工具及其制造方法

专利名称：工具及其制造方法
技术领域：
本发明涉及用于执行例如压制、切削、折边等操作的工具或工具部分，在工具中至少包括具有不同功能的第一和第二工具部分，例如工具主体和设于工具主体上的功能部分，该功能部分可单独地或与其它一些另外的功能部分或另外的工具一起执行操作，所述第一和第二部分具有不同的材料性能。
本发明还涉及用于执行例如压制、切削、折边等操作的工具或工具部分的制造方法，并可使工具在其不同的部分处具有不同的材料性能。
背景技术：
在用于上述目的的工具的制造中，在实践中通常单独地制造工具主体，对于切削工具的例子来说，之后在工具主体上设置一个或多个刀具。通过对具有适当材料成分的适当尺寸的板材进行铸造或焊接，便可进行工具主体的制造。
对于铸造工具主体来说，通常要求在铸造后进行热处理，之后进行机加工以得到所需的安装座，采用定位销和螺孔来固定刀具，同时还要将工具主体固定在机床中。
相应地，在另外一种焊接工具主体的情况中，需要进行成本昂贵的机加工来将一个或多个刀具固定在工具主体上的正确位置以及将工具固定在机床中。
在用于执行工具所设计用于的操作的上述例子的刀具的功能部分的制造中，在将功能部分即在该例子中的刀具机加工成为正确构造的情况下，其出发点通常是设有开口和固定螺栓、定位销等的杆料或棒料。之后通常还进行热处理，在此之后进行其它的机加工，例如磨削。
以上述方式来制造工具是非常耗时的，结果，这种制造通常决定了不同产品的新式制造方法所需的耗时。
在本领域中已经知道，在工具制造中可通过焊接、闪光焊和类似的方法来例如对工具主体施加不同成分的材料，从而在工具主体上形成功能部分。通过这种方式，可以得到由单一材料体构成但在不同部分具有不同的材料成分的工具。
同样，在这种方式中也需要进行大量的机加工，其形式例如为在施加其它的焊接材料之前进行焊接准备和焊接后处理。在完成了材料的施加时需要进行进一步的机加工，并且在工具能够用于工作之前还可能需要进行热处理和后续的磨削。
当例如由于在工具中生产出的那一部分本身变钝或者只是由于工具产生了磨损而使工具逐渐被废弃时，即使工具主体本身还能够很好地再利用，但也要弃用整个工具。这自然浪费了材料、时间和金钱。
问题结构本发明的目的是避免现有技术中所固有的缺陷。本发明的主要目的是缩短工具的生产时间，减少工具制造中的机加工需要，以及能够回收利用废弃的工具。
在工具方面，本发明的目的是设计一种工具或工具部分，使得工具的不同部分具有能够使这些不同部分具有它们预期的材料性能的不同材料成分。
在方法方面，本发明的目的是提供一种制造工具或工具部分的方法，其中可以使工具的不同部分具有不同的材料成分，因而具有不同的材料性能。
解决方案形成本发明基础的这些目的可通过这样的工具来实现，该工具的特征在于，第一和第二工具部分铸造成一个整体，并且具有不同的材料成分。
形成本发明基础的这些目的可通过这样的方法来实现，该方法的特征在于，工具铸造成一个整体，将至少两种不同材料成分的铸造材料提供到工具的不同部分中，并且至少一种铸造材料以液态形式来提供。
附图简介下面将参考附图来详细地介绍本发明。在附图中

图1是通过工具、在该例子中为切削工具的一部分的剖视图；图2是通过图1所示工具中箭头A所标的部分的放大的局部剖视图；和图3是通过用于制造根据本发明的工具的模子的剖视图。
优选实施例的描述在图1中，标号1表示机床底座或基底，工具2通过螺栓连接3而固定到其上。
作为示例的图1所示工具为两件式切削工具，因此，其由两个工具部分即下方工具部分2和上方工具部分4构成。然而，工具部分2和4在这里被视为单独的工具。
工具可被视为由多个不同的部件如工具主体和功能部分组成。在所示示例中，功能部分包括刀具，其用于与上方工具4上的相应功能部分一起来执行加工操作。
在图1中，工具2包括工具主体5，其具有下方固定板6以将工具固定在工具台或底座1上。另外，工具主体5包括有上方部分7，其在所示实施例中具有加强肋17。上方部分7通过壁部分8的中间过渡而连接到固定板6上。
图1所示的工具2具有功能部分9，其用于实现适当的切削操作并由工具主体5所支撑，并且与工具主体5制成一个整体。功能部分9具有刀刃10，侧面或前倾面11以及在切削操作期间用于支撑工件的表面12。
相应地，上方工具4具有功能部分13，其具有刀刃14、侧面或前倾面15以及在切削操作期间靠在工件上的表面16。
当工具处于操作中时，工件靠在工具2上，具体地说是靠在其朝上的表面12上，并且沿着朝向图1右侧的方向或多或少地延伸到刀刃10之外。在一次工作行程中，上方工具4沿着箭头B向下运动，使得刀刃14下到刀刃10上或稍稍越过刀刃10。因此，在切削操作的情况下，功能部分9和13在加工操作期间一起用来实现加工操作。
容易看出，两个刀刃10和14以及工具的周围部分必须具有非常好的机械性能即刚度和硬度，还必须具有可生产出比较锋利的刀刃的能力。这决不是工具主体5所要满足的要求，对于适当的工具主体来说，例如减振和稍稍向外挠曲的性能比执行加工操作本身所需的那些性能更重要。为此，功能部分9和13应具有与工具主体5完全不同的材料性能。
实际上通过对工具的不同部分进行不同方式的处理如热处理，就能够在整体上由同一种材料制成的工具中实现不同的材料性能。然而，这意味着所能达到的材料性能的那些差异有限，另一方面带来了不必要的成本，这是因为适用于一个功能部分的一种材料对工具主体来说可能是超过需要了。
根据本发明，工具上的因不同功能要求而具有不同材料性能的那些部分也具有不同的材料成分，因而具有不同的材料性能。
在根据本发明的工具的制造中，将不同材料成分的至少两种不同的铸造材料铸造成一个整体件。用语“铸造”表示将液态铸造材料提供到模子中，铸造材料在模子中能够或被迫硬化成形状由封闭于模子内的型腔形状所限定的铸件。铸造操作使得在不同的铸造材料之间形成了清楚且明确的界面，或者，铸造操作使得两种铸造材料在界面区中产生了一定的混合。
在可形成明确限定的界面的铸造操作中，工具的第一铸造部分可硬化成使得铸造材料不会产生任何混合。或者，可以采用在单独工艺中铸出的工具部分，或者采用从用旧的废弃工具中回收和循环利用的工具部分，其在被加热的状态下(600-750℃)插入到模子中，在该模子中铸造出另一工具部分。
在可在工具部分之间形成界面区的铸造中，第一铸造工具部分的硬化和冷却持续进行，使得铸造材料只会产生有限程度的混合，或者是已铸出的工具部分会产生一定的重熔。可直接对首先铸出的铸造材料进行补助冷却或辅助冷却，使得硬化区穿过铸件而移动，最终到达进行额外浇补的工具部分的那一侧。
在根据本发明的铸造中通常采用砂型铸造，其中在铸造操作开始时通过模板或模型来填充型腔，该模板或模型在提供热的液态铸造材料时破裂和汽化。该模型例如可由泡沫聚苯乙烯制成。模型材料在铸造材料上向上浮起并聚集在其最上方，在此处其导致铸造材料的质量产生局部下降。为此，模子的定位方式和工具部分的铸造顺序应当使得质量的局部下降所带来的后果尽可能地轻微。特别是应当保证，铸造材料质量的局部下降应位于离功能部分的功能表面、即工具上的执行工具的特定功能的表面为一定距离的位置处。
图2显示了功能部分9和工具2上的刀刃10附近的区域A的局部放大视图，其显示了点状区域18和虚线区域19，这两个区域18和19表示不同的材料成分。在图2中，这两个区域18和19之间的界面清楚地标示出来，在实践中它可以是两个区域之间的非常薄的界面层。
然而，如果希望在区域18和19之间存在更连续的过渡，那么就可以在工具的制造期间在区域18和19之间的界面区中使来自区域18和19的不同材料混合起来。
图2还显示了第三区域20，其在图中以小圆圈表示。因此，该第三区域20可具有另一种第三材料成分，并因而具有与区域18和19中的功能部分不同的材料性能。例如，由小圆圈表示的区域20可由用于工具主体5的大多部分的成本较低的材料制成。
为了保证至少功能部分9具有可准确控制的材料性能，可以使用颗粒形式和高纯度的铸造材料，并且采用误差较小的分析方法。
工具上的用于执行特定加工操作的那些部分9和13即功能部分应当在铸造操作之后进行微小的机加工操作，以获得所需的尺寸公差和磨削光洁度。也可对这些部分进行热处理，使得材料的性能与成品中所需的相符。相应地，功能部分可设有含有另一不同成分的材料涂层。
图3显示了通过用于制造本发明工具的模子的一个例子的垂直剖视图。在图中，该工具显示为处于倒置状态下的正在铸造的部件，显然，工具具有固定板6、侧壁8和上方区域7。工具的上述部分被视为工具主体，其例如可由质量相对更低的材料铸造而成。
工具在其上方区域(图中的朝向下方的区域)中具有功能部分9，其由具有与工具主体不同的成分的材料来铸造，并且具有工具功能面21、即产生了工具的成形功能的表面所需的那些性能。
从图中还可以清楚，在功能部分9和工具主体之间存在有界面区，两种铸造材料在这里相互交汇。
在铸造图3所示的工具之前，假定模子的型腔被由泡沫聚苯乙烯制成的模型或模板所填充。在铸造时，首先从长勺22中将用于形成功能部分9的材料向下倒入模子的浇口23中。在这种情况下，热的且熔融的铸造材料将使模型上的与铸造材料接触的那一部分被破坏和蒸发。因此，铸造材料可以毫无困难地渗透过模型并到达模子的下表面，在这里形成了工具的功能面21。模型的降解产物在铸造材料的上方向上浮起，这样就可能导致质量产生局部下降。
当已铸好功能部分9并使其全部或部分地硬化时，根据功能部分和工具主体之间所需的界面区，通过浇口23来提供用于形成工具主体的材料。在这种情况下，模型的剩余部分将被破坏和蒸发，并且在模子中向上浮起。结果，可能由模型本身的材料所引起的材料质量的局部下降会到达模子中的最上方，即工具的固定板6处，在这里，任何可能的质量下降所带来的后果都非常小。
本发明还提供了至少能够部分地循环利用和再利用现存但将废弃的工具的可能性。在这种情况下，清洗该现存的工具，之后例如通过铣削或磨削除去其功能部分。保留完全可用的工具主体，并在其上设置新的功能部分。
通过将泡沫聚苯乙烯块体固定到待处理的工具主体上，之后通过该块体来形成用于功能部分的模板或模型，从而形成功能部分。之后，生产出模子，其一方面包围有用于新的功能部分的型腔，另一方面包围了至少一部分旧的工具主体，该工具主体处于最上方，而型腔处于最下方。模子具有浇口，其下端通到工具主体和型腔之间的界面区中。模型或模板可留在型腔中。
在铸造新的功能部分时，如果模型仍留在型腔中，那么它将被蒸发，其残余物将在铸造材料的上方浮起。这意味着可能由模型残余物所引起的任何对铸造材料的负面影响都将位于离功能部分的工作面为一定距离的位置处，更准确地说，位于旧的工具主体和新的功能部分之间的界面区中。
当在旧的工具主体上铸造新的功能部分时，重要的是工具主体应当被加热到适于铸造的温度，通常在650-700℃左右。因此，可在模子上设置加热装置。或者，可在工具主体上设置加热装置，或者对工具主体预先进行预热。
一旦完成新的功能部分的铸造，就将工具从模子中取出来，对功能部分进行清洗和喷砂处理。之后，可以对工作面进行热处理和精整加工。
权利要求
1.一种用于执行例如压制、切削、折边等操作的工具或工具部分，所述工具至少包括具有不同功能的第一工具部分(5)和第二工具部分(9，13)，例如工具主体和设于所述工具主体上的功能部分，所述功能部分可单独地或与其它一些另外的功能部分或另外的工具一起执行操作，所述第一和第二部分具有不同的材料性能，其特征在于，所述第一工具部分(5)和第二工具部分(9，13)铸造成一个整体，并且具有不同的材料成分。
2.根据权利要求1所述的工具，其特征在于，所述工具还具有另一工具部分，其与所述第一工具部分(5)和第二工具部分(9，13)铸造成一个整体；所述另一工具部分的材料成分与所述第一和第二工具部分的材料成分不同。
3.根据权利要求1或2所述的工具，其特征在于，在不同材料成分的两个工具部分(5，9，13)之间存在着位于所述部分之间的明确界面。
4.根据权利要求1或2所述的工具，其特征在于，在不同材料成分的两个工具部分(5，9，13)之间存在着一定的区域，所述区域由混合的材料成分的材料构成。
5.一种用于执行例如压制、切削、折边等操作的工具或工具部分的制造方法，所述工具在其不同的部分处具有不同的材料性能，其特征在于，所述工具铸造成一个整体，提供至少两种不同材料性能的铸造材料，所述工具的各个不同部分被提供一种上述材料，并且至少其中一种铸造材料以液态形式来提供。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述工具的铸造操作中，使不同成分的铸造材料相互间保持独立和分隔开。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述工具的铸造中，不同成分的铸造材料在材料成分不同的工具部分之间的区域内混合在一起。
8.根据权利要求5到7中任一项所述的方法，其特征在于，对至少一个所述工具部分进行热处理。
9.根据权利要求5到8中任一项所述的方法，其特征在于，对至少一个所述工具部分提供表面涂层。
全文摘要
一种工具或工具部分，其具有至少一个工具主体(7，8)和一个功能部分(9)，该工具被铸造成一个整体，并具有不同材料成分的至少两种不同的铸造材料(18，20)，因此工具的不同部分具有不同的材料性能。在不同的工具部分之间在材料成分中存在明确的界面，但也可能存在不同材料成分的混合的过渡区域(19)。在制造该工具或工具部分的方法中，将至少两种不同材料成分的铸造材料分别提供到工具的不同部分(7，8，9)中。铸造材料相互间保持独立和分隔开，因此在铸造后可以得到一种在工具的不同部分(7，8，9)中具有不同性能的工具。
文档编号B22D19/00GK1612788SQ02826901
公开日2005年5月4日 申请日期2002年11月12日 优先权日2001年11月13日
发明者B·贝里, C·斯文松 申请人:坎米托股份公司