专利名称：刀片、特别是转位式刀片的精密热压和烧结的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过烧结毛坯生产的即可使用的陶瓷刀片，带有上面和底面，连接上面和底面的侧面以及具有用于切削加工工件的刃带的切削刃，所述上面和底面各自具有用于装入刀具刀夹内的安装面。
背景技术：
迄今为止，陶瓷刀片的窄公差(例如在d= 12. 7mm的内切圆直径±25 iim和厚度s = ±130 的G公差中)只能通过烧结之后，也就是在材料已经构成其所有突出特性的状态下，利用金刚石刀具的再磨削进行调整。除了转位式刀片的角度、半径和切削刃制作夕卜，重要的还有转位式刀片可靠保持在刀座上。这一点对转位式刀片安装面的平整度提出相应的要求。迄今为止，这种要求只能通过利用金刚石刀具的平面磨削才能达到。这种再加工总是与造成材料损坏的高磨削力和磨削压力相关。
发明内容
本发明的目的在于，对按权利要求I前序部分所述即可使用的的刀片这样进行改进，使其至少部分避免烧结之后的再加工。此外，打算提供用于制造依据本发明的刀片的方法。此外，还打算提供优选的应用。下面依照权利要求对本发明进行详细说明。通过上面和底面的安装面和/或刃带至少具有部分表面，这些部分表面由烧结时产生的烧结壳(Sinterhaut)组成和不曾因材料磨蚀处理而损坏，至少部分避免烧结之后的再加工。在优选的实施方案中，整个上面和底面由烧结时产生的烧结壳组成。因为烧结壳的硬度经常高于母材，所以由此提高切削材料耐磨强度。由烧结时产生的烧结壳组成的刀片面越多，硬度越高。因此优选所有刃带由烧结时产生的烧结壳组成。在一种本发明的实施方案中，因此单个侧面或优选所有侧面均由烧结时产生的烧结壳组成。因此，依据本发明的刀片优选满足按照IS01382的M公差的尺寸精确性和/或满足按照IS01382的G公差的尺寸精确性。为改进在基体(Mgerwerkzeug)上的固定，刀片的上面和/或底面具有凹槽或贯通连接上面和底面的钻孔。上面和/或底面和/或侧面和/或刃带也可以具有单层或多层的涂层。优选刀片由下述陶瓷切削材料中的一种或多种组成>有和没有硬质材料增强的a -/ P -SiAlONe>有和没有硬质材料增强的P_Si3N4>混合陶瓷(A1203_Ti (C，N))
>ZTA(A1203-Zr02)。刀片优选是转位式刀片。用于制造通过烧结毛坯制造的陶瓷刀片的依据本发明的方法，所述陶瓷刀片带有上面和底面，连接上面和底面的侧面以及具有用于切削加工工件的刃带的切削刃，所述上面和底面各自具有用于装入刀具刀夹内的安装面，所述方法优选地特征在于，刀片的毛坯通过精密热压产生所需的形状，随后将毛坯烧结，和在烧结之后上面和/或底面安装面和/或刃带的至少部分表面不经历材料磨蚀处理。优选整个上面和底面和/或所以刃带和/或所有侧面不经历材料磨蚀处理。在一种本发明的实施方案中，通过毛坯的精密热压在上面 和/或底面内压有凹槽或连接上面和底面的贯通钻孔。优选为制造毛坯使用下述陶瓷切削材料中的一种或多种>有和没有硬质材料增强的a -/ P -SiAlONe>有和没有硬质材料增强的P_Si3N4>混合陶瓷(A1203_Ti (C，N))> ZTA (A1203-Zr02)。一种优选的方法步骤的特征在于，将陶瓷切削材料混合成可压制的物料，其具有高流动性并由此特别是具有恒定的充模能力，其中，表征流动性的物料的布料角小于或等于35°，优选小于或等于30°，特别优选小于或等于25°。有利的是，烧结之前去除毛坯的冲压毛刺而不损坏毛坯的棱边。优选考虑不同物料批次的不同压制和收缩行为，其中，通过压制和烧结实验测定每个批次的生坯密度-收缩-特性曲线并从中确定必要的成品生坯密度，和在压制设定时将该成品生坯密度设定为毛坯生坯密度的额定值。有利的是，烧结时炉内气氛与烧结毛坯的坩埚内部之间的气体交换最小化并仅使用惰性的，也就是与毛坯在烧结时没有任何相互作用的坩埚材料。优选依据本发明的刀片用于切削金属、塑料、木材或复合材料。 依据本发明，在由高性能陶瓷材料通过精密热压和直接烧结制造转位式刀片时，在遵守按照IS01832的M和G公差的情况下达到尺寸。依据本发明的工作活动因此在于，使刀片的毛坯在烧结之前通过精密的压制(在这里也称为精密热压)产生这种形状，使其可以在烧结之后无需或仅需少量再磨削完成烧结刀片的上面和底面和/或侧面。本发明包括用于制造刀片的方法，其中刀片的毛坯通过精密热压产生所需的形状和随后烧结毛坯并由此产生刀片。依据本发明，烧结之后无需，无论如何仅需很少的磨削。毛坯内同时优选压入凹处，其可以使刀片夹紧在刀架的夹具上。本发明此外描述了在刀片的上面和/或底面和/或侧面和/或刃带上具有烧结壳的刀片。优选这些面是刀片的整个上面和底面或这些面覆盖刀片的整个上面和底面。本发明还描述了陶瓷刀片或转位式刀片，其满足按照SI01382G公差的尺寸精确性及其表面由烧结时产生的烧结壳组成并因此不曾因材料磨蚀处理而损坏。本发明在应用方面进行以下改进 避免陶瓷受到磨削损坏，也就是说，减少产品使用时容易出现的歪斜和崩落。 “烧结壳”保留。因为烧结壳通常硬度高于母材，所以切削材料的耐磨强度再次得到提高，这一点实践中在切削时通过更低的表面磨损和缺口磨损表现出来。 通过转位式刀片上更小的总体磨损，根据由此产生的更小的切削力，还可以降低部件上的飞溅。减小切削力也使机床耗用功率有所降低。由此加大进行切削力极限值检测的间隔并提高切削角的耐用度。 有利的是，在使用依据本发明的转位式刀片(WSP)时也降低了噪声形成。可以设想各种各样的实施方案 周边成品压制刀片的外部轮廓高度精密压制和烧结；WSP的高度(也称为零件高度)此外经磨削和棱边倒坡口。 高度成品压制侧面例如通过磨削产生正确的尺寸，由此按照简单方式达到G公差的尺寸精确性。上面和/底面保留不磨削，从而在这里保留烧结壳。刃带同样可以仅通过压制制造或通过磨削制造。 成品压制外部轮廓和零件高度仅通过压制和烧结尺寸精确地进行调整；切削刃倒坡口(图I)。 最常用的实施方案刃带也通过压制和烧结尺寸精确地进行调整。 用于对照的现有技术以0. I毫米到数个0. I毫米磨削余量对毛坯进行压制和烧结；平面磨削、圆周磨削和倒坡口在3个单独的过程中在3台不同的机床上以不同的要求进行。在此方面存在大量损坏材料的可能性。
本发明涉及所有高性能陶瓷切削材料，特别是 有和没有硬质材料增强的经涂覆和未经涂覆的a _/ P -SiAlONe0特别是在这里保留材料内存在的a梯度和与此相关靠近表面的硬度梯度。 有和没有硬质材料增强的经涂覆和未经涂覆的P_Si3N4。 经涂覆和未经涂覆的混合陶瓷(A1203_Ti (C，N))。 经涂覆和未经涂覆的ZTA(A1203-Zr02)。本发明以下列创造性的成果为基础或有利地单独或组合关注制造方面的下列特征 压制毛坯时，有利地在冲模与凹模之间调整非常精确和精密位于中心的间隙。这一点特别是可以通过快速夹紧系统实现。 压制过程优选极其精确并可以高度的可再生性进行调整。 可压制的物料，具有优选非常高的流动性并由此恒定的充模能力。流动性由所谓的布料角表征。为进行测量，将确定量的压制颗粒均匀倒入一个透明容器内。然后将底板打开一块，从而排出一部分粉末。根据颗粒的流动性，留在容器内的粉末形成一个或多或少的陡峭棱边，其角度作为布料角进行测量。布料角对于良好的流动性来说应小于或等于35°，优选小于或等于30°，特别优选小于或等于25°。 所有毛坯的生坯密度内均需要高度的恒定性。这一点通过具有非常好流动性和非常精确压制的物料达到。利用压制后自动的质量和高度测量，可以计算每个压制件的生坯密度。毛坯与毛坯之间生坯密度的偏差应小于或等于平均值的0. 5%，优选小于或等于0. 3% (例如参见图I :成品生坯密度1.956g/cm3，生坯密度处于I. 951-1. 963g/cm3，最大
0.3%的偏差情况下应为1. 951-1. 962g/cm3)。 去除毛坯的冲压毛刺，而不损坏毛坯的棱边。由于冲模与凹模之间的间隙，毛坯上留有很细的毛刺。这种毛刺必须在烧结之前清除，使得其不会烧结和以后导致棱边飞溅。 考虑不同物料批次的不同压制和收缩行为。在这种情况下，通过压制和烧结实验测定每个批次的生坯密度-收缩-特性曲线并从中确定必要的成品生坯密度。在压制设定时将这种成品生坯密度设定为毛坯生坯密度的额定值。 避免烧结扭曲、密度梯度、收缩梯度和颜色梯度的专用炉子结构。特别是炉内气氛与坩埚内部之间的气体交换最小化。此外，只得使用惰性的，也就是在烧结时与毛坯没有任何相互作用的坩埚材料。这些措施为达到烧结期间毛坯的均匀收缩是必要的。如果相反毛坯与炉内气氛或坩埚材料产生相互作用，那么毛坯的收缩局部受到影响，从而烧结时出现扭曲和尺寸精确性不再能够得到保证。如果出现烧结扭曲，那么一般首先涉及处于边缘部分的角和棱边。例如在氮化硅或SiAlON材料的情况下，气体气氛内由例如坩埚或炉内绝热体的新石墨材料引起的高浓度的碳导致表面上对于致密化绝对必要的烧结添加剂还原。由此部件边缘上的收缩小于部件中心,从而所烧结的部件内出现扭曲。
为更好夹紧刀片，优选刀片内加工出凹槽，正如WO 03/013770A1中所描述的那样。凹槽在中心具有球形或圆形凸起部。凸起部的顶端处于凹槽底部的上方和刀片上面的下方。为夹紧在刀具上，夹钳利用配合成型的凸缘形锁合嵌入刀片的凹槽内。该凹槽用于形锁合夹紧在载体上。这种具有特殊凹槽的刀片特别适用于刀片通过作用的切削力会从其底座中拉出的拉拔薄片。这种凹槽的进一步说明参见上述文献。为产生恒定的安装条件，在另一种依据本发明的实施方案中凹槽如EP 1536903B1中所描述的那样构成。在这种情况下，用于夹紧的第一夹紧凹槽引入到刀具内，并与第一夹紧凹槽同轴设置第二夹紧凹槽，其中，第一夹紧凹槽比第二夹紧凹槽更深和二者低于刀片上面设置。在将该刀片夹紧在刀具内时，刀具的夹钳处于第二夹紧凹槽上并例如利用凸缘嵌入第一夹紧凹槽内。夹钳的安装面与凹槽的距离因此始终不变。依据本发明的刀片也可以配备有单层或多层涂层。
图I示出毛坯之间生坯密度的小偏差。这种偏差小于或等于平均值的0. 5%，优选小于或等于0. 3%。成品生还密度为I. 956g/cm3,生还密度处于I. 951-1. 963g/cm3,最大0. 3%的偏差情况下应为1. 951-1. 962g/cm3。
具体实施例方式利用本发明在相同的使用条件下减少缺口磨损，即操作制动轨粗加工(Bremsbahnschruppen)切削速度Vc= 1000m/min切削深度f = 0. 55mm/U进给ap = 3-4mm材料GJL合金使用寿命100件使用寿命标准尺寸精确性实验中，达到使用寿命标准后，检查具有用于夹紧在切削加工用刀具支架内的凹槽的两个转位式刀片(WSP)。将现有技术的经涂覆PcBN转位式刀片与依据本发明的未经涂覆的a-/P-SiAlON WSP进行比较。依据本发明未经涂覆的a-/P-SiAlON转位式刀片在达到使用寿命标准后，表现 出比根据现有技术的PcBN-WSP明显更低的磨损。
权利要求
1.通过烧结毛坯制备的即可使用的陶瓷刀片，该陶瓷刀片带有上面和底面，连接所述上面和底面的侧面以及具有用于切削加工工件的刃带的切削刃，其中所述上面和底面各自具有用于装入刀具刀夹内的安装面，其特征在于，所述上面和底面的安装面和/或所述刃带至少具有部分表面，这些部分表面由烧结时产生的烧结壳组成且不曾因材料磨蚀处理而损坏。
2.按权利要求I所述的刀片，其特征在于，整个上面和底面由烧结时产生的烧结壳组成。
3.按权利要求I或2所述的刀片，其特征在于，所有刃带由烧结时产生的烧结壳组成。
4.按权利要求1-3之一所述的刀片，其特征在于，单个侧面或优选所有侧面均由烧结时产生的烧结壳组成。
5.按权利要求1-4之一所述的刀片，其特征在于，所述刀片满足按照IS01382的M公差的尺寸精确性和/或满足按照IS01382的G公差的尺寸精确性。
6.按权利要求1-5之一所述的刀片，其特征在于，所述刀片的所述上面和/或底面具有凹槽或贯通连接所述上面和底面的钻孔。
7.按权利要求1-6之一所述的刀片，其特征在于，所述上面和/或底面和/或所述侧面和/或所述刃带具有单层或多层涂层。
8.按权利要求1-7之一所述的刀片，其特征在于，所述刀片由下述陶瓷切削材料中的一种或多种组成 -有和没有硬质材料增强的a _/ P -SiAlONe -有和没有硬质材料增强的P -Si3N4 -混合陶瓷(A1203-Ti (C，N))-ZTA(A1203-Zr02)。
9.用于制造通过烧结毛坯制备的陶瓷刀片的方法，该陶瓷刀片带有上面和底面，连接所述上面和底面的侧面和具有用于切削加工工件的刃带的切削刃，所述上面和底面各自具有用于装入刀具刀夹内的安装面，特别是用于制造按权利要求1-8之一所述的刀片的方法，其特征在于，所述刀片的毛坯通过精密热压产生所需的形状，随后将毛坯烧结，和在烧结之后，所述上面和/或底面的安装面和/或所述刃带的至少部分表面不经历材料磨蚀处理。
10.按权利要求9所述的方法，其特征在于，通过毛坯的精密热压将凹槽压入所述上面和/或底面内或压入连接所述上面和底面的贯通钻孔。
11.按权利要求9或10之一所述的方法，其特征在于，为制造毛坯使用下述陶瓷切削材料中的一种或多种 -有和没有硬质材料增强的a _/ P -SiAlONe -有和没有硬质材料增强的P_Si3N4 -混合陶瓷(A1203-Ti (C，N))-ZTA (A1203-Zr02)。
12.按权利要求9-11之一所述的方法，其特征在于，将所述陶瓷切削材料混合成可压制的物料，其具有高流动性并由此特别是具有恒定的充模能力，其中，表征流动性的物料布料角小于或等于35°，优选小于或等于30°，特别优选小于或等于25°。
13.按权利要求9-12之一所述的方法，其特征在于，烧结之前去除毛坯的冲压毛刺而不损坏毛坯的棱边。
14.按权利要求9-13之一所述的方法，其特征在于，考虑不同物料批次的不同压制和收缩行为，其中，通过压制和烧结实验测定每个批次的生坯密度-收缩-特性曲线并从中确定必要的成品生坯密度，和在压制设定时将该成品生坯密度设定为毛坯生坯密度的额定值。
15.按权利要求9-14之一所述的方法，其特征在于，烧结时炉内气氛与烧结毛坯的坩埚内部之间的气体交换最小化并仅使用惰性的、也就是与毛坯在烧结时没有任何相互作用的坩埚材料。
全文摘要
本发明涉及一种通过烧结毛坯生产的即可使用的陶瓷刀片，带有上面和底面，连接上面和底面的侧面以及具有用于切削加工工件的刃带的切削刃，所述上面和底面各自具有用于装入刀具刀夹内的安装面。为至少部分避免烧结之后的再加工，提出上面和底面的安装面和/或刃带至少具有部分表面，这些部分表面由烧结时产生的烧结壳组成和不曾因材料磨蚀处理而损坏。
文档编号B23B27/16GK102740999SQ201080037110
公开日2012年10月17日 申请日期2010年7月20日 优先权日2009年8月21日
发明者A·施拉根霍夫, B·比特利希, K·弗里德里希, M·弗里潘, U·莫夫莱, W·克吕梅尔 申请人:陶瓷技术有限责任公司