旋转刀具特别是钻头以及制造这种类型的旋转刀具的方法
【专利说明】旋转刀具特别是钻头以及制造这种类型的旋转刀具的方法
[0001]本发明涉及旋转刀具，特别是钻头，其包括沿着旋转轴线在轴向上延伸的并设置有切肩槽的硬质材料切削刀柄。本发明另外涉及制造这种类型的旋转刀具的方法。
【背景技术】
[0002]在本发明中，旋转刀具一般被理解为意指用于机加工在操作过程中围绕其自身的旋转轴线旋转的工件的这种类型的刀具。对于这种类型的旋转刀具，诸如钻头、铣削刀具或铰刀，使用实心碳化物钻头(其中整个刀具均由碳化物制成)是已知的。具有权利要求1的前序所述的特征的实心碳化物钻头例如在WO 00/47357 Al中有所描述。
[0003]另外已知的是模块化刀具，特别是钻孔刀具，其中将可更换的刀具头固定到由工具钢制成的支承架轴。刀具头(例如作为刀头而设计)例如仅通过夹紧而固定，方式是使具有联接部分的刀具头以夹紧方式插入支承架轴的联接插孔。为此，支承架轴很多情况下包括两个端面夹紧腹板，在其之间将刀具头保持夹紧。这种类型的模块化钻孔工具例如在DE 10 2012 200 690 Al 或 TO 03/070408 Al 中有所公开。
[0004]实心碳化物钻头与由工具钢制成的刀具相比明显更贵。因此，使用实心碳化物钻头通常需要明显更高的费用。另一方面，实心碳化物钻头归因于其明显更高的硬度而不太容易磨损。此外，其与钢轴相比通常明显更刚硬并且振动往往较少。这种更高的刚度特别是对于较长的钻头而言尤其有利。
[0005]提高的耐磨性还特别适用于被称为副切削刃或导向斜面(其沿着始于刀头并沿着切削刀柄延伸的切肩槽行进)的刀具。
[0006]发明目的
[0007]从该背景出发，本发明基于以下目标:提供旋转刀具，特别是钻头，其所需的操作成本较低，同时具有良好的特性，特别是在切削刀柄区域的高耐磨性和高刚度。
[0008]目标的实现
[0009]所述目标根据本发明通过具有权利要求1所述的特征的旋转刀具特别是钻头而实现。该旋转刀具包括由硬质材料制成的并沿着旋转轴线在轴向上延伸的开槽切削刀柄制成。该硬质材料特别是通常存在于碳化物钻头中的碳化物。或者硬质材料可以为被称为金属陶瓷或也称为陶瓷的材料。这些硬质材料通常为具有高固有刚性和良好耐磨性的非常硬的材料。在轴向上在该切削刀柄连接由与硬质材料相比不同的材料特别是工具钢制成的中间刀柄。该材料通常比硬质材料更软和/或更有弹性。此外，固定到该材料的是由与中间刀柄的材料相比硬度更大的切削材料制成的切削刀片。
[0010]在切削刀柄上优选地沿着切肩槽形成的是副切削刃和/或支撑或导向斜面。然而，这种类型的副切削刃以及支撑和导向斜面不一定需要在切削刀柄上形成。切削刀柄因此也不一定需要具有切削功能。
[0011]该实施例特别是基于以下想法:对包含由工具钢制成的支承架轴和由切削材料制成的刀具头的模块化刀具进行改进，达到切削刀柄由硬质材料制成并同时通过引入的切削刀片而维持模块性的程度。由更大弹性的材料制作中间轴使得可以可靠地形成切削刀片的联接部位。
[0012]因此，切削刀片优选地也为加以固定以便可替换的刀具头形式的切削刀片。切削刀片特别是构成刀头并因此通常具有复杂的几何形状，其具有在前端面中布置的多个主切削刃。
[0013]中间刀柄因此优选地在其端面上包括夹紧腹板，在其之间将切削刀片保持夹紧。切削刀片仅通过夹紧而不用布置额外的紧固元件诸如螺钉而方便地保持就位。
[0014]特别是在具有夹紧腹板的这种类型的实施例中需要用以适应切削刀片的足够弹性。所需的弹性通过由弹性材料制成的中间刀柄提供。同时，切削刀柄具有高耐磨性，以使得总体而言形成具有长使用寿命并使总体操作成本更低的模块化旋转刀具。
[0015]根据一个优选的实施例，切削刀柄是得自之前用过的实心硬质材料刀具特别是实心碳化物刀具的切削刀柄。实心碳化物刀具在再次磨削不可能或不再可能的情况下被废弃。将之前用过的刀具用于切削刀柄因此基于目的在于降低成本的回收利用概念。这一实践利用以下事实:切削刀柄通常仅在刀头附近的前区中受到特定的磨损，但在后区的磨损甚微，从而使得可能进一步使用。总体而言，对比较昂贵的碳化物材料的需求保持较低，使得整个来说可以得到具有良好耐磨性的符合成本效益的旋转刀具。
[0016]在一种有利的开发中，沿着开槽切削刀柄行进的切肩槽在中间刀柄中继续。中间刀柄因此同样被设计为槽轴区。切肩槽有利地以相同的螺旋倾角在中间刀柄中继续，以使得它们与切削刀柄中的切肩槽对齐。在这种情况下，导向和支撑斜面以及可能的副切削刃同样优选地在中间刀柄上形成，其每一者也沿着切肩槽在切削刀柄中继续。
[0017]为了有利于中间刀柄与切削刀柄之间尽可能可靠和牢固的连接，这些组件彼此以材料锁合的方式连接。
[0018]中间刀柄有利地经由焊接而连接到切削刀柄。或者，这两个部件在原则上也可经由软钎焊而彼此连接。然而，软钎焊方法比焊接对硬质材料特别是碳化物的加热明显更多，这会不利地导致碳化物在与中间刀柄的界面处变脆，从而使得连接点不太适合传递所需的力。
[0019]根据一个尤其优选的实施例变型形式，中间刀柄经由选择性逐层激光熔覆而形成。这种类型的逐层和选择性熔覆的原理通常是已知的并以术语3D打印而泛称。该基本原理还例如在论文 “Selective Laser Melting of thin wall parts using pulseshaping，，by K.A.Mumtatz, N.Hopkinson in the “Journal of Materials ProcessingTechnology”，210 (2010)，279-287 ( “使用脉冲成形对薄壁部件进行选择性激光熔化”，作者K.A.Mumtatz、N.Hopkinson,《材料加工技术杂志》，第210卷，2010年，第279-287页)中有所描述。通过该方法，通常经由连续地逐层施加粉末并借助激光处理而将粉末粒子沿着所需的几何形状彼此融合从而逐层产生所需的几何形状。逐层构造使得可以形成高度复杂的几何形状。
[0020]为了有利于中间刀柄与切削刀柄之间的最佳连接，在这两个部件之间布置连接表面，其至少在部分区段中被设计为相对于轴向成非90°的角度。连接表面因此至少在部分区段中与旋转轴线成对角取向。根据第一实施例变型形式，其完全成对角倾斜，以使得形成限定连接表面的成对角倾斜的平面。或者，连接表面也可总体而言被设计成屋顶形。
[0021]在这种情况下，所述角度优选地在30°与85°之间的范围内。该对角取向总而言之明显增大接触表面，从而归因于较大的表面而增大中间刀柄与切削刀柄之间的保持力。
[0022]作为成对角倾斜的另一种选择或除此之外，优选地使连接表面异形化或粗糙化。这还起到增大切削刀柄与中间刀柄之间的保持力的作用。在这种情况下，术语异形应被理解为意指例如表面波纹。异形具有例如小于Imm的轴向上的型面高度。就粗糙化而言，相比之下，不形成限定的结构，而是整个表面特别是被均匀地粗糙化，其粗糙度明显小于指定的型面深度。
[0023]作为异形化或粗糙化的另一种选择或除此之外，在一个有利的实施例中，切削刀柄和中间刀柄包括在轴向上彼此接合(即，在轴向上重叠)的联接元件。这种类型的联接元件特别是柱和柱插孔、齿状物或也为端面的总体屋顶形构造。这种类型的联接元件通常在轴向上延伸几毫米。这继而例如增大接触表面。在一个适当的实施例中，联接元件另外被设计为扭矩元件，在操作过程中扭矩经由该元件从切削刀柄转移到中间刀柄。
[0024]一般来讲，中间件有利地具有在旋转刀具标称直径的0.2与1.5倍之间范围内的在轴向上延伸的长度。具体地讲，轴向长度在标称直径的0.8与1.2倍之间的范围内。这一比较长的轴向长度确保在切削刀片区域中有足够的弹性，以使得在机加工程序期间出现的负荷可以安全且可靠地被弹性中间刀柄吸收。
[0025]此外所述目标根据本发明经由制造具有权利要求14所述的特征的指定类型的旋转刀具的方法而实现。关于旋转刀具所提出的优点和优选实施例也相应地适用于该方法。
[0026]在该方法的一个尤其有利的实施例中，提供了以下方面:对用过的实心碳化物刀具进行准备以提供切削刀柄。为此，移除用过的实心碳化物刀具的前端，并在切削刀柄的侧面上形成所需的连接表面。这些措施使得可以实现成本的明显降低。具体地讲，它们使得能够有效地回收利用用过的实心碳化物钻头。
【附图说明】
[0027]基于附图更详细地阐释本发明的示例性实施例，附图示出了:
[0028]图1设计为钻头的旋转刀具的透视图；
[0029]图2A至图2C沿着图1中的剖面线A-A的剖视图；
[0030]图3A至图3C根据本发明在切削刀柄与中间刀柄之间具有各种界面的钻头的侧视图。
[0031]具有相同作用的部件在附图中以相同的参考编号给出
【具体实施方式】
[0032]设计为图1中所示的钻头2的旋转刀具沿着旋转轴线