CN1802231B - 可旋转刀具及坯体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种刀具以及用于制造该刀具(10)的坯体。刀具(10)由坚固硬质合金制成并且包括用于安装到可旋转轴中的柄(11)和切屑槽(18)。在刀具的切削端(16)处切屑槽(18)与余隙面(15)之间的交线形成切削刃(19)。冲洗沟槽(14)贯穿整个刀具延伸以便将冲洗介质输送到刀具的切削端(16)处。冲洗沟槽(14)具有变化的槽距。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据独立权利要求前序部分的可旋转刀具及坯体。
背景技术
例如由WO 98/28455中已知：在冲头和冲模之间将材料粉末，例如碳化钨(WC)与钴(Co)一起进行挤制，并且然后对材料进行烧结从而粘结剂金属熔化并且粘结碳化物，以形成用于去屑加工的刀具材料。所述已知的技术具有多个缺点。所述粉末产生灰尘并且成形的生坯(压制但未烧结的材料)不能经受任何处理。而且，切屑槽应该被磨削并且该方法需要时间和能量。例如由SE-B-9501687-9所述，通过对混合在载体中的硬质合金进行注塑成型，已经部分的解决了所述问题。在几何形状方面，注塑成型方法具有很高的自由度，但是模具成本过高。
例如由US 4,779,440和WO/0074870已知为螺旋钻制造坯体。所挤出的坯体具有切屑槽，所述切屑槽沿着坯体的周边具有一致的槽距。
发明内容
本发明一个目的在于，提供一种可旋转刀具及坯体，其冲洗沟槽具有变化的槽距。
本发明的另一个目的在于，提供一种刀具，其具有槽距变化的冲洗沟槽。
本发明的再一个目的在于，提供一种具有良好耐用性的刀具。
已经通过例如参考附图在所附权利要求中限定的一种可旋转刀具及坯体实现了这些以及其它目的。
附图简要说明
图1A示意出根据本发明的钻的侧视图；
图1B、1C和1D分别示出根据线B-B、C-C、D-D的径向截面；
图1E示出钻的立体图；
图1F示出根据本发明的坯体的立体图；
图2A示出根据本发明的用于产生细长生坯的装置的主视图；
图2B示出该装置根据图2A中的线II B-II B的截面；
图2C示出该装置根据图2A中的线II C-II C的截面；
图3示出细长生坯的立体图；
图4A示出根据本发明的用于产生细长生坯的可选装置的主视图；
图4B示出该装置根据图4A中的线II B-II B的截面；
图4C示出该装置的切削端视图；
图4D示出该装置根据图4A中的线II D-II D的截面；
图5A示出根据本发明的用于产生细长生坯的另一可选装置的主视图；
图5B示出该装置根据图5A中的线II B-IIB的截面；
图5C示出该装置的切削端视图；
图5D示出该装置根据图5A中的线II D-II D的截面；
图6A示出根据本发明的用于产生细长生坯的另一可选装置的主视图；
图6B示出该装置根据图6A中的线II B-II B的截面；
图6C示出该装置的切削端视图；
图6D示出该装置根据图6A中的线II D-II D的截面。
具体实施方式
示于图1A-1E的根据本发明的刀具实施例是所谓的螺旋钻。钻10由固体硬质材料例如挤制硬质合金制造，并且具有螺旋形切屑槽18并且所述切屑槽可以通过整体或者通过其一个部分延伸。该钻具有用于固定到未示出的旋转轴上的柄11。该钻具有两个上部余隙面15。所有的表面以及相关的刃均利用相同的材料即优选为挤制硬质合金制造。在钻的切削端处，切屑槽18与余隙面15之间的交线优选经由加强斜面12形成主切削刃19。钻的总长度设置为其直径的3到10倍。两个冲洗沟槽14延伸通过整个钻以便从旋转轴向钻的顶端输送冲洗介质。可在柄端设置径向凹槽以便尤其用于防止孔发生堵塞。冲洗沟槽14以及切屑槽18均具有变化的槽距，优选在切削端处具有小的轴角，并且槽距向后连续的或者逐步的增加。例如两个冲洗沟槽14的槽距的变化优选是基本相同的。例如两个切屑槽18的槽距的变化优选是基本相同的。冲洗沟槽14的以及切屑槽18的槽距的变化优选是基本相同的。所述槽距使得关于钻的中心线CL在钻的切削端16处的轴角α1大于沿着钻的轴向在切屑槽中部处的轴角α2。例如，从其切削端16到切屑槽的轴向内端17，轴角的变化可在5和20°之间。冲洗沟槽14距中心线CL以及切屑槽18以基本恒定的径向距离设置，从而使得钻尽可能的耐用。可以利用至少四种不同方法中的一种制造这种钻。单位“mm/转”限定槽距。槽距p根据下面的公式关于轴角α成反比：D*π/tanα[＝p，其中D为钻的直径(毫米)，并且p为槽距(毫米)。例如，在径向截面中具有D为10mm并且轴角α为30°的钻，其槽距10*3.14/tan(30°)＝54.4mm。
钻的轴向前部的轴角位于20°-45°的范围内，并且钻的后部的轴角在5°和25°之间。在所示实施例中，该钻在切削端16处具有31°并且在轴向内端具有16°的轴角。通过根据所述的几何形状设置轴角，在钻削时，通过在端部16处较大的前角实现了低切削力，并且利用沿着切屑槽轴向向后部分处的较小的轴角实现了有效的切屑流动。而且，在钻10中冲洗沟槽14变化的槽距意味着，沟槽的出口可以设置在使得它们对于钻削操作提供最佳效果的位置，而不会影响例如对切屑槽进行磨削的区域。
图1F示出用于去屑加工刀具例如上述螺旋钻10或者切削端铣刀的坯体。该圆柱形坯体110由坚固的硬质合金制成，并且包括空间114A、114B以便在钻中形成冲洗沟槽14。空间114延伸通过整个坯体。如上所述，空间114具有变化的槽距。空间114的槽距使得关于坯体的中心线CCL在一端116处的轴角α11大于坯体的另一端117处的轴角α21。从一端116到另一端117，轴角的变化在5和20°之间。钻10的轴向前部的轴角位于20°-45°的范围内，并且坯体的后部的轴角在5°和25°之间。在图1F中，示出假想平面P，从此处生坯的旋转速度增加，由此各个空间的轴角也增加。空间114A、114B距中心线CCL设置在基本恒定的径向距离处。
在图2A-2C中，示出用于产生细长圆柱形生坯的装置20的实施例.此处术语“生坯”指的是挤出的但是未烧结的本体，而术语“坯体”指的是烧结的本体.应该注意，术语“生(green)”并不涉及本体的颜色，而是涉及压出本体.装置20包括钢制矩形壳体21，其用于例如通过螺栓固定到未示出的挤出机器中.壳体21具有两个用于固定到机器中的螺栓22并且具有用于密封所述机器的后表面23.该壳体具有中心贯通凹槽24，通过该凹槽挤制混合物.凹槽24关于后表面23被扩大以便形成用于进给蜗杆端部的空间25、26，图3.在圆形喷管28中该凹槽24过渡成直径缩小的限流部27.利用耐磨材料例如硬质合金制造喷管28.然后凹槽24继续经由圆柱形内部的、中心定位的孔30进入圆形模管29，该模管靠近喷管28设置并且与之连接.模管29是基本为圆柱形的，并且包括径向外部的凸缘31，该凸缘用于与盖36中的支撑轴承32相配合.模管29的外端设置有与模管刚性连接的旋转装置或者小齿轮50.所述小齿轮用于由未示出的齿轮进行操作.由此该模管可以与小齿轮50一起被旋转有限数目的转数.混合物的主进给方向由F示意.将杆状芯33凹进到模具内.所述芯是矩形的并且含有两个细长的刚性销35.所销35用于沿着进给方向F从所述的芯上突出以在生坯中形成冲洗沟槽.凹槽24在位于模管外端中的开口孔内终止.该装置由此包括刚性部分28以及可旋转部分29.
钻或者端铣刀以如下方法进行制造。将具有特定钴含量的硬质金属粉末以及载体例如聚合物或者塑料进行混合并且成形为粒状或者颗粒状。粘结剂的含量以重量百分比位于1-10的范围内。此处用语“钴”应该被理解为金属粘结剂，其可选的可以用其它金属替换或者包括其它金属，例如镍(Ni)。随后将混合物预加热至适于该混合物的温度并且填充到用于挤出的机器中。然后利用两个进给蜗杆，在特定的压力以及大约180℃(该温度远低于在现有技术中钴的熔化温度所需温度)的特定温度下将混合物压入到凹槽24中，所述限流部27将进一步对混合物或者物质进行压缩。然后高温混合物到达芯33处并且在每一侧通过围绕该芯形成的两个基本为半圆形的开口经过所述的芯。沿着进给方向F从所述的芯向后，该混合物再次熔合为圆柱形本体，但是从此处所述的销35在本体中形成空间，所述的空间在以后将构成冲洗沟槽。所述销选择为足够的长，以便使得混合物冷却从而能够避免发生熔合。销35并不到达旋转部分29。随后混合物到达空间30并且由于混合物与孔壁之间的摩擦而使得混合物旋转。由此，获得圆柱形生坯，其沟槽具有变化的槽距。然后烧结并且磨削切屑槽，使其具有与冲洗沟槽的情况基本相同的变化的槽距。
这样，在生坯挤出时，混合物被送入包括刚性和可旋转部分的装置中.通过首先能够使得生坯成形为具有冲洗孔，并且然后在同一装置中扭转所述生坯，这具有明确的优点.该技术的一个极大优点在于，可在同一装置中，将生坯挤出为具有直的和扭曲的冲洗孔，这便节约了成本.然而该技术另一个优点在于，实现了用于制造扭曲生坯的简便方案.由此，避免了对笨重并且昂贵的设备的需求，否则将需要所述设备以便从外部夹持生坯并且然后将其扭曲.所完成的生坯由此被挤出成形并且获得完全或者局部扭曲的、也可具有变化槽距的冲洗孔.该塑性成形利用包括刚性和可选状部分的工具实现.将混合物供给到所述工具的刚性部分内，在此处，其围绕固定的芯被压缩以便成形为具有冲洗孔的生坯.随后，将混合物进一步供给到所述工具的可旋转部分内，与机器的控制***同步的驱动该可旋转部分.该可旋转部分具有模管，模管将混合物进一步压缩并且混合物与孔30的壁之间的摩擦力迫使该生坯扭曲，由此模管的旋转速度影响冲洗孔的槽距，这意味着可以挤制具有变化槽距的冲洗孔的生坯.该技术的最大优点在于，通过改变模管的旋转速度，能够以非常简单的方式影响冲洗孔的槽距.在该工艺中，通过在受控条件下改变模管的旋转速度可以实现变化的槽距.同样应该以相应的槽距通过对坯体磨削产生切屑槽，使得切屑槽具有变化的槽距.就在特定材料中钻削而言，具有其槽距发生变化的切屑槽的钻可能是更加优选的产品.
在图4A-4D中，示出装置20’的一个可选实施例，该装置用于制造如图3所示的具有外部凹槽的细长生坯。该装置20’与装置20的不同之处首先在于，装置20’包括与销35的端部相齐平的设置的部分42，该部分包括两个可移动部件40、41，它们沿着径向突出进入喷管28与模管29之间的凹槽24中以便在生坯上压制切屑槽。每个可移动部件40、41包括内部的圆化端部。该端部对称成形并且设置在杆上。所述的杆在中间部分中的孔内延伸。在端部附近，在所述杆上设置有肩台。该肩台用于配合所述孔中的凸缘，以便能够正确的突出并进入中间部分的空间内。在挤出当前的生坯时，挤出物质被供给到该装置中并且在此情形通过对冲洗孔成形的第一芯33、35。随后，挤出物质被压缩，以便在所述芯处相分离之后再次被均质化。此时挤出物质经过在该装置中发生切屑槽塑性成形的部分。两个圆柱形芯或者可移动部件40、41在该装置中以适当的间隔例如180°进行装配，每个所述部件均具有一个根据所期望的切屑槽轮廓加以成形的端部。所述的一个端部优选进行圆化。所述圆柱形芯的底端以完全的切屑槽深度进入该装置内，并且连接到适当的控制和自动操作设备，该设备未示出，位于所述装置外部。当达到所需的切屑槽长度之后，将所述的芯拉回，并且挤出物质恢复其用以对钻柄成形所需的圆度。在形成切屑槽之后，将挤出物质进一步压入装置的可旋转部分中，该部分利用摩擦力使得挤出物质扭曲并且由此将切屑槽扭曲。旋转速度可确定切屑槽所获得的槽距。还可能在同一坯体中同时结合有直的和扭曲的切屑槽，这将产生更佳的产品。
在图5A-5D中，示出装置20”的一个可选实施例，该装置用于制造如图3所示的具有外部凹槽的细长生坯。该装置20”与装置20’的不同之处首先在于部分42’的两个可移动部件或者夹爪40’、41’。每个夹爪40’、41’包括设置有切削刃的内端。切削刃的轮廓与切屑槽的所期望轮廓相同。每个夹爪具有其自身的切屑空间，该切屑空间从切削刀片的中心延伸，通过夹爪并且从装置离开。切削刃的轮廓以及夹爪的运动使得在挤出物质中的切屑槽轮廓与切削深度同步的改变。如果需要，还可形成使得切屑槽轮廓并不随切削深度变化的切削刀片。这意味着，可以挤制具有变化的切屑槽深度和轮廓的生坯，这将形成改进的产品。进而，能够获得切屑空间的最佳端部，而利用装置20’，并非总是如此。此时，挤出物质使得生坯具有直的切屑槽和冲洗孔。在该装置的最后阶段，挤出物质被精确的校准并且进一步被压入可旋转模管29中，该模管将切屑槽和冲洗孔扭曲至所需的槽距。
在图6A-6D中，示出装置20’”的一个可选实施例，该装置用于制造如图3所示的具有外部凹槽的细长生坯.该装置20’”与装置20’的不同之处首先在于部分42”的两个可移动部件或者切削刀片40”、41”.每个切削刀片40”、41”包括设置有切需刃的内端.将两个切削刀片或者更多个以适当的间隔装配在使得它们能够进行枢轴转动的轴上.所述轴的终端位于工具的上侧并且连接到适当的控制和自动操作设备.切削刀片的鼻部以相对于凹槽的中心线CL1成45°的角度具有所期望的切屑槽轮廓，并且当挤出物质经过切削刀片时，其材料被加工并且形成切屑槽.通过工具的切屑槽所加工的材料离开该装置.每个切削刀片的下侧具有与生坯相同的半径，从而使得当切削刀片回转时该装置形成紧密密封，如同切削刀片并不存在.切削刀片如此定位时，切屑槽成形加工停止并且挤出物质恢复用以成形钻柄所需的圆度.使得挤出物质在接近产生生坯的高温状态中进行加工，并且当形成切屑槽时将材料进行加工而不是进行变形，二者相结合，将产生更好的产品.
当生坯从夹爪离开时，由于周边温度，其快速冷却，并且生坯继续伸出，直至切屑槽部分足够长。生坯的长度由挤出所继续的时间确定。然后固化的生坯可以被切割或者仅仅例如通过手工折断，使其具有适当的长度，该长度在其直径的5-10倍的范围内。
然后将生坯在单独的加热炉中进行加热，从而所述的载体被蒸发掉，并且从而粘结剂金属熔化并且粘结碳化物，从而形成坯体。然后对该坯体进一步加工，例如对刃部分、柄部分以及余隙面进行磨削。
利用本方法以及装置，可以生产一种工具，其中关于冲洗沟槽以及切屑槽均可以实现变化的槽距。
因此本发明涉及一种可旋转刀具及坯体，其冲洗沟槽具有变化的槽距，从而能够使得该刀具具有良好的耐用性。
本发明要求瑞典专利申请Nos.0301828-0以及0301617-7的优先权，所述专利申请合并在此以作参考。
本发明决不局限于上述实施例，而是可以在所附权利要求的范围内自由改变。因此本发明还可适用于实心端铣刀。刀具可以涂覆有例如Al2O3、TiN和/或TiCN等涂层。
Claims (8)
1.一种可旋转刀具，该刀具由硬质合金制成并且包括用于安装到可旋转轴中的柄，切屑槽，在刀具的切削端处该切屑槽与余隙面之间的交线形成的切削刃，和冲洗沟槽，该冲洗沟槽贯穿整个刀具延伸以便将冲洗介质输送到刀具的切削端，其特征在于，该冲洗沟槽和该切屑槽每个具有变化的槽距，且该冲洗沟槽与该切屑槽的槽距是相同的。
2.根据权利要求1的刀具，其特征在于，该冲洗沟槽和该切屑槽每个的轴角都沿着远离刀具切削端的方向减小。
3.根据权利要求2的刀具，其特征在于，该冲洗沟槽和该切屑槽的轴角都沿着远离刀具切削端的方向连续减小。
4.根据权利要求2的刀具，其特征在于，该冲洗沟槽和该切屑槽的轴角都沿着远离刀具切削端的方向逐步减小。
5.根据权利要求1的刀具，其特征在于，这样设置该冲洗沟槽的槽距，使得关于刀具的中心线(CL)在切削端处形成的轴角大于沿着刀具的轴向在该冲洗沟槽中部处形成的轴角。
6.根据权利要求5的刀具，其特征在于，从切削端到切屑槽的轴向后端(17)，该冲洗沟槽的轴角的变化在5°和20°之间。
7.根据权利要求6的刀具，其特征在于，该冲洗沟槽在刀具的切削端处的轴角位于20°-45°的范围内，并且该冲洗沟槽在刀具轴向后部处的轴角在5°和25°之间。
8.根据权利要求1的刀具，其特征在于，刀具为螺旋钻和端铣刀中的一种。
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