加工。 该方法的特征在于，硬质材料毛坯形式的刀头被安装在刀杆上， 并随后被加工形成最终轮廓。因此，可以对安装在刀杆上的毛坯进 行非常精确的再加工。这在对最终刀具的磨削面和棱边的定向方面 是有利的。由于刀头的稳固安装，刀头被安装在刀杆上且位于其最 终位置，尤其能够相对刀具的纵向轴线准确对称地或旋转对称地对 刀头进行磨削。为了对刀头上的切削刃和/或切削面精加工，有利地，可以仅对 硬质材料毛坯进行磨削即可。因此，在尺寸上必须极为精确的刀头区域、切削面或刃可以获得高精度且可行。最后，有利的是，硬质材料毛坯由硬质材料板加工而成。该硬质材料板可以包括CBN或PCD功能层或者可以整体由CBN或PCD制 成。可以经济有利地制造出初始形状以进一 步加工成石更质材料毛坯。 特别优选的是，硬质材料毛坯例如通过蚀刻或激光切割等由板式材 泮牛力口工而成。
以下参照附图描述本发明的其它特征和优点，其中 图1为根据本发明的绞刀的侧视图；图2为图1所示绞刀的沿根据图1所示箭头方向PI的正视图； 图3a为图1所示绞刀的绞刀头的仰一见图；图3b为沿图1所示剖切线A-A的根据图3a的绞刀头的剖视图；图4为图1所示绞刀的支撑部的侧—见图；以及图5为图4所示支撑部的沿根据图4所示箭头方向P2的正视图。
具体实施方式
以下给出了根据本发明的用于切削加工的刀具的示例性实施方式， 例如，绞刀1。绞刀1包括例如由全硬质合金制成的一体式支撑部2, 如图4和5所示，在支撑部2的前段设置并安装绞刀头3,绞刀头3与 支撑部2固定连接。在所示实施例中，绞刀头3也为一体式并且均由一 种硬质材料制成，例如立方氮化硼(CBN)。支撑部2例如可由工具 钢、全硬质合金或其它材料制成，如果有必要也可由多种不同的材 料制成。支撑部2和绞刀头3原则上也可以具有不同材料结构，例 如，分层结构形式或作为涂层材料。为了将支撑部2夹持在刀架中，该支撑部2具有外径为山的圆柱形 夹持段4,该夹持段4在其后端具有倒角5。例如为了能够将支撑部2 夹持在钻头卡盘、套爪卡盘或夹头中，原则上也可以对刀具的用以夹持 在刀架中的那段采取其它设计。在夹持段4的前端处，支撑部2经圆锥形段6逐渐变细，直到外径为d2的圆柱形延伸段7为止，其中，该外径d2小于山。例如，在所示实施例中，山约为6mm, &约为2. 2mm。圆锥形段6的侧面与支撑部2和绞 刀1的纵向轴线S或者与夹持段4外侧成倾角cc"该倾角cc,在所示例 子中约为45° 。在与夹持段4共轴布置的延伸段7的前端处，与该延伸段7共轴地 设置具有圆形截面的轴颈部分8。轴颈部分8也可具有其它截面形状， 这些截面形状应适配于绞刀头3上的相应的凹形相对部分，下面将更加 详细的说明。轴颈部分8相对于延伸段7在肩部9处沿径向朝内偏移， 该轴颈部分8的外径d3比延伸段7的直径d2稍小，在本例中约为1. 4mm。 轴颈部分8在其前端上具有平的端面10,该端面IO基本上与纵向轴线 S垂直。为了制成绞刀1,将例如随后被加工生产绞刀头3的预制毛坯或者 已制成的绞刀头3设置在支撑部2的轴颈部分8上，并将其稳固地安装 在支撑部2上。这可以通过不同的方法来实现，例如通过钎焊、烧结、 粘合、焊接等。在装配绞刀头3或毛坯之后Y更生产出图1和2所示的绞刀1。图3a 和3b具体地示出了作为单个部件的绞刀头3,该绞刀头3的至少大部分 -陂预制。为了能将绞刀头3可靠地且固定地安装在支撑部2的轴颈部分 8上，待连接在一起的多段分别具有适于彼此匹配的形状。在所示例子 中，绞刀头3在其后端具有凹槽，这里所示凹槽为圆柱形盲孔11,在绞 刀头3安装好的状态，所述盲孔11与绞刀头3的纵轴线同轴。盲孔ll 与轴颈部分8相匹配，从而使绞刀头3可通过插》丈到轴颈部分8上或嵌 入盲孔11中并通过适当的连接方法稳固地安装在支撑部2上。绞刀头3 具有两层，前硬层15和后基段16,其中，前硬层15由CBN制成且其层 厚例如约为lmm,后基段16由全硬质合金制成且其厚度约为2mm。在所示实施方式中，盲孔11在绞刀头3纵向上的深度14与轴颈部 分8的轴向长度13相比略大，其中，h约为1.5mm， 13约为1.3mm。同 样，盲孔11的内径山比轴颈部分8的直径(13略大，其中，山约为1. 5mm,山约为1. 4mm。尤其是，当绞刀头3被完全安置在轴颈部分8上时，位于绞刀头3 的后端处的环形接触面12平接支承肩部9的相对面13,或者至少几乎 无间隙地抵靠在肩部9的相对面13上，该相对面13也呈环形。由此可 能所形成的间隙区域可填充例如适当的4f焊或粘合材冲牛，用于将绞刀头 3焊接或粘合到轴颈部分8上。此外，由于轴颈部分8或盲孔11具有相 应的尺寸，在轴颈部分8与盲孔11内壁之间也存在周边环形间隙，以 便进行钎焊或粘合连接，同样在轴颈部分8的端面10和盲孔11的底面 14之间也有间隙。在绞刀1或支撑部2的纵向轴线S方向上，夹持段4的长度h大于 长度h的一半，其中，该长度h为肩部9与支撑部2或夹持段4的后端 之间在纵向轴线S方向上的距离。在所示实施例中，长度l,约为36mm, 长度h约为47mm。然而，原则上也可采用其它长度比，特别是不同的 长度比h/l2。也可具有不同的直径比山/(12/(13,特别是山和d2的比。绞刀头3例如具有四个切削刃，即，四个均匀分布在绞刀头3周边 上的切削刃15。然而，也可以在绞刀头上形成多于或少于四个的切削刃。 将绞刀头3安装在支撑部2上，该绞刀头3可以是最终绞刀头3的初步 产品，例如，烧结材料的未烧结的压块或从硬质材料中蚀刻出的毛坯， 随后对绞刀头3进行精加工。为了例如通过研磨进行精加工，可特别对 切削刃或切削刀面进行精确设计。1绞刀 2支撑部 3绞刀头 4夹持段 5倒角 6圆锥形段 7延伸段 8肩部9端面10盲孔114姿触面12相对面 13底面 14切削刃 15硬层 16基段
权利要求
1.一种用于切削加工的刀具(1)，所述刀具(1)包括刀头(3)和刀杆(4，7，8)，刀头具有刀具切削刃(15)，刀具切削刃的材料与刀头的相同，刀杆的夹持段(4)用来容纳在刀架中，其特征在于，所述刀头(3)作为单独的部件安装在刀杆(4，7，8)上，并且一体地由硬质材料制成，所述硬质材料具有至少一个功能层，所述功能层包括例如CBN或PCD等超硬材料。
2. 所述用于切削加工的刀具，其包括刀头(3)和刀杆(4， 7， 8),刀头具有刀具切削刃(15 ),刀具切削刃的材料与刀头的相同， 并且所述刀头(3)的外径不超过6mm,所述刀杆的夹持段(4)用来 容纳在刀架中，其特征在于，所述刀头(3)作为单独的部件安装在 刀杆(4, 7, 8)上，并且所述刀头(3)具有至少四个布置在刀头(3)周围的刀具切削刃(15)。
3. 根据权利要求2所述的刀具，其特征在于，所述刀头(3)由 具有至少一个功能层的硬质材料制成，所述功能层包括例如CBN或 PCD等超硬材料。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的刀具，其特征在于，所述 层被烧结在一起，形成硬质材料的分层结构。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的刀具，其特征在于，所述 刀头(3)具有用于将其安装在所述刀杆(4, 7, S)上的凹槽(ll), 所述凹槽(11)能够与刀杆的相匹配的插入段(8)连接。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的刀具，其特征在于，在所 述刀杆(.7)上沿刀具(1)的纵向与所述刀头(3)间隔距离形成再 力口工单元。
7. —种用于制造刀具(1 )的刀头(3)的方法，所述刀具(1 ) 用于切削加工，所述刀头(3)能够被安装在刀杆(4， 7， 8)上， 尤其是用于制造根据前述权利要求中任一项所述刀具U)的刀头的 方法，其特征在于，所述刀头(3)由硬质材料毛坯制成，通过再加工所述硬质材料毛坯来加工所述刀头(3)，特别是通过研磨局部区域来形成所述刀头(3)的最终轮廓。
8. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，将硬质材料毛坯 形式的所述刀头(3)安装在所述刀杆(8)上，并随后对其进行加 工以形成所述最终轮廓。
9. 根据权利要求8和9所述的方法，其特征在于，所述硬质材 料毛坯由硬质材料板力。工而成。
全文摘要
本发明涉及一种用于切削加工的刀具(1)，该刀具包括带有刀刃(15)的刀头(3)和刀杆(4，7)，其中，刀刃(15)的材料与刀头的相同，刀杆(4，7)的夹持段(4)用以容纳在刀架中。根据本发明，通过以下措施使刀具的应用领域得以拓宽刀头(3)作为单独的部件安装在刀杆(4，7)上并且一体地由具有至少一个功能层的硬质材料制成，该功能层包括例如CBN或PCD等超硬材料。本发明还公开了另一种用于切削加工的刀具和用于制造刀头的方法。
文档编号B23D77/00GK101282811SQ200680037028
公开日2008年10月8日 申请日期2006年10月4日 优先权日2005年10月4日
发明者L·博兹库尔特 申请人:钴领无限公司