可轉位切削刀片及其製造方法
2023-05-31 11:33:16 1
專利名稱：可轉位切削刀片及其製造方法
技術領域：
本發明涉及具有由超硬研磨材料製成的切削刃的切削刀片，以及製造該切削刀片的方法。
背景技術：
在下面的本發明的背景技術的描述中，將參考某些結構和方法，但是，在適用的法律規定下，不必將這樣的參考理解為承認這些結構和方法為現有技術。申請人保留證明任何參考的題材不構成關於本發明的現有技術的權利。
使用超硬材料切削的可轉位切削刀片通常具有多邊形形狀，在該多邊形的角設置有超硬材料。超硬材料，通常為立方氮化硼或多晶金剛石材料幫助堅硬工件如金屬的切削。這些切削刀片通常安裝在相對切削工具的固定位置，使得包含超硬材料的一個角或區域設置於工件的表面。當使用一段時間之後，超硬材料的該區域變得磨損的。然後該切削刀片可從切削工具鬆開並旋轉，使得超硬材料的一新角或區域設置於工件的表面。
製造這種刀片有兩種主要的方法。根據一種工藝，形成多層結構，它包括第一層硬質襯底材料和重疊在該襯底層之上的一層超硬切削材料。然後割尖從該多層結構切下並釺焊到切削刀片的主體上，通常在切削刀片的角上。授予Kuroyama等人的美國專利No.5,183,362說明了這種工藝，其公開在此整體作為參考被引用。
用於形成可轉位切削刀片的第二種工藝包括提供具有充滿超硬材料的袋的毛坯或基底，然後使毛坯經過燒結操作，使超硬材料結合到基底上。然後後續加工該毛坯以給出切削刀片的最終形狀，即具有超硬材料設置於角上的大致多邊形主體。美國專利No.5,676,496說明了這種工藝，其公開在此整體作為參考被引用。
通常，這種包含超硬材料的刀片通過外夾持器(如上夾持器)固定就位。如見美國專利5,183,362附圖25，其示出了具有預製成的、單獨的斷屑槽的上夾持器。與其它類型的切削刀片一起使用的另一類型的夾緊包括使用螺釘，該螺釘通過通常在該刀片中心的孔。這種孔可為直的或包括偏移部分以幫助固定該刀片。如見美國專利5,147,158，其揭示了用於固定目的的橫截面為「喇叭」形的夾緊孔。雷射切削或EDM(電火花加工)用來切削超硬材料，並且應了解超硬材料中「喇叭」形孔的加工做起來是十分困難且昂貴的。此外，這種切削的精度也是成問題的。
在美國專利6,120,570中，公開了一種製造超硬材料的切削刀片的方法，該超硬材料通過高溫高壓燒結到硬質合金底座上。同時孔通過使用塞子形成於刀片中，該塞子優選地由與底座相同的硬質合金製成，並且其不與刀片結合而是在燒結之後去掉。在美國6,120,570的圖3中，孔示出為朝刀片底部的錐形。
美國專利5,536,119示出了一種常規切削刀片，其中通孔具有大致為圓柱形的上部而其餘部分以凸圓拱表面形式向下逐漸變細。
因此，在本技術領域中存在解決以上討論的及其它問題的需求。
發明內容
本發明提供了針對解決上述問題的裝置和方法及其他。
本發明提供了改進的可轉位切削刀片以及生產該刀片的改進的方法。
根據本發明的一方面提供了一種切削刀片，該切削刀片包括超硬材料或連接到硬質合金的超硬材料的基礎部分，基礎部分具有用於夾緊所述刀片的孔，其中所述孔形成在連接到所述基礎部分的嵌體中。
在另一實施例中，提供了製造切削刀片的方法，包括形成一層超硬材料；將所述層連接到超硬材料或硬質合金基底上；形成貫穿所述層的孔；以及將預留孔嵌體連接到所述孔內。
圖1A是毛坯俯視圖而圖1B是根據本發明原理製造的成品切削刀片。
圖2A是毛坯側視圖而圖2B是圖1的成品切削刀片。
圖3A至3F是根據本發明原理的其它實施例的俯視圖。
圖4A和4B是根據本發明原理的另一實施例的側視圖。
圖5A至D是根據本發明原理的另一實施例的側視圖。
圖6A和6B是根據本發明原理的又一實施例的側視圖。
具體實施例方式
現在將參考
根據本發明的示例布置和工藝。
根據本發明，毛坯由超硬切削材料製成。該毛坯也可由至少一種硬質材料和至少一種超硬切削材料製成。該後一種毛坯的例證性實施例如圖1A、1B、2A及2B所示。如其所示，毛坯10包括超硬材料的頂層或部分11和硬質材料的底層或部分12。儘管毛坯10示出具有類似多邊形的形狀，顯然其它幾何形狀如圓形也是可以的。
通常，該超硬切削材料與硬質材料使用常規的高壓高溫工藝燒結在一起，以形成盤形實體。這種工藝是常規的且在例如美國專利5,676,496中公開。當主體僅由超硬材料製成時，該主體可一步形成。其它合適處理的實施例在如美國專利No.4,991,467和5,115,697中說明，其公開在此整體作為參考引用。然後該毛坯的具體形狀可通過如電火花加工(EDM)由圓盤切割成。在加壓加工和燒結過程中形成至少一個毛坯孔13但優選地在處理之後加工。毛坯頂部部分和底部部分中的毛坯孔內壁形成分界面17。
在圖1B和2B所示的實施例中，毛坯孔的形狀由預留孔嵌體14限定出來，該預留孔嵌體14安裝，優選地連接到或最優選地釺焊到刀片中的分界面內的毛坯孔13中的適當位置。應了解該孔嵌體14可預製成用於最終安裝所需的任何具體形狀。通過用於選取材料的任何適當工藝，如通過加壓加工或燒結硬質合金預製成孔嵌體14，可精確且較容易地製成各種形狀。孔嵌體14可由任何合適的材料如鋼、粉末冶金成型鋼等製成，但優選地由硬質合金製成。最優選地，孔嵌體14的硬質合金與層12的硬質合金相同。如需要，斷屑幾何結構可形成(如通過EDM)於超硬層的適當表面。
應了解毛坯孔13應延伸貫穿整個主體，但孔嵌體14不一定貫穿整個主體，只要當刀片安裝在刀架上時該孔嵌體14為安裝裝置(未示出)提供需要的安裝支架。例如，當切削刀片為雙面時(如圖9中)，可使用兩個孔嵌體以形成合適的安裝支架。此外，可以有多個孔嵌體，其中一些不會全程延伸貫穿主體。
如圖2所示，孔嵌體14優選地預製成這樣的形狀，其中內壁15從超硬層11的頂部朝硬質材料12的底部以大致圓錐形形式聚合。這種設計有助於當將刀片連接到刀架上時，將螺釘(未示出)牢固地固定在夾緊孔內。應了解夾緊孔還具有適合於其它夾緊系統的設計，例如圓柱形的夾緊孔。
圖3示出了其它變體，其中孔嵌體的形狀不同於如圖1A和2A中的圓形。這些變體如圖3A至3F所示。在圖3A至3F中，切削刀片從頂部示出，其中超硬材料11和孔嵌體14的頂層可見。熟練的技工要理解的是，如果需要，也可使用其它形狀。在所有示出的實例中，夾緊孔16是圓的並大致為圓錐形的，但其它形狀也是可行的。
圖4A和4B示出了本發明的其它實施例，其中孔嵌體14的長度從刀片底面向下延伸。在該實例中，刀片為單面刀片。如所示那樣，底部部分15優選地具有非圓形的形狀，該形狀對應於刀架(未示出)中的空腔，用來將刀片更牢固地固定在刀架中。儘管未示出，要理解的是夾緊孔可延伸貫穿底部部分15。圖4A示出了這樣的實施例，其中超硬層11僅設置於刀片上部，14表示嵌體，而圖4B示出了超硬層從刀片頂部延伸到底部的刀片。
圖5A和5B示出了雙面刀片，其中孔嵌體14的長度延伸超出刀片的頂面和底面(圖5B)或形成於頂面和底面中(圖5A)。圖5C示出了毛坯孔13的軸線x-x不垂直於切削刀片20的平面軸線y-y的刀片。如需要，毛坯孔13的軸線x-x可不平行於夾緊孔嵌體14的軸線z-z(圖5D)。孔嵌體中的空腔應對應於刀架的突出部分(圖5A)且反之亦然(圖5B)，並且如果需要，該空腔可由至少兩個預製成的部分製成(未示出)。
圖6示出了本發明的實施例，其中在毛坯孔中或貫穿整個主體，孔嵌體14的外壁優選地形成為具有圓錐形壁的圓錐形形狀。在圖6A中，孔嵌體14的壁和毛坯孔的壁是對齊的。在圖6B中，孔嵌體14的壁和毛坯孔的壁具有不同的錐度，從而該一個或兩個壁可為圓柱形的。
硬質材料12可由任何合適的硬質材料製成。合適材料的實例包括硬質合金、金屬陶瓷以及高強度合金。一種合適的合成物為具有6至20wt％鈷的鎢鈷硬質合金。各種優選實施例可包含9至11wt％的鈷或15至17wt％的鈷。
超硬材料11可包括因為其切削性能而選擇的任何合適的材料。例如，其可包括多晶立方氮化硼(PCBN)、多晶金剛石材料(PCD)或基於氮化矽和/或氧化鋁的陶瓷。超硬材料也可以添加有其它材料，如碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物、和/或從元素周期表的IVa至VIa族選擇的金屬的硼化物。
本發明說明的實施例規定為例證性的而非限制性的，並且未規定為說明本發明的每一個可行的實施例。在不偏離如下面權利要求，包括文字和由法律認可的等價物闡述的本發明主旨和範圍的情況下可對公開的實施例作出各種改進。
權利要求
1.一種切削刀片，包括超硬材料或連接到硬質合金的超硬材料的基礎部分，該基礎部分具有用於夾緊所述刀片的孔，其中所述孔形成在連接到所述基礎部分的嵌體中。
2.如權利要求1所述的切削刀片，其中所述基礎部分包括硬質合金，且所述超硬材料層通過燒結連接到所述硬質合金上。
3.如權利要求2所述的切削刀片，其中所述孔嵌體主體通過釺焊連接到所述基礎部分上。
4.如權利要求1所述的切削刀片，其中所述孔嵌體由硬質合金構成。
5.如權利要求1所述的切削刀片，其中所述超硬材料是立方氮化硼或者多晶金剛石。
6.如權利要求1所述的切削刀片，其中所述超硬層包括斷屑部分。
7.如權利要求1所述的切削刀片，其中所述孔嵌體包括設置於所述基礎部分下的部分。
8.如權利要求7所述的切削刀片，其中所述部分的形狀適於配合到用於所述刀片的刀架中對應形狀的部分中。
9.如權利要求1所述的切削刀片，其中所述孔嵌體包括具有這樣的形狀的部分，該部分的形狀適於配合到用於所述刀片的刀架中對應形狀的部分中。
10.如權利要求9所述的切削刀片，其中所述部分設置於所述刀片的頂部。
11.如權利要求10所述的切削刀片，其中所述部分設置於所述刀片的底部。
12.如權利要求1所述的切削刀片，其中所述刀片的中心軸線不垂直於該刀片的軸線。
13.如權利要求1所述的切削刀片，其中所述孔嵌體的中心軸線不垂直於所述夾緊孔的軸線。
14.用於製造切削刀片的方法，包括形成一層超硬材料；將所述層連接到超硬材料或硬質合金基底上；形成貫穿所述層的孔；以及將預製孔嵌體連接到所述孔內。
15.如權利要求14所述的方法，其中所述預留孔嵌體具有圓錐形狀的通孔。
16.如權利要求14所述的方法，其中所述基底是硬質合金，所述層通過燒結連接到所述基底。
17.如權利要求14所述的方法，其中所述預製孔嵌體通過釺焊連接。
18.如權利要求14所述的方法，其中所述層和所述基底都由超硬材料製成。
19.如權利要求14所述的方法，其中所述預製孔嵌體包括具有這樣的形狀的部分，該部分的形狀適於配合到所述刀片的刀架中對應形狀的空腔中。
全文摘要
一種切削刀片，包括超硬材料或超硬材料和硬質合金的主體、貫穿所述主體的孔以及所述孔中的預留孔嵌體以允許刀片固定到刀架。還公開了製造該切削刀片的方法。
文檔編號B23C5/02GK1964807SQ200580018100
公開日2007年5月16日 申請日期2005年6月2日 優先權日2004年6月2日
發明者克拉斯·舍格倫, 米卡埃爾·林霍爾姆 申請人:山特維克智慧財產權股份有限公司