专利名称：具有耐磨损的包覆层的切削刀具部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及切削刀具部件、并且特别是涉及用于切削刀具部件的耐磨损的包覆层。
背景技术：
切削刀具，例如像用于从工件上去除材料的金属切削刀具是普遍已知的。典型地， 一种切削刀具包括一个刀夹具以及一种夹紧安排，该夹紧安排用于将一个镶片可释放地固定到该刀夹具上。已经提出了此类夹紧安排的不同形式。例如，Jones等人的美国专利号 3，754，309披露了一种切削镶片以及用于此的夹紧安排，其中一个夹紧构件包括一个圆化的鼻头，该鼻头被适配为用于与该切削镶片中形成的一个凹槽相接合。McCreery等人的美国专利号3，864，799披露了一种刀夹具，该刀夹具包括用于将镶片夹紧到刀夹具柄上的一个夹紧构件。在切削刀具的转动工作中，镶片所产生的切屑可以干扰切削操作。在McCreery等人的‘799专利中，该夹紧构件的面向切削刃的一部分被斜切掉从而用作一个断屑器或切屑偏转构件并且协助使这些切屑离开切削区域。这产生了该夹紧构件的断屑面以及环绕该夹紧件的直接区域，并且切削刃经受到严重的磨损和摩擦。在McCreery等人的‘799专利中，可以对该夹紧构件提供一种硬化和/或减小摩擦的处理。确切地说，这可以通过以下方式完成形成一种气硬钢的夹紧构件、使用一种气相沉积法(例如，物理气相沉积(PVD))在该断屑表面涂敷一个相对较薄的碳化钛涂层、或者对该夹紧构件的断屑表面施加一种渗硼处理(boradizing treatment)。然而，已经确定此类硬化和/或减小摩擦的处理未能提供足够的耐磨损和摩擦性。鉴于上述情况已经开发了本发明。
发明内容
本发明提供了用于切削刀具部件的一种耐磨损的包覆层。在切削刀具的转动操作中，一个切削刀具的不同部件由于例如该切削刀具的切削镶片所产生的切屑而经受到磨损。因此，将有利的是使切削刀具和/或切削刀具的部件具有改进的耐磨损和摩擦性。本发明的一个方面是提供一种切削刀具，该切削刀具包括一个刀夹具以及一个夹紧件，该夹紧件被构造并安排为用于将一个镶片可释放地固定到该刀夹具上。该切削刀具还包括一个耐磨损的包覆层，该包覆层被硬钎焊在该夹紧件的至少一部分上和/或被硬钎焊在该刀夹具的至少一部分上，其中该耐磨损的包覆层包括硬质颗粒以及一种硬钎焊材料。本发明的另一个方面是提供一个用于夹紧镶片的刀夹具，该刀夹具包括一个刀夹具本体以及一个夹紧件，该刀夹具本体包括一个镶片接收凹座并且该夹紧件被构造并安排为用于将该镶片可释放地固定到该刀夹具本体上。该用于夹紧镶片的刀夹具进一步包括一个耐磨损的包覆层，该包覆层被硬钎焊在该夹紧件的至少一部分上和/或被硬钎焊在该刀夹具本体的至少一部分上，其中该耐磨损的包覆层包括硬质颗粒以及一种硬钎焊材料。本发明的另一个方面是提供一种用于将镶片可释放地固定到刀夹具上的夹紧件， 该夹紧件包括一个夹紧件本体以及一个耐磨损的包覆层，该夹紧件本体被构造并安排为用于安装到该刀夹具上并且该包覆层被硬钎焊在该夹紧件本体的至少一部分上。该耐磨损的包覆层包括硬质颗粒以及一种硬钎焊材料。本发明的另外一个方面是提供一种切削刀具，该切削刀具包括一个切削刀具部件以及一个硬钎焊在该切削刀具部件的至少一部分上的耐磨损的包覆层。该耐磨损的包覆层包括硬质颗粒以及一种硬钎焊材料。该切削刀具部件可以例如包括夹紧件、座构件、或刀夹具。应理解该切削刀具部件可以包括常与一种切削刀具相关联的其他部件，对于它们可能令人希望的是施加耐磨损的包覆层以得到改进的耐磨损和摩擦性。在对本说明书和附图的回顾之后，将更全面地理解本发明的这些以及其他方面。
图1是根据本发明的一个方面的刀夹具的分解的侧面透视图。图2是根据本发明的一个方面在图1的截面线2-2处获取的夹紧件截面视图。图加是根据本发明的一个方面在图2中所示的区域加的放大视图。图3是根据本发明的一个方面在图1的截面线3-3处获取的座构件截面视图。图4是根据本发明的一个方面在图1的截面线4-4处获取的刀夹具本体的截面视图。
具体实施例方式图1是根据本发明的一个方面的一种刀夹具组件10的分解的侧面透视图。刀夹具组件10包括一个刀夹具本体12，该本体在其前端部分的一个拐角处具有在其上表面16 中形成的一个镶片接收凹座14。镶片接收凹座14具有一个底部18和多个侧壁20。一个镶片22 (具有一个穿过其中形成的安装孔24)通过插入它们之间的一个座构件沈而安置在凹座14的底部18上。尽管镶片22可以是任何形状的，但所展示的镶片22的形状总体上是具有一个顶表面22a的正方形。在凹座14的底部18中形成了一个内螺纹孔观，并且穿过座构件沈形成了具有一个向下变细的上部部分的一个孔30。座构件沈通过一个埋头孔螺钉32而被固定地紧固到镶片接收凹座14上，该埋头孔螺钉被插入穿过孔30并且被拧入螺纹孔28中。再参见图1，一个夹紧件34被安排在刀夹具本体12的上表面16上。总体上在夹紧件本体35中的夹紧件34的中心形成了一个开口 36，该开口具有与刀夹具本体12中形成的该夹紧件-固定孔38大致相同的直径。开口 36被形成为使得其轴线与该夹紧件-固定孔38的轴线是同心的。夹紧件34通过一个具有相反的螺纹部分42、44的双头夹紧螺钉40 而固定到刀夹具本体12上，该双头夹紧螺钉被拧入该带螺纹的夹紧件-固定孔38中以及夹紧件；34的开口 36之中。夹紧件本体35的前部分46的下面包括一个总体上向下突出的鼻头部分48，该鼻头部分有待与镶片22的安装孔M的内表面保持接合，这是普遍已知的。图2是根据本发明的一个方面在图1的截面线2-2处获取的夹紧件34的截面视图。如图2中所示，在夹紧件34的夹紧件本体35的至少一部分周边上提供了一个耐磨损的包覆层50。图2展示了在涂敷到夹紧件本体35的基本上整个周边上时的包覆层50，但是应理解包覆层50可以如所希望的施加到夹紧件本体的周边的仅一部分上以提供耐磨损性。此外，已经考虑到在这种包覆在其他刀具夹持应用中的其他刀具夹持部件上将是有用的。如图加中所示，该耐磨损的包覆层50具有一个厚度T，该厚度可以在约0. 003英寸至约0. 100英寸的范围内，例如从约0. 007英寸至约0. 030英寸。该包覆层50包括硬质颗粒以及一种硬钎焊材料，利用一块柔性布将这些硬质颗粒和该硬钎焊材料施加到该夹紧件本体35上。一方面，这些硬质颗粒和硬钎焊材料可以一起施加在同一块柔性布中。另一方面，使用分离地包含这些硬质颗粒亦或该硬钎焊材料的交替布层。将具有一个或多个包含这些硬质颗粒及硬钎焊材料的布层的夹紧件本体35置于一个惰性或还原性气氛的加热炉中并然后加热至该硬钎焊材料的硬钎焊温度，即，高于该硬钎焊材料的固相线温度。该硬钎焊材料渗入这些硬质颗粒之中并且将它们彼此硬钎焊并且硬钎焊到该夹紧件本体35上。这些硬质颗粒可以包括例如烧结碳化物、氮化物、硼化物和/或碳氮化物。适合的硬质颗粒的一个实例是钴烧结碳化钨颗粒。例如，这些颗粒包括在大约5重量百分比与大约11重量百分比之间的钴以及在大约89重量百分比与大约95重量百分比之间的碳化钨。这些烧结碳化钨颗粒具有一个尺寸，其范围典型地在大约2微米与大约500微米之间。 除了烧结碳化钨之外，适合的烧结硬质颗粒的其他实例包括烧结碳化钒、烧结碳化铌、烧结碳化铬、烧结碳化钛、烧结碳化钽、烧结碳化钼、烧结碳化铪、烧结碳化硅、以及烧结碳化硼。烧结氧化物类，如氧化铝、氧化锆、以及二氧化铪，也可以被用作硬质颗粒。该硬钎焊材料可以包括一种镍基合金，具有铬、硼、硅、钨、钛、钼、铁、和/或钴的添加合金元素。如在此使用的。术语“镍基”是指一种合金包括至少50重量百分比的镍。 在本发明的一方面，该镍基硬钎焊材料包含从5至20重量百分比的Cr、从2至5重量百分比的B、以及余量的M。一种典型的镍基硬钎焊材料是具有如下组成的镍-铬-硼硬钎焊合金15. 5重量百分比的Cr ；4. 0重量百分比的B ；以及余量的Ni。该硬钎焊合金还可以包含熔点抑制剂，这些熔点抑制剂包括例如处于适合量的以实现所希望的熔化特性的硅和磷。该包覆材料可以进一步包括有机粘结剂，如聚合物试剂。一种优选的粘结剂是由 Dupont在Teflon名下出售的聚四氟乙烯。可以将该浸渍有硬质颗粒的布卷成预定的厚度，从而形成一块柔性布，该柔性布维持了均一的重量并且容易与部件(如夹紧件34)的形状一致。然后将这块布切割到应有的形状并施加一种低温粘结剂。然后将另一块包含该硬钎焊材料粉末的布施加到该硬质颗粒布层上。在将这些浸渍过的布层施加到部件上之后，将它们加热至该硬钎焊材料的硬钎焊温度以实现这些硬质颗粒冶金学粘结在一起并且粘结到该部件上。该熔化的硬钎焊合金向下渗透(capilate)进入该硬质颗粒层之中，从而将这些硬质颗粒冶金学地彼此粘结并且粘结到该部件上、并形成耐磨损的包覆。该加热步骤将这个或这些布层粘结到在该部件上的一个耐磨损的涂层中。在本发明的另一个方面，用这些硬质颗粒与硬钎焊材料的一种混合物制造了一块单一的柔性布并然后将该布施加到部件(如，夹紧件34)上。如上所述的加热至该硬钎焊材料的硬钎焊温度导致这些硬质颗粒硬钎焊在一起并且硬钎焊到该部件上。
硬钎焊温度可以根据该硬钎焊材料的特性而改变，但是示例性的温度范围是在约 550°C的下限与约1230°C的上限之间。还应该理解，实现该冶金学粘结的加热过程可以包括多个步骤。已经发现本发明的耐磨损的切削刀具部件具有非常高的耐摩擦性，例如耐摩擦性典型地是高于100ARF。如在此使用的，ARF是指耐摩擦因子。图3是根据本发明的一个方面在图1的截面线3-3处获取的座构件沈的截面视图。如图3中所示，在座构件沈的至少一部分周边上提供了一个耐磨损的包覆层50。该提供在座构件26上的耐磨损的包覆层50具有一个厚度，该厚度与在此对提供在夹紧件本体 35上的包覆层50所描述的处于相同范围内。该提供在座构件沈上的耐磨损的包覆层50 以与在此对于形成在夹紧件本体35上的包覆层50所描述的相同的方式形成在座构件沈上。图4是根据本发明的一个方面在图1的截面线4-4处获取的刀夹具本体12的截面视图。如图4中所示，在刀夹具本体12的至少一部分周边上提供了一个耐磨损的包覆层 50。该提供在刀夹具本体12上的耐磨损的包覆层50具有一个厚度，该厚度与在此对提供在夹紧件本体35上的包覆层50所描述的处于相同范围内。该提供在刀夹具本体12上的耐磨损的包覆层50以与在此对于形成在夹紧件本体35上的包覆层50所描述的相同的方式形成在座构件26上。如图2-4中所示，可以在刀夹具组件10的一个或多个部件(如，夹紧件本体35、座构件沈和/或刀夹具本体1 上提供耐磨损的包覆层从而为这些部件对来自切削刀具转动工作的过程中镶片所产生的切屑提供增大的耐磨损性以及耐摩擦性。应理解该耐磨损的包覆层可以施加在一个切削刀具的其他部件或与一个切削刀具或转动工作相关联的部件上，而不是这些在此展示和描述的具体部件上，从而如所希望的提供增大的耐磨损性和耐摩擦性。一方面，在此描述的本发明提供了这些切削刀具部件的更长的寿命(归因于相对较高的厚度)、由硬钎焊所提供的冶金学粘结、高的碳化钨磨损颗粒含量、以及硬的基质 (> 55HRc)。其他技术(例如像PVD涂层)具有更薄的涂层但对比在此描述的涂覆溶液 (具有典型地高于100的ARF)具有小于50的ARF值。在此描述的涂层还提供了涂层与基底的冶金学粘结；这种粘结提供了确保该涂层在恶劣的服役过程中保持完整的强度。表1展示了对于一个夹紧件(如在此描述的夹紧件34)的对比试验结果。确切地说，表1展示了对于一个未涂覆的夹紧件、一个PVD涂覆的夹紧件以及另外两个夹紧件的试验结果，这另外两个夹紧件各自具有根据本发明的耐磨损的包覆层并且分别被标记为第一包覆夹紧件和第二包覆夹紧件。这些试验使用机加工铸铁转向架闸鼓的Okuma LC50 和LU45车床进行。如所示的，这些具有本发明的耐磨损的包覆层的夹紧件与未涂覆的夹紧件和PVD涂覆的夹紧件相比表现地显著更好并且具有显著增加的刀具寿命。确切地说，该未涂覆的夹紧件在机加工430个闸鼓之后失效(即，对于其预期目的不再是可操作的)并且PVD涂覆的夹紧件在机加工1，300个间鼓之后失效。对比过程中，第一包覆夹紧件在机加工3，375个间鼓之后并未失效并且第二包覆夹紧件在机加工2，345个间鼓之后并未失效。表 权利要求
1.一种切削刀具，包括一个刀夹具；一个夹紧件，该夹紧件被构造并安排为用于将一个镶片可释放地固定到该刀夹具上；以及一个耐磨损的包覆层，该耐磨损的包覆层被硬钎焊在该夹紧件的至少一部分上和/或被硬钎焊在该刀夹具的至少一部分上，该耐磨损的包覆层包括硬质颗粒以及一种硬钎焊材料。
2.如权利要求1所述的切削刀具，其中该耐磨损的包覆层具有从大约0.003英寸至大约0. 100英寸的厚度。
3.如权利要求1所述的切削刀具，其中该硬钎焊材料包括一种镍基硬钎焊合金。
4.如权利要求3所述的切削刀具，其中该镍基硬钎焊合金包含从大约5至大约20重量百分比的Cr、从大约2至大约5重量百分比的B、以及余量的Ni和附带的杂质。
5.如权利要求1所述的切削刀具，其中这些硬质颗粒包括一种烧结碳化物。
6.如权利要求1所述的切削刀具，其中这些硬质颗粒包括一种钴烧结碳化钨。
7.如权利要求1所述的切削刀具，其中该耐磨损的包覆层包括一个第一层，该第一层包含这些硬质颗粒或该硬钎焊材料之一，以及一个第二层，该第二层包含这些硬质颗粒或该硬钎焊材料中该第一层中不包含的另一种。
8.一种用于夹紧镶片的刀夹具，该刀夹具包括一个刀夹具本体，该夹具本体包括一个镶片接收凹座；一个夹紧件，该夹紧件被构造并安排为用于将该镶片可释放地固定到该刀夹具本体上；以及一个耐磨损的包覆层，该包覆层被硬钎焊在该夹紧件的至少一部分上和/或被硬钎焊在该刀夹具本体的至少一部分上，该耐磨损的包覆层包括硬质颗粒以及一种硬钎焊材料。
9.如权利要求8所述的刀夹具，其中该耐磨损的包覆层具有从大约0.003英寸至大约 0. 100英寸的厚度。
10.如权利要求8所述的刀夹具，其中该硬钎焊材料包括一种镍基硬钎焊合金。
11.如权利要求10所述的刀夹具，其中该镍基硬钎焊合金包含从大约5至大约20重量百分比的Cr、从大约2至大约5重量百分比的B、以及余量的Ni和附带的杂质。
12.如权利要求8所述的刀夹具，其中这些硬质颗粒包括一种烧结碳化物。
13.如权利要求8所述的刀夹具，其中这些硬质颗粒包括钴烧结碳化钨。
14.如权利要求8所述的刀夹具，进一步包括一个座构件，该座构件被牢固地固定到该镶片接收凹座上，该座构件被定位在该镶片与镶片接收凹座之间，其中，该座构件包括硬钎焊在其至少一部分上的一个另外的耐磨损的包覆层。
15.一种用于将镶片可释放地固定到刀夹具上的夹紧件，该夹紧件包括一个夹紧件本体，该夹紧件本体被构造并安排为用于安装到该刀夹具上；以及一个耐磨损的包覆层，该包覆层被硬钎焊在该夹紧件本体的至少一部分上，该耐磨损的包覆层包括硬质颗粒以及一种硬钎焊材料。
16.如权利要求15所述的夹紧件，其中该耐磨损的包覆层具有从大约0.003英寸至大约0. 100英寸的厚度。
17.如权利要求15所述的夹紧件，其中该硬钎焊材料包括一种镍基硬钎焊合金。
18.如权利要求17所述的夹紧件，其中该镍基硬钎焊合金包含从大约5至大约20重量百分比的Cr、从大约2至大约5重量百分比的B、以及余量的Ni和附带的杂质。
19.一种切削刀具，包括 一个切削刀具部件；以及一个耐磨损的包覆层，该包覆层被硬钎焊在该切削刀具部件的至少一部分上，该耐磨损的包覆层包括硬质颗粒以及一种硬钎焊材料。
20.如权利要求19所述的装置，其中，该切削刀具部件包括夹紧件、座构件、或刀夹具之一。
全文摘要
一种用于切削刀具部件的耐磨损的包覆层。一种切削刀具包括一个刀夹具(12)以及一个夹紧件(34)，该夹紧件被构造并安排为用于将一个镶片(22)可释放地固定到该刀夹具(12)上。该切削刀具还包括一个耐磨损的包覆层(50)，该包覆层被硬钎焊在该夹紧件(34)的至少一部分上和/或被硬钎焊在该刀夹具(12)的至少一部分上，其中该耐磨损的包覆层(50)包括硬质颗粒以及一种硬钎焊材料。
文档编号B23B27/14GK102317014SQ201080007991
公开日2012年1月11日 申请日期2010年2月11日 优先权日2009年2月19日
发明者C·B·格雷, C·H·霍尔沃克, O·K·坦南特 申请人:钴碳化钨硬质合金公司