具有多种材料制的切削刃的旋转切削工具的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种复合旋转切削工具。
[0002]本发明也涉及这种切削工具的制造方法。
[0003]尽管是非限制性地，本发明尤其广泛应用于机加工领域，特别是如镗、铣或钻这样的排肩切削操作。
【背景技术】
[0004]为此，公知地，使用单一材料切削工具，其适于特定的优选切削条件，例如切削速度、切削工具的容许温度、切削工具的允许磨损或易损性、成本等等。
[0005]但是，这种装置具有缺陷。
[0006]实际上，特定的优选条件的选择损害其他条件。
[0007]例如，公知地，旋转切削工具用金属或碳化物制成。这些切削工具成本低，但机械阻力大，旋转速度低。
[0008]也公知地，使用多材料钎焊切削工具，其具有用陶瓷材料或立方氮化硼金刚石或多晶金刚石制成的部分，例如碳化钨/钢钻头或多晶金刚石/碳化钨嵌件或立方氮化硼/碳化妈嵌件。
[0009]但是，这种切削工具耐磨性低。其在限定的使用条件范围也具有有限的性能，即相对于要求的条件来说性能较低。
[0010]公知地，也使用陶瓷切削工具。
[0011]这种切削工具的切削性能高于碳化物，尤其是由于其使用时耐受发热的热阻，因此能高速机加工。
[0012]但是，这种切削工具本身脆性大，易断，低速使用时尤其如此。另外，相对于碳化物来说，其成本高。
[0013]为了弥补这些缺陷，有人提出用机械强度大的弹性材料构成主体，例如金属材料或具有金属粘合剂的材料，主体上面装有一个用性能较好的材料例如陶瓷制成的切削头。
[0014]但是，该技术方案也具有缺陷。
[0015]其引入复杂的几何应力，尤其是因为存在于切削头与主体的其余部分之间的、金属材料或具有金属粘合剂的材料与陶瓷之间的接合处的脆性，其必须由切削工具的特殊成形予以补偿。
[0016]此外，本发明提出一种切削工具，其切削部分仍为单一材料，因此、不允许使用与两种材料相关的特性，以使切割本身最佳化。
[0017]最后，公知的双材料切削工具(DE102008052743、JP2000043006、US2858718)，具有用至少两种不同材料制成的连续切削刃。
[0018]但是，从1955年就已经提出的这种切削工具(US2858718)受到其相同设计的限制，这种切削工具是对称的，由两种材料彼此熔接而成。
[0019]发明目的
[0020]本发明旨在提供一种旋转切削工具，使以前公知的旋转切削工具更好地适应实际要求，尤其是在于，在相同的切削型面上，同时进行使用不同材料的机加工操作，每种材料置于其最佳使用条件下，但是，另外，尤其是由于切削工具的顶部与旋转轴线之间偏心，因此，改进待加工工件以低速进入。
[0021]采用本发明，尤其由于这种切削工具的切削条件最佳化，因此，可使切削速度性能大为提高。例如，根据待加工材料，切削工具的有关切削速度的性能对于铸件中的钻孔来说，可增大约800% (对于直径小于或等于例如30毫米的切削工具，从120米/分钟至1000米/分钟)，而对于镍基合金中的铣削来说，可增大2600% (对于直径小于或等于25毫米的切削工具，切削线速度Vc从30米/分钟至800米/分钟)。
[0022]为此，本发明主要提出一种多材料制的旋转的切削工具，其具有至少一个连续或基本上连续的由至少两种邻接不同的分开的材料组成的切削刃，切削工具具有围绕轴线(旋转轴线)伸长的芯体以及至少一个由连续或基本上连续的切削刃终止的唇部或螺纹部分，芯体的中心部分或内径向部分以及唇部或螺纹部分的远端部分(即离轴线最近的部分)由允许慢切削速度(Vc〈50米/分钟，尤其是Vc〈30米/分钟)的第一种材料形成，而切削工具的芯体的外周部分或外径向部分以及由相应的所述切削刃终止的唇部的近端部分由允许高切削速度(Vc>500米/分钟，尤其是Vc>700米/分钟)的第二种材料形成。
[0023]连续或基本上连续的切削刃相对于所述切削工具的旋转轴线是总体上径向的，连续或基本上连续的切削刃在最接近旋转轴线的区域由第一种材料例如金属构成，而在最远离旋转轴线的区域由第二种材料例如陶瓷构成。
[0024]根据这里更详细描述的实施方式的切削工具的特征在于，切削工具的端部或顶端是相对于切削工具的旋转轴线偏心的点。
[0025]有利地，切削工具形成一钻头。
[0026]还应当指出，基本上连续是指切削刃在纵向上具有宽度小于5毫米的小的不连续部分。换句话说，切削刃在沿切削刃的不同材料的界面处具有宽度小于5毫米、例如小于2毫米或更小的凹槽。应当指出，凹槽可随意产生，或者由材料组装方法形成。
[0027]不同的分开的材料是指两种材料彼此独立，其彼此不整化或混炼为一种合金。
[0028]两种或多种必须具有不同特性的材料的结合，实际上可使切削工具具有最大切削速度潜力，尤其是在周边配置一种允许高速切削的材料，而在切削工具中心处配置一种低速或零转速使用时最佳化的材料。
[0029]允许低速或高速是指尤其从切削工具结构的角度来看，在本领域技术人员及其基本知识确定的切削工具的标称使用条件下，可不断裂或无不正常磨损地工作。
[0030]实际上，旋转切削工具由一个车床主轴驱动围绕一轴线转动，且以对于一定切削速度的确定的旋转频率转动。
[0031]切削工具在点C的线速度随其在切削工具半径上的位置而变化。
[0032]其等于VC = NX2jtR，其中，N是旋转频率(例如转/分钟)，R是点C相对于切削工具的旋转轴线的距离。
[0033]允许低切削速度或高切削速度是指材料以这些速度在标称使用条件下，无材料制造缺陷(例如裂痕)，以本领域技术人员可接受的方式加工，即既不断裂，也无不正常磨损，除了与符合工艺规范的使用(充分润滑、在材料生产厂家推荐的范围内施加和/或获得的压力和温度等)有关的磨损。
[0034]因此，采用本发明，可根据相对于切削工具轴线(与旋转轴线重合)的位置、因而根据要求的线速度，使材料选择最佳化。
[0035]在有利的实施方式中，还具有和/或还采用以下布置方案中的一种和/或另一种:
[0036]-材料之一是一种金属材料或以具有金属粘合剂的碳化物例如碳化钨/钴(CW/Co，钴以质量计为5%至25% )为基料的材料，另一种材料是一种陶瓷材料或具有陶瓷基质的复合材料。
[0037]例如，陶瓷是氮化硅。实际上，金属材料或以碳化物为基料的材料允许在中心的慢切削速度而不易断(例如Vc〈30米/分钟)，陶瓷材料，例如氮化硅，因其硬度而允许在周边的高切削速度(Vc>800米/分钟)。
[0038]相反，低速度或零速度时易断；
[0039]-在相同的使用条件下，第一种材料不如第二种材料易断；
[0040]-切削工具具有一个围绕轴线(旋转轴线)伸长的芯体以及至少两个各由一个连续或基本上连续的切削刃终止的唇部，所述切削刃在其端部接合，以形成钻头的顶端。有利地，切削工具具有三个唇部；
[0041]-切削工具在材料的分界面处在切削刃上具有去肩凹口；
[0042]-切削刃上的去肩凹口相对于材料之间的分界面偏离；
[0043]-切削工具的形成铣刀的端部具有至少一个沿切削工具的旋转轴线和/或在所述切削工具的端头延伸的螺纹部分，螺纹部分形成一个连续或基本上连续的切削刃，其远端部分由第一种材料例如金属材料或具有金属粘合剂的材料构成，其近端部分由第二种材料例如陶瓷材料构成。切削工具的形成铣刀的端部例如可具有大体截锥形、圆柱形或半球形形状，具有直螺纹或基本上呈螺旋的螺纹；
[0044]-金属材料或具有金属粘合剂的材料是具有钴粘合剂的碳化钨，或公知的称为高速钢的钢合金；
[0045]-切削刃是连续的；
[0046]-切削刃是基本上连续的，在不同的材料之间具有宽度e在0.01毫米至3毫米之间例如小于2毫米的凹槽；
[0047]-切削工具具有由至少三种邻接的不同材料组成的切削刃；
[0048]-不同的材料通过高温(>700°C，例如约800°C)真空钎接彼此固定在一起；
[0049]-不同的材料用基于与压力相结合的电荷脉冲或电流脉冲的方法进行固定。
[0050]本发明还涉及一种用于制造前述复合旋转的切削工具的制造方法。
[0051]本发明也涉及一种用于制造切削工具的制造方法，所述切削工具围绕轴线伸长且能够围绕所述轴线旋转，其中，利用一个由第一种材料构成的纵向的杆以及至少一个由不同材料构成的具有厚度I的板，使板定位在杆的一端部上，板具有形状与杆的端部的形状互补的接合面，通过钎接或套接或扩散熔接，或者通过在粉末中施以电荷脉冲或电流脉冲，使杆和板组装在一起，然后，通过在足够的高度h上校正切削角，切削如此装配的杆和板，以获得至少一个由两种材料组成的连续或基本上连续的切削