旋轉式刀具以及用於製造旋轉式刀具的方法
2023-10-05 17:41:34 1
專利名稱：旋轉式刀具以及用於製造旋轉式刀具的方法
技術領域：
本發明涉及一種旋轉式刀具，特別是鑽頭或銑刀，並且涉及一種用於製造這樣一種鑽孔刀具的方法。
背景技術：
例如，硬質工件經受切削式機加工，這是通過使用裝備有特殊燒結的切削鑲片的鑽頭或銑刀實現的，這些切削鑲片具有一個切削刃區域，該切削刃區域由一種超硬材料、特別是P⑶(多晶金剛石)或者PCBN (多晶立方氮化硼)組成。這種類型的切削鑲片被材料鎖合地緊固在對應的鑲片座中，該鑲片座特別是通過釺焊而引入旋轉式刀具的刀具主體中的。通常將多個切削鑲片、例如兩個或三個這種切削鑲片，裝配在刀具主體外周周圍。在階梯式刀具中(例如，階梯式鑽頭)，將更多的被進一步徑向向外安排的切削鑲片裝配在刀具主體的一個與刀具前部尖端相距一定距離的後部區域的外周周圍。例如，這種類型的階梯式鑽頭被用於機加工一個閥座並且要求這些切削鑲片的切削刃的高精度定向。例如，該刀具主體由HSS或者硬金屬組成。在一個槽的槽壁中引入多個鑲片座，該槽被引入刀具主體中並且與刀具主體的縱向中心軸線相距一個距離。在這方面該鑲片座包括一個平面的鑲片支撐件並且還包括一個被安排在邊緣處的鄰接壁。鑲片座是通過一個盤形機加工刀具引入的，例如，側銑刀或磨削輪，這樣它呈現近似半月形的形狀。一個仍有待機加工的預成形的基本切削鑲片被定位在所述鑲片座中並且被牢固地釺焊在其中。在此方面當前使用的這些基本切削鑲片具有一個還有待被去除的、範圍為3毫米至4毫米的超過尺寸。這個超過尺寸是預製的基本切削鑲片在形狀像半月形圓的鑲片座中的相對不準確的定位和定向的結果。在隨後的精加工操作中必須使這個超過尺寸達到一種所希望的最終外形。由於切削鑲片的超硬材料，這伴隨著相當多的勞動。在這方面，在一種刀具的情況中，這種精加工操作通常需要幾個小時並且可能持續十個小時。這些切削鑲片通常是藉助蝕刻從所謂的毛坯切成的。可替代的是，為此目的還可以使用雷射切割。該毛坯特別是一種圓形的未完成的部件，該部件具有一種層結構，該層結構帶有例如由硬金屬製成的載體，該載體上塗覆了切削材料(PCD或者PCBN)。作為它的一個替代方案，毛坯是專有地由這種切削材料形成的。除了上述既定用途(其中基本切削鑲片首先是從毛坯切成並且通過釺焊而被材料鎖合地緊固在鑲片座中，然後經受一種精加工操作)之外，這類由超硬材料製成的切削鑲片還被用作可分度切削鑲片，這些可分度切削鑲片被緊固在刀具中而不進行進一步的精加工操作。在這方面，在這些刀具上經常提供精細調節機構，例如像調節螺絲。可能用於這類超硬切削鑲片的一個進一步的替代方案可以從US5，611，251中獲悉。根據所述文件，在此提供的是，首先形成具有超硬塗層的切削棒，然後將這些切削棒插入刀具主體中的對應槽縫中。在這種情況中，這些切削棒在整個刀具直徑上延伸。然而這需要一種用於切削鑲片的複雜製造方法，因為這些切削棒必須在其整個直徑上的延伸長度上、在相對側面上裝備有超硬切削材料。與此相比，在上述實施方案變體中使得這些切削鑲片的簡單製造變為可能，其中這些鑲片座僅在一側上並且是在與縱向中心軸線相距一定距離處被引入。此外從DE 202006002827U1並且從EP 2067552A1中已知的是在這類切削鑲片的
表面中引入多種外形，例如用於形成斷屑器凹槽。
發明內容
在其基礎上，本發明基於的目的是指明一種旋轉式刀具，該旋轉式刀具具有這樣的由超硬材料製成的切削鑲片，其中簡化了製造，特別是與迄今為止所需要的精機加工時間相比減少了用於精加工操作所需要的機加工時間。此外本發明基於的目的是指明一種用於製造此類鑽孔刀具的簡化方法。最後，本發明此外基於的目的是指明一種用於製造切削鑲片的簡化方法。為實現針對旋轉式刀具的目的，提供了一種旋轉式刀具，特別是一種鑽頭或銑刀並且優選是一種階梯式鑽頭或階梯式銑刀，該旋轉式刀具具有一個刀具主體，該刀具主體沿一條縱向中心軸線延伸並且它具有至少一個槽，優選是多個槽。在與縱向中心軸線相距一個距離處，在槽壁中引入一個鑲片座，在該鑲片座中材料鎖合地(特別是通過釺焊)緊固一個特別由超硬材料(如PCD或PCBN)製成的切削鑲片。特別是為了對切削鑲片的徑向位置並且優選還有軸向位置進行固定，該鑲片座具有一個鄰接壁，該鄰接壁形成了一種外形，該外形用於抗旋轉地定位切削鑲片。因此該鑲片座以及該切削鑲片通過彼此互補的造型抗旋轉地被定向在一個限定的(旋轉)位置中。因此，與形狀像半月形圓的現有鑲片座相比，其中該鄰接壁沿圓弧延伸，現在提供的是該鄰接壁具有不同於圓形形狀的限定外形，使得在基本切削鑲片被釺焊在鑲片座中之前，由毛坯加工成的基本切削鑲片被定位在鑲片座中的一個已經限定的所希望的位置中。對鄰接壁進行造型以便進行抗旋轉的定位的這種措施提供了特別的優勢，即基本切削鑲片可以被加工成具有相當更準確的外形。與形狀像半月形圓的鑲片座相比，基本切削鑲片要求的超過尺寸可以被大大減少，並且因此在所需的精加工操作中需要去除的材料被大大減少，並且由此精加工操作可以完成得更快。總之，這減少了用於加工成品刀具所需要的時間，並且這導致相當多的成本節省。在這種情況中，優選的是使用磨削式或切削式機加工刀具(特別是磨削輪或銑刀，優選是側銑刀)將鑲片座引入該刀具主體中，並且該鑲片座具有至少一個沿圓弧延伸的圓化部分。這使之有可能在刀具主體中通過特別快的且有效率的方式引入鑲片座。在這種情況中，優選的是該圓化部分的曲率對應於該機加工刀具的半徑，即，例如對應於磨削輪的半徑或銑刀的半徑。總體上，鑲片座是使用盤形機加工刀具加工成的。這種盤形機加工刀具沿著鄰接壁的所希望的外形移動；在這種情況中鄰接壁的最小半徑是由盤形機加工刀具的半徑預先限定的並且在這方面其特徵性特點是成本有效地引入鑲片座。在這方面，機加工刀具是在相對於縱向中心軸線的徑向方向上被引入的，而沒有達到或越過刀具中心。鑲片座被引入已插進的槽中。可替代的是，鑲片座還可以通過雷射機加工或蝕刻方法引入，特別是在非常易損的外形的情況中。旋轉式刀具總體上被認為是在旋轉方向或縱向軸線方向上延伸並且被形成用於圍繞旋轉軸線的旋轉操作的一種刀具。然而，原則上，這種刀具同樣能以固定形式被使用並且工件能以旋轉形式被使用。根據一個優選的構形，該鄰接壁具有至少一個直線部分。這種構形通過簡單的方式預先限定了一種限定的旋轉取向。在這方面，方便的是提供了多個直線部分。優選的是在兩個毗鄰的直線部分之間安排一個圓化部分。這些直線部分在此特別用於徑向以及軸向的定向。根據一個優選的構形，該鄰接壁的外形是通過拼接件(puzzle)的方式形成的，對此該鑲片座具有一個雙頭螺栓狀的延續部分。這個延續部分特別是通過形成一個下部凹陷而完成的，即提供了朝向該延續部分的一種類型的限制。在這種情況中該延續部分是通過雙頭螺栓的方式形成的並且具有圓化的形式。這個延續部分特別地在朝向切削鑲片的方向上向內延伸。該延續部分具有一個互補的凹陷。所述向內指向的延續部分具有的優點是刀具主體的材料削弱可能性最低。在這種處於拼接件的方式的構形中，該切削鑲片因此總體上通過形狀配合的方式被保持在鑲片座中。在一個適宜的構形中，該鄰接壁至少在部分區域中具有凹凸曲率。因此該鄰接壁至少在部分區域中是彎曲的，例如，具有近似s形的形式，其結果是同樣確保了抗旋轉的定位。為了使基本切削鑲片緊固地保持在鑲片座的平面鑲片支撐件上，在一個優選的構形中，該鄰接壁是以相對於鑲片支撐件傾斜式地傾斜的方式形成的，這樣使得它與切削鑲片的一個側壁一起形成了一個下部凹陷或所謂的下彎。因此該切削鑲片還通過形狀配合的方式被保持在垂直於鑲片支撐件的方向中。用於引入該鑲片座的機加工工具優選具有一種與該下彎互補的造型，並且如在截面中可見，特別是具有梯形的形式。此外，此目的是根據本發明通過具有權利要求8的這些特徵的方法實現的。相對於旋轉式刀具指出的這些優點以及優選的構形還可以被類似地轉移給這種方法。在這種方法中，在此提供的是切削鑲片以預定的所希望的旋轉取向被定位和緊固在鑲片座中。這是通過切削鑲片與鑲片座之間的互補造型實現的，這預先限定了所希望的旋轉取向。這些切削鑲片優選被形成為相對於希望的最終幾何形狀具有一個超過尺寸。這個超過尺寸在這種情況中優選地僅被形成在切削鑲片的一個切削刃區域中。與所希望的最終幾何形狀相比，這個超過尺寸僅僅近似為0.1至0.3毫米。在基本切削鑲片已被材料鎖合地緊固之後，將這個超過尺寸方便地去除。為此目的，不同的機加工方法是可供使用的，例如，蝕刻方法、磨削方法或雷射去除法。在一個特別優選的構形中，所提供的是，該基本切削鑲片已經在超硬切削材料中在其頂部平坦側上具有一種造型，特別是一個斷屑器凹槽。在這種情況中，在一種適宜的構形中，與所希望的最終位置相比，這種造型與切削本體的邊緣相距太遠、間隔了一個超過尺寸。然後在精加工操作中去除這種超過尺寸。通過高度準確的預先定位第一次使之有可能在該切削鑲片已經實際緊固在刀具主體中之前將斷屑器凹槽(即，特別是一個特殊限定的凹陷)引入切削鑲片的表面中，並且這種引入在簡化該製造方法方面是一個另外的必要因素。因為通過基本切削鑲片在鑲片座中的精確定向足夠準確地固定了斷屑器凹槽的位置，因此有可能預先將所述斷屑器凹槽引入該基本切削鑲片中。其特別的優點是:這種外形可以在兩維平面中被引入並且不必在要求非常複雜的三維機加工運動的刀具上以焊入狀態被引入。根據本發明的第三方面，為了製造一種由超硬材料製成的切削鑲片，根據本發明提供的是，首先提供用於多個切削鑲片的一個公用毛坯，並且在這些切削鑲片由毛坯切成之前將一種表面外形(特別是斷屑器凹槽)引入對應的切削鑲片中。通常該毛坯是一種層結構，該層結構由載體、特別是硬金屬載體組成，該載體至少在一側上被塗覆了由超硬切割材料製成的一個層。可替代的是，該毛坯專有地由該切削材料組成。因此就流程而言表面外形的引入變得非常簡單，因為機加工刀具僅僅必須在由毛坯的表面限定的平面中二維地移動。於是通過垂直於該表面的簡單引入實現了所希望的外形的深度。然而，重要的是刀具上沒有引入表面外形。
對本發明的示例性實施方案在以下通過參考附圖進行了更詳細的說明，在附圖中:圖1:示出了根據一個第一實施方案變體的一個階梯式鑽頭的細節的側視圖，圖2:示出了根據一個第二實施方案變體的類似於圖1的細節的側視圖，圖3A示出了階梯式鑽頭在刀具尖端的區域中的細節的放大側視圖，圖3B示出了根據圖3A中的相交線A-A的細節的截面展示，圖4示出了具有形狀類似於半月形圓的常規鑲片座的階梯式鑽頭的側視圖，並且圖5示出了具有基本切削鑲片的外形(以舉例方式示出)的毛坯的示意性平面圖。
具體實施例方式旋轉式刀具(在該示例性實施方案中形成為一個階梯式鑽頭2)沿一條縱向中心軸線4延伸並且具有一個刀具主體6，該刀具主體裝備有焊入的切削鑲片8a、8b。刀具主體6具有一個切削刃區域10，該切削刃區域在後部鄰接了一個夾緊柄12(這方面參照圖4)。在切削刃區域10中造出一個槽14，該槽在該示例性實施方案中直線延伸。作為它的替代方案，還可以提供多個盤繞的槽14。此外，在刀具主體6中造出了多個冷卻劑孔16，這些孔在該示例性實施方案中在末端處離開。階梯式鑽頭2具有一個圓錐形的鑽尖18。在縱向方向中，階梯式鑽頭2在距離鑽尖18—定距離處形成一個臺階，即在此它具有一個放大的鑽頭直徑。在鑽尖18處限定了一個相對小的第一標稱鑽頭直徑dl，而在臺階區域中固定了一個大的第二標稱鑽頭直徑d2。在這種情況中，該臺階與鑽尖18優選被間隔開了該標稱鑽頭直徑dl的倍數。這些切削鑲片8a被安排在鑽尖8的區域中而這些切削鑲片8b被安排在該臺階的區域中。在這個示例性實施方案中，因此這些切削鑲片8a、8b在階梯式鑽頭2的外周周圍在各自情況中被成對地安排成相對於縱向中心軸線4具有180度的旋轉偏移量。這些切削鑲片8a、8b具有一個由載體20構成的層結構並且具有一個塗覆到該載體上由P⑶或PCBN製成的超硬塗層22。因此這些切削鑲片是燒結的切削鑲片8a、8b。在該臺階或肩臺的區域中，這些切削鑲片8b具有一個傾斜延伸的部分，該部分被定向為相對於縱向中心軸線4成一個角度。這個部分例如用於機加工一個閥座表面。這取決於這些切削鑲片8b的高度精確的定向。由對應的切削鑲片8a、8b形成的一個切削刃26因此就其相對於縱向方向的傾斜而言並且還就其徑向外部位置而言必須通過高度精確的方式來定位。鄰接著該切削刃26，在圖2的示例性實施方案中的切削鑲片8b具有一個斷屑器凹槽28，其被示意性顯示出。為了實現這種高度精確的定位，必須在焊入的切削鑲片8a、8b上進行精加工操作。因此，切削鑲片8b最初被製造為具有超過尺寸X的基本切削鑲片並且被焊入鑲片座30中。在圖1和圖2中由虛線指示了超過尺寸X以及鑲片座30的輪廓。鑲片座30具有一個鄰接壁32，該鄰接壁具有一個外形，這些切削鑲片8a、8b還與這個外形相適配。在圖1的示例性實施方案中，該外形是由兩個直線部分34形成，其中一個部分平行於縱向中心軸線4延伸而另一個部分以一個角度鄰接該第一直線部分34，形成一個圓化部分35。在這些末端處，這兩個直線部分34進而與圓化部分35相鄰接，這些圓化部分進而可以與直線部分相鄰接。總之，因此按照圖1的用於切削鑲片8b的外形是由一系列的多個直線部分34以及多個圓化部分35限定的。在按照圖2的替代構形中，該外形具有處於拼接件方式的輪廓，其中形成了一個雙頭螺栓的延續部分40，並且形成了一個限制部分38。所述延續部分在每一末端與直線部分34相鄰接，這些在這個示例性實施方案中是彼此成直角定向的。平行於縱向中心軸線4延伸的直線部分34在末端處與一個圓化部分35鄰接。作為示出的示例性實施方案的替代方案，這個延續部分40在朝向切削刃26的方向上被定向，使得該切削鑲片因此具有一個凹陷，在該凹陷中插入了該鑲片座的一個對應形成的雙頭螺栓。用於切削鑲片Sb的鑲片座30以及鄰接壁32的總體特徵為:形成了鄰接壁32的頂部部分並且還有底部部分，這兩個部分朝向外周側徑向地向外延伸。其特徵為在該臺階區域中的鑲片座30的構形，其中切削鑲片在朝向鑽尖18以及朝向夾緊柄12的軸向方向上均抵靠在鄰接壁32上。這個徑向頂部部分在這種情況中在標稱直徑dl的區域中延伸到大概遠至外周，而徑向底部部分在標稱直徑d2的區域中延伸到大概遠至外周。這些鑲片座30通過使用盤形機加工工具42而被形成為具有這些外形輪廓，如在圖1中同樣由虛線指示的。例如，這個刀具是磨削輪或側銑刀。機加工刀具42的半徑限定了這些圓化部分35。在鑽尖18的區域中的這些切削鑲片8a還具有一個抗旋轉的外形。在這個示例性實施方案中，該外形是通過直線部分34與圓化部分35的組合而簡單形成的。鑲片座30的特殊外形輪廓以及這些切削鑲片8a、8b的對應的互補構形使之有可能甚至以最大可能精確度來機加工該基本切削鑲片並且進行近淨成型。這個超過尺寸X(它僅在切削刃26的區域中存在)因此僅僅大致為0.1毫米至最多0.3毫米，優選僅僅為
0.1 - 0.2mm。與目前為止的程序相比，如圖4所示，在具有半月形切削鑲片8b的臺階的區域中，這使之有可能實現一個小得多的超過尺寸。由於目前為止的像半月形圓的構形，切削鑲片Sb的相對差的旋轉定位是可能的，並且因此需要大得多的超過尺寸X。如特別從圖3a和圖3b中可以獲悉的，鑲片座30的鄰接壁32是以相對於鑲片支撐件44傾斜式地傾斜的方式形成的，使得在鑲片座與切削鑲片8a之間形成了榫頭方式的下部凹陷。該基本切削鑲片由此被保持在鑲片支撐件44上，即使當它在焊入過程中被定位時。例如這個下部凹陷是以簡單方式通過例如梯形截面的盤形機加工刀具42的對應地互補的構形實現的。因此這個下部凹陷是通過對盤狀機加工刀具42的造型而自動形成的。如從圖5可以獲悉的，這些基本切削鑲片8b是由毛坯46加工成的。在這種情況中，首先在在切削鑲片8b的對應位置處、準確地說是在所提供的切削刃26的區域中做出該斷屑器凹槽28。然後僅通過適合的切削方法把毛坯46切成多個基本切削鑲片8b，準確地說是以該超大尺寸X。由特殊造型得到的高度準確的預先定位第一次使之有可能在早期製造階段在已經緊固在刀具主體6上之前引入斷屑器凹槽28。
權利要求
1.一種旋轉式刀具，如一種鑽頭或銑刀，具有一個刀具主體，該刀具主體沿一條縱向中心軸線延伸，該刀具主體具有一個槽並且在與該縱向中心軸線相距一定距離處具有一個鑲片座，該鑲片座被引入該槽壁中並且在該鑲片座中材料鎖合地緊固了特別由一種超硬材料如PCD或PCBN製成的一個切削鑲片，其中，為了固定該切削鑲片的位置，該鑲片座具有一個鄰接壁，該鄰接壁具有一種外形，該外形用於通過一種抗旋轉的方式對該切削鑲片進行定位。
2.按權利要求1所述的旋轉式刀具，其中，該鑲片座是藉助一個切削式機加工刀具而被引入該刀具主體中，並且由於該切削式機加工，該鄰接壁具有至少一個圓化部分。
3.按權利要求1所述的旋轉式刀具，其中，該鄰接壁具有至少一個直線部分。
4.按權利要求3所述的旋轉式刀具，其中，該鄰接壁具有多個直線部分，在各個直線部分之間安排了一個圓化部分。
5.按權利要求1的旋轉式刀具，其中該鄰接壁的外形是通過一個拼接件的方式形成的並且該鑲片座對此具有一個雙頭螺栓狀的延續部分，特別是形成了一個下部凹陷，該下部凹陷優選地在朝向該切削鑲片(8a，8b)的方向上向內指向。
6.按權利要求1所述的旋轉式刀具，其中該鄰接壁具有一個凹凸曲率。
7.按權利要求1所述的旋轉式刀具，其中該鑲片座具有一個鑲片支撐件，在該鑲片支撐件上該鄰接壁在該邊緣處延伸，其中該鄰接壁(32 )相對於該鑲片支撐件傾斜式地傾斜並且與該切削鑲片的一個側壁形成了一個下部凹陷。
8.一種用於製造如權利要求1所述的旋轉式刀具的方法，在該方法中: -提供一個刀具主體，該刀 具主體具有至少一個鑲片座，該鑲片座具有一個鑲片支撐件和一個鄰接壁， -提供一個切削鑲片，該切削鑲片是由一種超硬材料如PCD或PCBN製成並且具有一種造型，該造型與該鑲片座互補，其方式為使得該切削鑲片能夠被抗旋轉地定位在該鑲片座中， -將該切削鑲片藉助該互補的造型以一個預定的所希望的旋轉取向被定位在該鑲片座中， -將該切削鑲片材料鎖合地緊固。
9.按權利要求8所述的方法，其中該切削鑲片在成品旋轉式刀具中具有一種最終幾何形狀並且所提供的切削鑲片具有與該最終幾何形狀相適配的基本幾何形狀，其中，在一個切削刃的區域中，該基本幾何形狀與該最終幾何形狀相比僅具有一個在0.1 - 0.3mm範圍內的小的超過尺寸。
10.按權利要求8所述的方法，其中，該鑲片座是通過切削式機加工引入的，特別是藉助一種磨削或糹先削方法。
11.按權利要求8所述的方法，其中該切削鑲片具有一個頂側，該頂側與該鑲片支撐件相反定位並且在所述鑲片被緊固在該鑲片座中之前在該頂側中引入一種表面外形。
12.按權利要求11所述的方法，其中該造型是一個斷屑器凹槽，與一個希望的最終位置相比該斷屑器凹槽與該切削本體的邊緣相距太遠、間隔開了一個超過尺寸，並且這個超過尺寸在該鑲片已被緊固在該鑲片座中之後被去除。
13.一種用於製造特別用於如權利要求1所述的旋轉式刀具中的、由超硬材料製成的切削鑲片的方法， 其中提供了一個毛坯，從該毛坯切成多個具有預定義外形的切削鑲片，其中在這些切削鑲片被切成之前，在這些單獨的切削鑲片中引入一種表面外形，特別是一個斷屑器凹槽。
全文摘要
一種旋轉式刀具，如一種鑽頭或銑刀，具有一個刀具主體，該刀具主體沿一條縱向中心軸線延伸，該刀具主體具有一個槽並且在與該縱向中心軸線相距一定距離處具有一個鑲片座，該鑲片座被引入該槽壁中並且在該鑲片座中材料鎖合地緊固了特別由一種超硬材料如PCD或PCBN製成的一個切削鑲片，其中，為了固定該切削鑲片的徑向位置並且還有其軸向位置，該鑲片座具有一個鄰接壁，該鄰接壁具有一個外形，該外形用於通過一種抗旋轉的方式對該切削鑲片進行定位。
文檔編號B23P15/28GK103084644SQ201210417100
公開日2013年5月8日 申請日期2012年10月26日 優先權日2011年10月28日
發明者C·蓋, A·J·齊默爾曼, X·施皮廷格爾 申請人:鈷碳化鎢硬質合金公司