專(zhuān)利名稱(chēng)：用于金屬加工的切削工具以及生產(chǎn)切削刀具的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于金屬加工的切削刀具以及生產(chǎn)切削刀具的方法，例如具有一個(gè)或多個(gè)用于可轉(zhuǎn)位刀片的刀片座的刀架體。作為此類(lèi)刀具的例子，可以是具有多個(gè)硬質(zhì)合金、金屬陶瓷或陶瓷做的切削刀片的鉆頭。
背景技術(shù)：
用于例如在金屬材料中進(jìn)行去屑加工的切削刀具有很多不同的種類(lèi)，包括用于鉆、磨削和車(chē)削的刀具。這些刀具的共同點(diǎn)是它們通常包括刀架體以及容納在刀架體內(nèi)的刀片座中的一個(gè)或多個(gè)切削刀片。通常，刀架體由硬化鋼制成并隨后在冷加工中變黑，獲得了黑色表面，切削刀片由硬質(zhì)合金、金屬陶瓷或陶瓷制成。
作用在用于金屬材料切削加工的刀具上的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)載荷變得越來(lái)越高。從更有效的切削刀片產(chǎn)生出增大的載荷，且刀架體在其幾何設(shè)計(jì)上變得更加優(yōu)化。刀架體特別受到載荷的區(qū)域?yàn)榈镀屑暗镀浇膮^(qū)域。這自然是由于在加工過(guò)程中由安裝在刀片座中的切削刀片帶來(lái)了載荷的原因。因此，存在增大此類(lèi)刀架體、且特別是刀片座中和刀片座附近的疲勞強(qiáng)度的需求。
增加材料疲勞強(qiáng)度的一種方法是在表面區(qū)內(nèi)引入壓縮應(yīng)力。例如，通過(guò)材料的表面硬化，在材料的表面區(qū)內(nèi)引入壓縮應(yīng)力，例如通過(guò)氮化，其中氮主要在510-550℃的溫度下，以氣態(tài)供給到通常為鋼做的刀架體的表面。另一種方法是對(duì)材料進(jìn)行氮滲碳，其中碳和氮通常在約570℃的溫度下，以氣態(tài)供給到該表面。還有一種方法是對(duì)材料進(jìn)行離子硝化，其中氮主要在真空條件下、在約450-650℃的溫度下以離子氣態(tài)供給到該表面。
通過(guò)在表面區(qū)內(nèi)引入壓縮應(yīng)力來(lái)增加材料的疲勞強(qiáng)度的另一種方法是噴丸硬化。該方法的想法為在精確控制的條件下，利用諸如鋼、玻璃或陶瓷的小顆粒來(lái)轟擊該表面。
US 2005/0002744中公開(kāi)了一種用于金屬加工的切削刀具以及生產(chǎn)切削刀具的方法，其特征在于，該刀具的刀架體首先受到表面硬化，該表面硬化造成表面上壓縮應(yīng)力的形成，然后進(jìn)行表面處理，該表面處理為表面上提供了附加的壓縮應(yīng)力。這樣，一方面能夠改變/加工或移除表面硬化中得到的整個(gè)相位過(guò)渡層或其中的一些部分，同時(shí)在該表面上形成附加的壓縮應(yīng)力。但是，已證明該方法在特別高的載荷的情況下，例如在材料超過(guò)拉伸(tension)下60％的屈服點(diǎn)的情況下，無(wú)法帶來(lái)刀架體的令人滿(mǎn)意的疲勞強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種在高載荷下具有提高的疲勞強(qiáng)度的刀架體。
本發(fā)明的另一目的是提供一種降低裂紋形成的風(fēng)險(xiǎn)的刀架體。
本發(fā)明的另一目的是提供一種易于制造且成本低的刀架體。
本發(fā)明的另一目的是提供一種在高載荷下具有長(zhǎng)的使用壽命的刀架體。
通過(guò)具有所附的獨(dú)立權(quán)利要求限定的特征的方法和切削刀具可至少實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的主要目的。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式由從屬權(quán)利要求限定。


以下，參考附圖對(duì)隨后的作為示例的本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行具體說(shuō)明，其中圖1-2示出了根據(jù)本發(fā)明的典型刀具體的鉆頭柄的兩個(gè)側(cè)視圖，更精確的，呈用于所謂的短孔鉆頭的刀架體的形式。
圖3示出了從設(shè)置有切削刀片的鉆頭的前部?jī)A斜地看到的視圖。
在圖中使用了以下的附圖標(biāo)記11鉆頭柄；12、13刀片座；14、15切屑通道；16切向支撐面；17軸向支撐面；18徑向支撐面；19附加空間；20相對(duì)表面；21截面過(guò)渡部分。
具體實(shí)施例方式
圖1-3示出了圓柱形鉆頭柄11，在其前部設(shè)置有位于鉆頭的中心線CL兩側(cè)的兩個(gè)刀片座12和13。形成為用于切屑傳遞的軸向凹槽或通道由14和15表示。在兩個(gè)刀片座12、13的中心處設(shè)置有用來(lái)容納鎖緊螺釘(未示出)的孔，該鎖緊螺釘用于將切削刀片鎖緊到刀片座中。每個(gè)刀片座包括切向支撐面16，軸向支撐面17以及徑向支撐面18。這些支撐面設(shè)置有附加空間19，用來(lái)容納切削刀片的邊角部，從而避免其損壞。切向支撐面16基本上平行于穿過(guò)中心線CL的徑向平面。每個(gè)軸向支撐面17為凹凸不平的，從而形成大致為V形的輪廓，其頂部導(dǎo)向?yàn)槌@頭柄的固定部分軸向向后。位于中心座12內(nèi)且相對(duì)徑向支撐面18的表面20沒(méi)有支撐切削刀片的功能，其目的只是防止切屑楔入鉆頭柄與中心切削刀片之間。徑向支撐面18和切向支撐面16之間的截面過(guò)渡部分由21表示。在該截面過(guò)渡部分21處，在完全與工件接合時(shí)，刀片座內(nèi)的最大應(yīng)力集中增加。因此，可以期望能提高疲勞強(qiáng)度并且盡可能地降低裂紋形成和擴(kuò)展的風(fēng)險(xiǎn)。
根據(jù)本發(fā)明，由工具鋼制成的刀具刀架被深度硬化，即，使得鋼的基本結(jié)構(gòu)以馬氏體為主，該結(jié)構(gòu)基本上在整個(gè)刀架的截面上具有至少40HRC的硬度。這應(yīng)用在用于鉆頭的刀架體上。用于磨削或車(chē)削操作的刀架體可具有在其表面上測(cè)得的至少36HRC的硬度。例如，這可通過(guò)加熱刀具并進(jìn)行現(xiàn)有技術(shù)中已知的淬火來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)刀架的材料，淬火可受到諸如空氣、油或水的介質(zhì)的影響。高硬度意味著由于增加的位錯(cuò)密度和堆積，與較軟材料的冷加工相比，隨后的冷加工效果提高，從而產(chǎn)生更高的殘余應(yīng)力。
隨后，通過(guò)為了在刀架體的表面區(qū)引入壓縮應(yīng)力而進(jìn)行的冷加工，進(jìn)行表面處理，造成表面的應(yīng)變(strain)硬化。這里的表面區(qū)是指表面以下10-160μm。這可通過(guò)例如噴丸硬化來(lái)實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，該噴丸硬化至少在刀片座內(nèi)和刀片座附近進(jìn)行。為了獲得高的殘余應(yīng)力值，要求使用正確的強(qiáng)度對(duì)刀架體進(jìn)行噴丸硬化。該強(qiáng)度通過(guò)選擇噴丸硬化介質(zhì)的硬度、密度和尺寸以及選擇噴丸硬化過(guò)程的壓力、流量、入射角、旋轉(zhuǎn)和時(shí)間來(lái)確定。已發(fā)現(xiàn)以下條件是適合的壓力1-7bar流量0.3-1.0kg/min入射角90°deg刀具旋轉(zhuǎn)25-50rev/m時(shí)間15-90s介質(zhì)硬度45-55HRC密度7-8g/cm3尺寸直徑0.25-0.50mm在正確的強(qiáng)度下，合適的是，其至少為7A，優(yōu)選地至少為15A，最優(yōu)選地至少為18A，其中A指的是基本上如US 2350440中所公開(kāi)的確定的Almen值，在鋼內(nèi)形成壓縮應(yīng)力且疲勞強(qiáng)度增加。通過(guò)良好平衡的噴丸硬化，表面以?xún)煞N附加的方式受到影響。首先，從疲勞強(qiáng)度的角度看，表面結(jié)構(gòu)變得有利，這是由于去除了加工劃痕并獲得了隨機(jī)細(xì)凹坑(fine-pitted)結(jié)構(gòu)。這意味著裂紋更加難以在某些方向上擴(kuò)散。其次，表面獲得了良好的拋光。
或者，造成應(yīng)變硬化的表面處理可通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)中已知的其它冷加工操作來(lái)完成，例如壓痕(indentation)或輥拋光，從而實(shí)現(xiàn)刀架體表面一定的塑性變形，造成在刀架體的表面區(qū)中引入壓縮應(yīng)力。優(yōu)選地，以這樣的方式進(jìn)行冷加工操作，使得還可實(shí)現(xiàn)從疲勞強(qiáng)度角度合適的表面結(jié)構(gòu)。
不管已選擇哪種類(lèi)型表面處理，優(yōu)選的是，表面處理在露出最多的區(qū)域進(jìn)行，例如在刀片座內(nèi)或刀片座附近。通常至少一部分刀架體受到造成深度硬化的硬化處理，而后對(duì)該部分刀架體的一部分進(jìn)行表面處理，從而將壓縮應(yīng)力引入到刀架體的表面區(qū)?；蛘撸不幚砗捅砻嫣幚韮烧咴谡麄€(gè)刀架體上進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明，在超過(guò)拉伸下60％的屈服點(diǎn)的載荷下，例如氮滲碳處理過(guò)的刀架體遇到形成裂紋問(wèn)題的情況下，與現(xiàn)有技術(shù)的刀架體相比，可得到具有顯著提高的疲勞強(qiáng)度的刀架體。一方面在刀片座內(nèi)和刀片座附近，另一方面在沿軸向位于刀架體的刀片座后面的部分，可基本上減小高載荷下的裂紋形成和裂紋擴(kuò)展的風(fēng)險(xiǎn)。
本發(fā)明的可行的修改在上述實(shí)施例中，刀架體為可旋轉(zhuǎn)鉆頭的形式。但是，本發(fā)明的概念是通用的，其能用在其它用于去屑加工的種類(lèi)中，例如車(chē)削刀具和磨削刀具。
例1將工具鋼SS2242制備成根據(jù)本發(fā)明的可轉(zhuǎn)位短孔鉆頭的最終形狀和尺寸。通過(guò)加熱到960℃而后在空氣中淬火來(lái)對(duì)鉆頭進(jìn)行深度硬化，使刀具具有1520N/mm2的拉伸下的屈服點(diǎn)并且具有50HRC的硬度。隨后，在以下條件下對(duì)刀具的整個(gè)刀架體進(jìn)行噴丸硬化入射角相對(duì)鉆頭的縱向軸線成90度噴嘴和刀具刀架體之間的距離100mm
刀架體的旋轉(zhuǎn)速度30rev/min時(shí)間60s介質(zhì)52HRC的圓鋼球，0.20mm將壓力和流量調(diào)節(jié)為達(dá)到18A的Almen值例2重復(fù)例1，且除了硬化還進(jìn)行如US 2005/0002744中所公開(kāi)的氮滲碳處理。
例3將具有硬質(zhì)合金做的切削刀片的例1和例2中的刀具刀架體在短孔鉆削操作60mm深時(shí)進(jìn)行檢測(cè)。在材料SS2541300HB中鉆孔，切削數(shù)據(jù)為200m/min的速度和0.20mm/rev的進(jìn)刀量。這些切削數(shù)據(jù)產(chǎn)生材料屈服拉伸85％的力。作為進(jìn)一步的參考，對(duì)可商用的同樣類(lèi)型的深度硬化和冷加工變黑的鉆頭進(jìn)行測(cè)試。刀具壽命以刀具刀架體的破損為標(biāo)準(zhǔn)。
結(jié)果參照 300m例2 50m例1 ＞1000m
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)用于金屬加工的切削刀具的方法，該切削刀具包括具有一個(gè)或多個(gè)刀片座的刀架體，該刀片座用來(lái)容納由諸如硬質(zhì)合金、金屬陶瓷或陶瓷的硬質(zhì)材料做的切削刀片，該刀具的刀架體由鋼制成，其特征在于，該方法由以下步驟組成對(duì)所述刀架體的至少一部分進(jìn)行深度硬化，而后對(duì)刀架體的該部分中的至少一部分進(jìn)行表面處理，從而在該刀架體的表面區(qū)內(nèi)引入壓縮應(yīng)力。
2.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，對(duì)整個(gè)刀架體進(jìn)行深度硬化。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，在所述刀片座內(nèi)和刀片座附近進(jìn)行表面處理。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，對(duì)整個(gè)刀架體進(jìn)行表面處理。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，通過(guò)噴丸硬化進(jìn)行表面處理。
6.一種用于金屬加工的切削刀具，包括具有一個(gè)或多個(gè)刀片座(12，13)的刀架體(11)，該刀片座用來(lái)容納由諸如硬質(zhì)合金、金屬陶瓷或陶瓷的硬質(zhì)材料做的切削刀片，該刀架體(11)由鋼制成，其特征在于，該刀架體的至少一部分被深度硬化，且該刀架體的一部分中的至少一部分具有應(yīng)變硬化表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的切削刀具，其特征在于，所述刀架體為具有至少40HRC硬度的鉆頭的一部分，優(yōu)選地在該鉆頭的整個(gè)截面上均具有至少40HRC的硬度。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的切削刀具，其特征在于，所述刀架體為用于磨削或車(chē)削操作的刀具的一部分，且在該刀具的表面可檢測(cè)到，該刀具具有至少36HRC的硬度。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一項(xiàng)的切削刀具，其特征在于，所述表面具有隨機(jī)的細(xì)凹坑結(jié)構(gòu)，優(yōu)選地是噴丸硬化的結(jié)果。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的切削刀具，其特征在于，所述表面在整個(gè)刀架體上具有隨機(jī)的細(xì)凹坑結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的切削刀具，其特征在于，所述隨機(jī)的細(xì)凹坑結(jié)構(gòu)位于所述刀片座內(nèi)或刀片座附近。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于金屬加工的切削刀具以及生產(chǎn)該切削刀具的方法，該方法可使刀架體在超過(guò)拉伸下60％的屈服點(diǎn)的載荷下具有提高的疲勞強(qiáng)度。該方法及刀具的特征在于，該刀具的刀架體受到硬化處理，造成深度硬化，而后該刀架體受到表面處理，造成表面的應(yīng)變硬化，從而在該刀架體的表面區(qū)內(nèi)引入壓縮應(yīng)力。
文檔編號(hào)B23B27/00GK101056996SQ200580038506
公開(kāi)日2007年10月17日 申請(qǐng)日期2005年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月10日
發(fā)明者克拉斯·蒂賓戈, 羅格·隆格倫, 丹·霍格隆德 申請(qǐng)人:山特維克知識(shí)產(chǎn)權(quán)股份有限公司