專利名稱：刀片、特別是轉(zhuǎn)位式刀片的精密熱壓和燒結(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過燒結(jié)毛坯生產(chǎn)的即可使用的陶瓷刀片，帶有上面和底面，連接上面和底面的側(cè)面以及具有用于切削加工工件的刃帶的切削刃，所述上面和底面各自具有用于裝入刀具刀夾內(nèi)的安裝面。
背景技術(shù)：
迄今為止，陶瓷刀片的窄公差(例如在d= 12. 7mm的內(nèi)切圓直徑±25 iim和厚度s = ±130 的G公差中)只能通過燒結(jié)之后，也就是在材料已經(jīng)構(gòu)成其所有突出特性的狀態(tài)下，利用金剛石刀具的再磨削進(jìn)行調(diào)整。除了轉(zhuǎn)位式刀片的角度、半徑和切削刃制作夕卜，重要的還有轉(zhuǎn)位式刀片可靠保持在刀座上。這一點(diǎn)對(duì)轉(zhuǎn)位式刀片安裝面的平整度提出相應(yīng)的要求。迄今為止，這種要求只能通過利用金剛石刀具的平面磨削才能達(dá)到。這種再加工總是與造成材料損壞的高磨削力和磨削壓力相關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，對(duì)按權(quán)利要求I前序部分所述即可使用的的刀片這樣進(jìn)行改進(jìn)，使其至少部分避免燒結(jié)之后的再加工。此外，打算提供用于制造依據(jù)本發(fā)明的刀片的方法。此外，還打算提供優(yōu)選的應(yīng)用。下面依照權(quán)利要求對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。通過上面和底面的安裝面和/或刃帶至少具有部分表面，這些部分表面由燒結(jié)時(shí)產(chǎn)生的燒結(jié)殼(Sinterhaut)組成和不曾因材料磨蝕處理而損壞，至少部分避免燒結(jié)之后的再加工。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，整個(gè)上面和底面由燒結(jié)時(shí)產(chǎn)生的燒結(jié)殼組成。因?yàn)闊Y(jié)殼的硬度經(jīng)常高于母材，所以由此提高切削材料耐磨強(qiáng)度。由燒結(jié)時(shí)產(chǎn)生的燒結(jié)殼組成的刀片面越多，硬度越高。因此優(yōu)選所有刃帶由燒結(jié)時(shí)產(chǎn)生的燒結(jié)殼組成。在一種本發(fā)明的實(shí)施方案中，因此單個(gè)側(cè)面或優(yōu)選所有側(cè)面均由燒結(jié)時(shí)產(chǎn)生的燒結(jié)殼組成。因此，依據(jù)本發(fā)明的刀片優(yōu)選滿足按照IS01382的M公差的尺寸精確性和/或滿足按照IS01382的G公差的尺寸精確性。為改進(jìn)在基體(Mgerwerkzeug)上的固定，刀片的上面和/或底面具有凹槽或貫通連接上面和底面的鉆孔。上面和/或底面和/或側(cè)面和/或刃帶也可以具有單層或多層的涂層。優(yōu)選刀片由下述陶瓷切削材料中的一種或多種組成>有和沒有硬質(zhì)材料增強(qiáng)的a -/ P -SiAlONe>有和沒有硬質(zhì)材料增強(qiáng)的P_Si3N4>混合陶瓷(A1203_Ti (C，N))
>ZTA(A1203-Zr02)。刀片優(yōu)選是轉(zhuǎn)位式刀片。用于制造通過燒結(jié)毛坯制造的陶瓷刀片的依據(jù)本發(fā)明的方法，所述陶瓷刀片帶有上面和底面，連接上面和底面的側(cè)面以及具有用于切削加工工件的刃帶的切削刃，所述上面和底面各自具有用于裝入刀具刀夾內(nèi)的安裝面，所述方法優(yōu)選地特征在于，刀片的毛坯通過精密熱壓產(chǎn)生所需的形狀，隨后將毛坯燒結(jié)，和在燒結(jié)之后上面和/或底面安裝面和/或刃帶的至少部分表面不經(jīng)歷材料磨蝕處理。優(yōu)選整個(gè)上面和底面和/或所以刃帶和/或所有側(cè)面不經(jīng)歷材料磨蝕處理。在一種本發(fā)明的實(shí)施方案中，通過毛坯的精密熱壓在上面 和/或底面內(nèi)壓有凹槽或連接上面和底面的貫通鉆孔。優(yōu)選為制造毛坯使用下述陶瓷切削材料中的一種或多種>有和沒有硬質(zhì)材料增強(qiáng)的a -/ P -SiAlONe>有和沒有硬質(zhì)材料增強(qiáng)的P_Si3N4>混合陶瓷(A1203_Ti (C，N))> ZTA (A1203-Zr02)。一種優(yōu)選的方法步驟的特征在于，將陶瓷切削材料混合成可壓制的物料，其具有高流動(dòng)性并由此特別是具有恒定的充模能力，其中，表征流動(dòng)性的物料的布料角小于或等于35°，優(yōu)選小于或等于30°，特別優(yōu)選小于或等于25°。有利的是，燒結(jié)之前去除毛坯的沖壓毛刺而不損壞毛坯的棱邊。優(yōu)選考慮不同物料批次的不同壓制和收縮行為，其中，通過壓制和燒結(jié)實(shí)驗(yàn)測(cè)定每個(gè)批次的生坯密度-收縮-特性曲線并從中確定必要的成品生坯密度，和在壓制設(shè)定時(shí)將該成品生坯密度設(shè)定為毛坯生坯密度的額定值。有利的是，燒結(jié)時(shí)爐內(nèi)氣氛與燒結(jié)毛坯的坩堝內(nèi)部之間的氣體交換最小化并僅使用惰性的，也就是與毛坯在燒結(jié)時(shí)沒有任何相互作用的坩堝材料。優(yōu)選依據(jù)本發(fā)明的刀片用于切削金屬、塑料、木材或復(fù)合材料。 依據(jù)本發(fā)明，在由高性能陶瓷材料通過精密熱壓和直接燒結(jié)制造轉(zhuǎn)位式刀片時(shí)，在遵守按照IS01832的M和G公差的情況下達(dá)到尺寸。依據(jù)本發(fā)明的工作活動(dòng)因此在于，使刀片的毛坯在燒結(jié)之前通過精密的壓制(在這里也稱為精密熱壓)產(chǎn)生這種形狀，使其可以在燒結(jié)之后無需或僅需少量再磨削完成燒結(jié)刀片的上面和底面和/或側(cè)面。本發(fā)明包括用于制造刀片的方法，其中刀片的毛坯通過精密熱壓產(chǎn)生所需的形狀和隨后燒結(jié)毛坯并由此產(chǎn)生刀片。依據(jù)本發(fā)明，燒結(jié)之后無需，無論如何僅需很少的磨削。毛坯內(nèi)同時(shí)優(yōu)選壓入凹處，其可以使刀片夾緊在刀架的夾具上。本發(fā)明此外描述了在刀片的上面和/或底面和/或側(cè)面和/或刃帶上具有燒結(jié)殼的刀片。優(yōu)選這些面是刀片的整個(gè)上面和底面或這些面覆蓋刀片的整個(gè)上面和底面。本發(fā)明還描述了陶瓷刀片或轉(zhuǎn)位式刀片，其滿足按照SI01382G公差的尺寸精確性及其表面由燒結(jié)時(shí)產(chǎn)生的燒結(jié)殼組成并因此不曾因材料磨蝕處理而損壞。本發(fā)明在應(yīng)用方面進(jìn)行以下改進(jìn) 避免陶瓷受到磨削損壞，也就是說，減少產(chǎn)品使用時(shí)容易出現(xiàn)的歪斜和崩落。 “燒結(jié)殼”保留。因?yàn)闊Y(jié)殼通常硬度高于母材，所以切削材料的耐磨強(qiáng)度再次得到提高，這一點(diǎn)實(shí)踐中在切削時(shí)通過更低的表面磨損和缺口磨損表現(xiàn)出來。 通過轉(zhuǎn)位式刀片上更小的總體磨損，根據(jù)由此產(chǎn)生的更小的切削力，還可以降低部件上的飛濺。減小切削力也使機(jī)床耗用功率有所降低。由此加大進(jìn)行切削力極限值檢測(cè)的間隔并提高切削角的耐用度。 有利的是，在使用依據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)位式刀片(WSP)時(shí)也降低了噪聲形成?？梢栽O(shè)想各種各樣的實(shí)施方案 周邊成品壓制刀片的外部輪廓高度精密壓制和燒結(jié)；WSP的高度(也稱為零件高度)此外經(jīng)磨削和棱邊倒坡口。 高度成品壓制側(cè)面例如通過磨削產(chǎn)生正確的尺寸，由此按照簡(jiǎn)單方式達(dá)到G公差的尺寸精確性。上面和/底面保留不磨削，從而在這里保留燒結(jié)殼。刃帶同樣可以僅通過壓制制造或通過磨削制造。 成品壓制外部輪廓和零件高度僅通過壓制和燒結(jié)尺寸精確地進(jìn)行調(diào)整；切削刃倒坡口(圖I)。 最常用的實(shí)施方案刃帶也通過壓制和燒結(jié)尺寸精確地進(jìn)行調(diào)整。 用于對(duì)照的現(xiàn)有技術(shù)以0. I毫米到數(shù)個(gè)0. I毫米磨削余量對(duì)毛坯進(jìn)行壓制和燒結(jié)；平面磨削、圓周磨削和倒坡口在3個(gè)單獨(dú)的過程中在3臺(tái)不同的機(jī)床上以不同的要求進(jìn)行。在此方面存在大量損壞材料的可能性。
本發(fā)明涉及所有高性能陶瓷切削材料，特別是 有和沒有硬質(zhì)材料增強(qiáng)的經(jīng)涂覆和未經(jīng)涂覆的a _/ P -SiAlONe0特別是在這里保留材料內(nèi)存在的a梯度和與此相關(guān)靠近表面的硬度梯度。 有和沒有硬質(zhì)材料增強(qiáng)的經(jīng)涂覆和未經(jīng)涂覆的P_Si3N4。 經(jīng)涂覆和未經(jīng)涂覆的混合陶瓷(A1203_Ti (C，N))。 經(jīng)涂覆和未經(jīng)涂覆的ZTA(A1203-Zr02)。本發(fā)明以下列創(chuàng)造性的成果為基礎(chǔ)或有利地單獨(dú)或組合關(guān)注制造方面的下列特征 壓制毛坯時(shí)，有利地在沖模與凹模之間調(diào)整非常精確和精密位于中心的間隙。這一點(diǎn)特別是可以通過快速夾緊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。 壓制過程優(yōu)選極其精確并可以高度的可再生性進(jìn)行調(diào)整。 可壓制的物料，具有優(yōu)選非常高的流動(dòng)性并由此恒定的充模能力。流動(dòng)性由所謂的布料角表征。為進(jìn)行測(cè)量，將確定量的壓制顆粒均勻倒入一個(gè)透明容器內(nèi)。然后將底板打開一塊，從而排出一部分粉末。根據(jù)顆粒的流動(dòng)性，留在容器內(nèi)的粉末形成一個(gè)或多或少的陡峭棱邊，其角度作為布料角進(jìn)行測(cè)量。布料角對(duì)于良好的流動(dòng)性來說應(yīng)小于或等于35°，優(yōu)選小于或等于30°，特別優(yōu)選小于或等于25°。 所有毛坯的生坯密度內(nèi)均需要高度的恒定性。這一點(diǎn)通過具有非常好流動(dòng)性和非常精確壓制的物料達(dá)到。利用壓制后自動(dòng)的質(zhì)量和高度測(cè)量，可以計(jì)算每個(gè)壓制件的生坯密度。毛坯與毛坯之間生坯密度的偏差應(yīng)小于或等于平均值的0. 5%，優(yōu)選小于或等于0. 3% (例如參見圖I :成品生坯密度1.956g/cm3，生坯密度處于I. 951-1. 963g/cm3，最大
0.3%的偏差情況下應(yīng)為1. 951-1. 962g/cm3)。 去除毛坯的沖壓毛刺，而不損壞毛坯的棱邊。由于沖模與凹模之間的間隙，毛坯上留有很細(xì)的毛刺。這種毛刺必須在燒結(jié)之前清除，使得其不會(huì)燒結(jié)和以后導(dǎo)致棱邊飛濺。 考慮不同物料批次的不同壓制和收縮行為。在這種情況下，通過壓制和燒結(jié)實(shí)驗(yàn)測(cè)定每個(gè)批次的生坯密度-收縮-特性曲線并從中確定必要的成品生坯密度。在壓制設(shè)定時(shí)將這種成品生坯密度設(shè)定為毛坯生坯密度的額定值。 避免燒結(jié)扭曲、密度梯度、收縮梯度和顏色梯度的專用爐子結(jié)構(gòu)。特別是爐內(nèi)氣氛與坩堝內(nèi)部之間的氣體交換最小化。此外，只得使用惰性的，也就是在燒結(jié)時(shí)與毛坯沒有任何相互作用的坩堝材料。這些措施為達(dá)到燒結(jié)期間毛坯的均勻收縮是必要的。如果相反毛坯與爐內(nèi)氣氛或坩堝材料產(chǎn)生相互作用，那么毛坯的收縮局部受到影響，從而燒結(jié)時(shí)出現(xiàn)扭曲和尺寸精確性不再能夠得到保證。如果出現(xiàn)燒結(jié)扭曲，那么一般首先涉及處于邊緣部分的角和棱邊。例如在氮化硅或SiAlON材料的情況下，氣體氣氛內(nèi)由例如坩堝或爐內(nèi)絕熱體的新石墨材料引起的高濃度的碳導(dǎo)致表面上對(duì)于致密化絕對(duì)必要的燒結(jié)添加劑還原。由此部件邊緣上的收縮小于部件中心,從而所燒結(jié)的部件內(nèi)出現(xiàn)扭曲。
為更好夾緊刀片，優(yōu)選刀片內(nèi)加工出凹槽，正如WO 03/013770A1中所描述的那樣。凹槽在中心具有球形或圓形凸起部。凸起部的頂端處于凹槽底部的上方和刀片上面的下方。為夾緊在刀具上，夾鉗利用配合成型的凸緣形鎖合嵌入刀片的凹槽內(nèi)。該凹槽用于形鎖合夾緊在載體上。這種具有特殊凹槽的刀片特別適用于刀片通過作用的切削力會(huì)從其底座中拉出的拉拔薄片。這種凹槽的進(jìn)一步說明參見上述文獻(xiàn)。為產(chǎn)生恒定的安裝條件，在另一種依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案中凹槽如EP 1536903B1中所描述的那樣構(gòu)成。在這種情況下，用于夾緊的第一夾緊凹槽引入到刀具內(nèi)，并與第一夾緊凹槽同軸設(shè)置第二夾緊凹槽，其中，第一夾緊凹槽比第二夾緊凹槽更深和二者低于刀片上面設(shè)置。在將該刀片夾緊在刀具內(nèi)時(shí)，刀具的夾鉗處于第二夾緊凹槽上并例如利用凸緣嵌入第一夾緊凹槽內(nèi)。夾鉗的安裝面與凹槽的距離因此始終不變。依據(jù)本發(fā)明的刀片也可以配備有單層或多層涂層。


圖I示出毛坯之間生坯密度的小偏差。這種偏差小于或等于平均值的0. 5%，優(yōu)選小于或等于0. 3%。成品生還密度為I. 956g/cm3,生還密度處于I. 951-1. 963g/cm3,最大0. 3%的偏差情況下應(yīng)為1. 951-1. 962g/cm3。
具體實(shí)施例方式利用本發(fā)明在相同的使用條件下減少缺口磨損，即操作制動(dòng)軌粗加工(Bremsbahnschruppen)切削速度Vc= 1000m/min切削深度f = 0. 55mm/U進(jìn)給ap = 3-4mm材料GJL合金使用壽命100件使用壽命標(biāo)準(zhǔn)尺寸精確性實(shí)驗(yàn)中，達(dá)到使用壽命標(biāo)準(zhǔn)后，檢查具有用于夾緊在切削加工用刀具支架內(nèi)的凹槽的兩個(gè)轉(zhuǎn)位式刀片(WSP)。將現(xiàn)有技術(shù)的經(jīng)涂覆PcBN轉(zhuǎn)位式刀片與依據(jù)本發(fā)明的未經(jīng)涂覆的a-/P-SiAlON WSP進(jìn)行比較。依據(jù)本發(fā)明未經(jīng)涂覆的a-/P-SiAlON轉(zhuǎn)位式刀片在達(dá)到使用壽命標(biāo)準(zhǔn)后，表現(xiàn) 出比根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的PcBN-WSP明顯更低的磨損。
權(quán)利要求
1.通過燒結(jié)毛坯制備的即可使用的陶瓷刀片，該陶瓷刀片帶有上面和底面，連接所述上面和底面的側(cè)面以及具有用于切削加工工件的刃帶的切削刃，其中所述上面和底面各自具有用于裝入刀具刀夾內(nèi)的安裝面，其特征在于，所述上面和底面的安裝面和/或所述刃帶至少具有部分表面，這些部分表面由燒結(jié)時(shí)產(chǎn)生的燒結(jié)殼組成且不曾因材料磨蝕處理而損壞。
2.按權(quán)利要求I所述的刀片，其特征在于，整個(gè)上面和底面由燒結(jié)時(shí)產(chǎn)生的燒結(jié)殼組成。
3.按權(quán)利要求I或2所述的刀片，其特征在于，所有刃帶由燒結(jié)時(shí)產(chǎn)生的燒結(jié)殼組成。
4.按權(quán)利要求1-3之一所述的刀片，其特征在于，單個(gè)側(cè)面或優(yōu)選所有側(cè)面均由燒結(jié)時(shí)產(chǎn)生的燒結(jié)殼組成。
5.按權(quán)利要求1-4之一所述的刀片，其特征在于，所述刀片滿足按照IS01382的M公差的尺寸精確性和/或滿足按照IS01382的G公差的尺寸精確性。
6.按權(quán)利要求1-5之一所述的刀片，其特征在于，所述刀片的所述上面和/或底面具有凹槽或貫通連接所述上面和底面的鉆孔。
7.按權(quán)利要求1-6之一所述的刀片，其特征在于，所述上面和/或底面和/或所述側(cè)面和/或所述刃帶具有單層或多層涂層。
8.按權(quán)利要求1-7之一所述的刀片，其特征在于，所述刀片由下述陶瓷切削材料中的一種或多種組成 -有和沒有硬質(zhì)材料增強(qiáng)的a _/ P -SiAlONe -有和沒有硬質(zhì)材料增強(qiáng)的P -Si3N4 -混合陶瓷(A1203-Ti (C，N))-ZTA(A1203-Zr02)。
9.用于制造通過燒結(jié)毛坯制備的陶瓷刀片的方法，該陶瓷刀片帶有上面和底面，連接所述上面和底面的側(cè)面和具有用于切削加工工件的刃帶的切削刃，所述上面和底面各自具有用于裝入刀具刀夾內(nèi)的安裝面，特別是用于制造按權(quán)利要求1-8之一所述的刀片的方法，其特征在于，所述刀片的毛坯通過精密熱壓產(chǎn)生所需的形狀，隨后將毛坯燒結(jié)，和在燒結(jié)之后，所述上面和/或底面的安裝面和/或所述刃帶的至少部分表面不經(jīng)歷材料磨蝕處理。
10.按權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，通過毛坯的精密熱壓將凹槽壓入所述上面和/或底面內(nèi)或壓入連接所述上面和底面的貫通鉆孔。
11.按權(quán)利要求9或10之一所述的方法，其特征在于，為制造毛坯使用下述陶瓷切削材料中的一種或多種 -有和沒有硬質(zhì)材料增強(qiáng)的a _/ P -SiAlONe -有和沒有硬質(zhì)材料增強(qiáng)的P_Si3N4 -混合陶瓷(A1203-Ti (C，N))-ZTA (A1203-Zr02)。
12.按權(quán)利要求9-11之一所述的方法，其特征在于，將所述陶瓷切削材料混合成可壓制的物料，其具有高流動(dòng)性并由此特別是具有恒定的充模能力，其中，表征流動(dòng)性的物料布料角小于或等于35°，優(yōu)選小于或等于30°，特別優(yōu)選小于或等于25°。
13.按權(quán)利要求9-12之一所述的方法，其特征在于，燒結(jié)之前去除毛坯的沖壓毛刺而不損壞毛坯的棱邊。
14.按權(quán)利要求9-13之一所述的方法，其特征在于，考慮不同物料批次的不同壓制和收縮行為，其中，通過壓制和燒結(jié)實(shí)驗(yàn)測(cè)定每個(gè)批次的生坯密度-收縮-特性曲線并從中確定必要的成品生坯密度，和在壓制設(shè)定時(shí)將該成品生坯密度設(shè)定為毛坯生坯密度的額定值。
15.按權(quán)利要求9-14之一所述的方法，其特征在于，燒結(jié)時(shí)爐內(nèi)氣氛與燒結(jié)毛坯的坩堝內(nèi)部之間的氣體交換最小化并僅使用惰性的、也就是與毛坯在燒結(jié)時(shí)沒有任何相互作用的坩堝材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過燒結(jié)毛坯生產(chǎn)的即可使用的陶瓷刀片，帶有上面和底面，連接上面和底面的側(cè)面以及具有用于切削加工工件的刃帶的切削刃，所述上面和底面各自具有用于裝入刀具刀夾內(nèi)的安裝面。為至少部分避免燒結(jié)之后的再加工，提出上面和底面的安裝面和/或刃帶至少具有部分表面，這些部分表面由燒結(jié)時(shí)產(chǎn)生的燒結(jié)殼組成和不曾因材料磨蝕處理而損壞。
文檔編號(hào)B23B27/16GK102740999SQ201080037110
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2010年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月21日
發(fā)明者A·施拉根霍夫, B·比特利希, K·弗里德里希, M·弗里潘, U·莫夫萊, W·克呂梅爾 申請(qǐng)人:陶瓷技術(shù)有限責(zé)任公司