专利名称：切削刀具和制造方法
技术领域：
本发明涉及一种切削刀具和一种特别用于切削刀具的制造方法。本发明的钻具具有一个由钢制成的基体、一个或多个具有硬质合金的切削元件， 和一个在所述一个或多个切削元件与基体之间的接合层。接合层由一种具有至少25重量％镍含量的铁镍合金构成并且具有至少0. 3mm的厚度。
发明内容
在对钢筋混凝土壁进行钻孔时，钻头遭受高的机械负荷。在这种情况下，钻削头可能被从杆上剪掉，特别是当钻头碰到钢筋上时。在由硬质合金制成的钻削头与由钢制成的杆之间的接合区内的热机械应力降低了负荷能力。热机械应力在将钻削头热接合到杆上后进行冷却时产生。这通过适当混合硬质合金和钢材选择这样抵消，以致两个物体在冷却到室温时近似相同程度地收缩。虽然对热机械性能这样进行匹配，但钻头仍不能达到所期望的耐用性。一种精确的分析惊奇地显示出，钻头在其第一次使用时符合要求。从未使用过的钻头的一个经受连续负荷试验的批次(Los)中，钻削头只在数量少的情况下才脱落。在使用持续时间期间在钻削头与钢之间的接合区的负荷能力的降低也没有明显减小。然而钻头在第二次使用时显示出其负荷能力显著降低，显示出来的是，钻削头在一个批次份额较大时脱离。接合区的断裂通常很早发生。在初次使用时的早期经历对第二次使用时的负荷能力只有很小的影响。 在第二次使用后可以判断负荷能力没有进一步减小。令人惊奇的是，通过接合层，钻头从其第一次使用到其第二使用的负荷能力得以提高。从钻头的这个确定的改进出发推测下面的关系。在钻头使用时，钻削头可以达到从 350至500摄氏度范围的温度。所述杆膨胀并且碳能在钢内扩散。在此在钻头制造期间在马氏体突变时形成的缺陷可能被占领。由于钻削头同样膨胀，接合区是稳定的。然而在冷却时碳保留在现在所占据的位置。钢的膨胀系数显著减小，钻削头和杆不再均勻收缩。热力学应力形成。接合区吸收这些应力。接合层的材料成分特别是高的镍含量在钻头冷的时候实现了钻削头和杆的不同的热机械性能的匹配。当钻头再加热到350至500摄氏度时， 应力总归减小了。硬质合金可以是一种由金属碳化物和金属粘合剂组成的烧结的复合材料。金属碳化物在一种优选的变化方案中是碳化钨并且在复合材料中具有至少70重量％例如至少80 重量％的含量。碳化钨可以以至多30重量％的含量通过一种或多种其它金属碳化物替换， 例如碳化钛、碳化钒、碳化钽、碳化铌、碳化钼、碳化铬、碳化锆、碳化铪。碳化钨和其它金属碳化物作为具有粒径在0.8 μ m和10 μ m范围的颗粒材料被提供。一种金属粘合剂在复合材料中构成剩余的第二含量。例如用于金属粘合剂的是钴、镍、铁、钨、钼、铬。其它材料可以作为残余或杂质出现，但是在复合材料中具有少于2重量％的含量。金属碳化物和金属粘合剂被混合并且形成一个生坯。随后的烧结使生坯硬化。根据本发明的用于切削刀具的制造方法包括下列步骤。由一种包括金属碳化物和金属粘合剂的混合物烧结切削元件。将含镍的金属箔设置在切削元件与由钢制成的支座之间。至少加热金属箔直到在切削元件与金属箔之间形成一种材料锁合连接并且在金属箔与支座之间形成一种材料锁合连接为止。加热可以通过电阻焊接或电弧焊接实现。在这种焊接时从接合层到硬质合金只发生很小的扩散。扩散会使硬质合金的烧结结构变脆并且使一个例如以冲击加载的钻削头削弱。一种设计方案设定，接合层的厚度在0. 5mm与3mm之间。接合层的厚度对刀具的性能产生显著影响，尤其是在钻具中。接合层由于其不同的密度干扰了冲击脉冲从所述杆到钻尖的传输。另一方面表明在所述层薄到0. Imm以下时不能提高钻具的稳定性。一种设计方案设定，接合层的镍含量在27重量％与52重量％之间。接合层可以进一步含有超过40重量％含量的铁。在接合层中含有其它物质，例如铬、钴以总含量小于 20重量％，优选小于10重量％。没有或具有很少钢改良剂(Mahlveredler)含量的铁镍合金被证明是特别有利的。一种设计方案设定，基体的钢由低合金或非合金钢种类制成。具有高的碳含量的钢能够特别好地硬化，据此可以制造一个硬的、不可挠曲的支座尤其是杆。一种设计方案设定，被烧结的硬质合金至少70重量％是一种金属碳化物并且至少5重量％由一种金属粘合剂相组成。一种设计方案设定，所述一个或多个切削元件完全由硬质合金制成。至少其中三个切削元件相连接并且形成一个整体的钻削头。
下面的说明借助示例性的实施方式和附图阐述本发明。在附图中图1 一种钻具的视图。
具体实施例方式只要没有另外说明，相同的或功能相同的元件在附图中通过相同的附图标记表
7J\ ο图1示出了一个示例性的钻具1。钻具1沿着一条旋转轴线2从其尖端3开始具有一个钻削头4、一个接合层5、一个杆6和一个插入端7。凿孔钻头1的钻削头4优选具有四个切削刃8，它们十字形地围绕旋转轴线2设置。切削刃8具有沿工作方向9指向的切凿刃10和平行于旋转轴线2的延伸的侧面11，这些侧面优选径向伸出杆6。杆6可以完全或局部地成型为一个具有用于钻削物的排出槽12的螺旋。插入端7可以具有敞开的和封闭的槽13，用于旋转带动并且用于将凿孔钻头1锁定在一个刀具座中。优选整体的钻削头4由一种或多种硬质合金制成。硬质合金的一个硬相至少70% 例如至少80%由碳化钨组成。碳化钨作为直径在0.8与ΙΟμπι之间的颗粒存在。钴用作金属粘合剂并且具有在5%至20%范围的含量。由碳化钨和钴构成的混合物在一个与钻削头 4一致的模具中被挤压且然后被烧结。杆6由一种低合金钢制成。钢改良剂例如铬或镍具有小于5%的含量。碳含量在 0.2%至0.6%范围内。一个实例是;34CrNiM06钢。钢通过热处理被硬化。
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钻具1由烧结的钻削头4、接合层5和硬化杆6组成。接合层5由具有至少30% 铁和至少25%镍的铁镍合金制成。接合层5可以作为具有0. 5mm至3. Omm厚度的薄片被提供。在制造时材料的局部扩散可能导致一个至多0. 2mm较小剩余的接合层5。通过焊接，钻削头4固定在接合层5上而接合层5固定在杆6上。焊接可以在900 至1100摄氏度温度范围内进行。电阻焊接或电弧脉冲焊接被证明是合适的焊接方法。在焊接时，在钻削头4与杆6之间不直接地进行材料锁合连接，而是在接合层5与钻削头4之间或在接合层5与杆6之间成对地进行材料锁合连接。由此在焊接后还保留了具有至少 0. 3mm厚度(沿旋转轴线的尺寸)的接合层5。接合层5只有少量扩散到邻接的钻削头4 和邻接的杆6中。为此电阻焊接证明是特别卓有成效的。因此以有利的方式可以避免由扩散相条件决定的脆性相。
权利要求
1.切削刀具，具有一个由钢制成的基体、一个或多个具有硬质合金的切削元件、一个在所述一个或多个切削元件与基体之间的接合层，其中，接合层由一种具有至少25重量％镍含量的铁镍合金构成并且具有至少0. 3mm的厚度。
2.根据权利要求1所述的切削刀具，其特征在于，接合层的厚度在0.5mm与3mm之间。
3.根据权利要求1或2所述的切削刀具，其特征在于，接合层的镍含量在30重量％与 55重量％之间。
4.根据前述权利要求之一所述的切削刀具，其特征在于，基体的钢由低合金钢或非合金钢种类制成。
5.根据前述权利要求之一所述的切削刀具，其特征在于，被烧结的硬质合金至少70重量％是一种金属碳化物并且至少5重量％由一种金属粘合剂相组成。
6.根据前述权利要求之一所述的切削刀具，其特征在于，所述一个或多个切削元件完全由硬质合金制成。
7.根据前述权利要求之一所述的切削刀具，其特征在于，至少其中三个切削元件相连接并且形成一个整体的钻削头。
8.用于切削刀具的制造方法，具有下列步骤对由一种含有金属碳化物和金属粘合剂的混合物制成的切削元件进行烧结；将一个含镍的金属箔设置在切削元件与由钢制成的支座之间；至少加热金属箔直到在切削元件与金属箔之间形成一种材料锁合连接并且在金属箔与支座之间形成一种材料锁合连接为止。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，金属箔的厚度在0.5mm与3mm之间。
10.根据权利要求8或9所述的制造方法，其特征在于，金属箔至少含有25重量％的
11.根据前述权利要求8至10之一所述的制造方法，其特征在于，通过电阻焊接或电弧脉冲焊接进行加热。
全文摘要
本发明涉及一种切削刀具，具有一个由钢制成的基体、一个或多个具有硬质合金的切削元件，和一个在所述一个或多个切削元件与基体之间的接合层。接合层由一种具有至少25重量％镍含量的铁镍合金构成并且具有至少0.3mm的厚度。
文档编号B23B51/00GK102554317SQ20111031923
公开日2012年7月11日 申请日期2011年10月18日 优先权日2010年10月22日
发明者C·彼得斯, D·皮翁特克, M·劳舍尔, M·比朔夫, S·莫泽莱 申请人:喜利得股份公司