專利名稱：具有由有紋理的pcd形成的切削刃的旋轉切削刀具的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及旋轉切削刀具，并且更具體地涉及具有多個有紋理的聚晶金剛石切削刃的旋轉切削刀具及其制造過程。
背景技術：
在切削刀具領域中已知的是采用由壓實并且燒結到碳化鎢(TC)坯件上的聚晶金剛石(P⑶)或者立方氮化硼(CBN)制成的。簡潔起見，在此P⑶和CBN或者其他金剛石類材料在下文中將被定義為術語PCD。授予帕克(Packer)的美國專利5，070, 748說明了通過形成具有燒結碳化鎢的旋轉刀具坯件而形成這樣一種旋轉刀具的過程；在該坯件的一個外表面中形成至少一對縱向延伸的凹槽；用金剛石類材料填充這些凹槽；在充足的熱量和壓力下將這種金剛石類材料結合到該旋轉刀具坯件中的這些凹槽中以便形成聚晶金剛石類材料；沿著這種聚晶金剛石類材料的一個前刃在該旋轉刀具坯件中形成多個縱向延伸的槽；并且沿著這種聚晶金剛石類材料的一個前刃形成一個切削刃。為了在沿著這種P⑶材料的前刃形成一個切削刃的這個最后步驟中最少地去除 P⑶，在授予羅德里格斯(Rodriguez)的美國專利5，115，697中建議的是一種改進的P⑶旋轉刀具，該專利說明了一種有紋理的P⑶刀具，其中在這個坯件中形成的這些槽基本上以一個角度被徑向地定向，這個角度與隨后在這個旋轉刀具坯件中與這些凹槽相鄰形成的多個凹陷的槽的角度一致。隨后將對這個刀具坯件進行機加工以便沿著由這種燒結的金剛石材料形成的一個有角度的前刃形成這些槽以及一個切削刃。圖1至圖3示出了處于一個螺旋齒圓柱形端銑刀10形式的標準的現(xiàn)有技術的旋轉刀具的不同視圖，這種刀具通常配備有具有正的徑向前角的一個齒面22。圖1示出了帶有螺旋齒12以及直柄14的一個標準的圓柱形四槽端銑刀10的正視圖。線A-A表示出了一個垂直于端銑刀10的中央軸線的切削平面。圖2至圖11描繪了在不同生產(chǎn)階段不同的有紋理的PCD旋轉刀具的放大截面圖，這些視圖都是沿圖1中線A-A 所表示的同一個切削平面截取的。參見圖2，示出了一個制有齒面22的P⑶端銑刀20，這個齒面以一個單個凹曲線的形式從齒根M不中斷地延伸到切削刃沈。PCD端銑刀20是根據(jù)多種已知方法(如以上在美國專利5，115，697中說明的方法)生產(chǎn)的。TC坯件觀(圖3)，與圖2的P⑶端銑刀20 相對應，是形成有多個凹槽30，這些凹槽以一個與凹陷的齒面20(圖幻的角度一致的角度被徑向地定向。將POT紋理壓實并燒結到凹槽30中，并且隨后對這個刀具坯件進行機加工以便沿著由燒結的PCD紋理形成的有角度的前導面形成這些槽32以及切削刃26。圖2中示出了帶有暴露的PCD層34的已完工的刀具。這種齒形的一個缺點是發(fā)生切屑與齒面的大量摩擦，從而導致高功耗以及不希望的切削刀具的加熱。另一個問題是切屑附著到齒面上并且不易于從銑刀齒之間的間距中清除。
作為一個解決方案，關于由實心TC或者高速鋼(HSS)制成的旋轉刀具，在授予本申請人的美國專利7，393，160中建議的是通過提供一種旋轉的多齒銑刀，其中每個齒具有一個包括至少兩個部分的齒面，最靠近切削刃的第一部分具有一種凸起形狀(如在一個垂直于該刀具軸線的截面上所見)，來改善前刀面的幾何形狀?？商娲?，這種銑刀可以進一步配備有位于該第一與該第二部分之間的一個凹陷的斷屑部分。然而，以上的解決方案不能在PCD切削刀具上直接實施，如之前所述，因為在槽的研磨步驟(在這個步驟中使PCD材料的正面暴露)之后當形成齒面的這種凸起的或者組合的凹凸形狀時仍有必要去除大量的PCD。就性質(zhì)而言，PCD難于研磨并且在可以進行切削刃的最終研磨之前要進行額外的電火花加工(EDM)。此外，由于PCD材料的去除，所產(chǎn)生的切削刃將顯著地減弱。因此具體對于難于切削的材料如玻璃、碳、硼或者凱夫拉纖維增強的復合塑料進行機加工而言，要求一種新途徑來提高PCD切削刀具的能量以及切屑處理特性，如已在實心HSS和TC刀具中所實施的。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的之一是提供一種用于P⑶旋轉刀具的改進的齒面幾何形狀。另一個目的是提供便于最少地去除P⑶的一種對應的生產(chǎn)坯件。這些目的根據(jù)本發(fā)明的一個方面是通過提供一種由坯件制成的旋轉切削刀具實現(xiàn)的，該旋轉切削刀具具有至少一個齒，該齒包括一個齒根以及一個切削刃，該切削刃是由有紋理的P⑶形成的，其中如在一個垂直于該切削刀具的軸線的截面上所見，該齒的面包括鄰近該切削刃的一個第一彎曲表面、以及鄰近該齒根和該第一彎曲表面的一個第二彎曲表面，并且對于每個切削刃，該坯件配備有一個對應的凹槽，所述凹槽具有一個前導表面，這個前導表面在形狀上對應于這個對應的齒的第一彎曲表面。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了用于形成這樣一種切削刀具的一個坯件。


為了理解本發(fā)明并且弄清在實踐中可以如何將其實現(xiàn)，現(xiàn)在僅通過非限定實例并參照附圖對多個實施方案予以說明，在附圖中圖1是標準的現(xiàn)有技術的端銑刀的正視圖；圖2是沿圖1中的線A-A截取的現(xiàn)有技術的P⑶端銑刀的放大截面圖；圖3是圖2的端銑刀的示意性截面圖，展示了一個生產(chǎn)步驟；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個第一實施方案制造的端銑刀的截面圖；圖5是圖4的端銑刀的示意性截面圖，展示了一個生產(chǎn)步驟；圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個第二實施方案制造的端銑刀的截面圖；圖7是圖6的端銑刀的示意性截面圖，展示了一個生產(chǎn)步驟；圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個第三實施方案制造的端銑刀的截面圖；圖9是圖8的端銑刀的示意性截面圖，展示了一個生產(chǎn)步驟；圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個第四實施方案制造的端銑刀的截面圖；并且
圖11是圖10的端銑刀示意性截面圖，展示了一個生產(chǎn)步驟。
具體實施例方式圖4至圖11描繪了根據(jù)本發(fā)明的一種有紋理的P⑶旋轉刀具的放大截面圖，圖中示出了不同的生產(chǎn)階段，這些視圖都是沿著圖1中線A-A所表示的同一個切削平面截取的。參見圖4和圖5，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個第一實施方案制造的一個四槽P⑶旋轉刀具40以及對應的坯件42。如在一個垂直于該刀具軸線的截面上所見，該齒的面被分成兩個部分鄰近切削刃46的一個第一凹陷部分44(構成了一個第一彎曲表面)、以及鄰近齒根50并且鄰接第一部分44的一個第二凹陷部分48 (構成了一個第二彎曲表面)。TC坯件42配備有多個凹槽52，這些凹槽被形成有一個前導面M，該前導面與刀具40的第一凹陷部分44的形狀相對應。在一些實施方案中，第一凹陷部分44小于第二凹陷部分48。在將P⑶紋理壓實并且燒結到凹槽52中之后，通過一種標準的研磨操作形成這些槽56。這些P⑶紋理的第一凹陷部分44受最終形狀的緊密公差的影響，并且要求最小的 EDM操作以便在執(zhí)行切削刃46的最終研磨之前去除TC原材料的殘留痕跡。PCD層58的全部厚度及強度均被保留。在這種切削刀具的操作過程中，工件切屑由第一凹陷部分44排出并且從第二凹陷部分48中清除，因此顯著減少了切屑到刀具上的附著以及過高的熱量。參見圖6和圖7，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個第二實施方案制造的一個四槽P⑶旋轉刀具60以及對應的TC坯件62。如在垂直于該刀具軸線的截面上所見，該齒的面被分成兩個部分鄰近切削刃66的一個第一凸起部分64 (構成了一個第一彎曲表面)、以及鄰近齒根70并且鄰接第一部分44的一個第二凸陷部分68 (構成了一個第二彎曲表面)。坯件62 配備有多個凹槽72，這些凹槽被形成有前導面74，該前導面與刀具60的第一凸起部分64 的最終凸起形狀相對應。在一些實施方案中，第一凸起部分64小于第二凸起部分68。在將P⑶紋理壓實并且燒結到凹槽72中之后，通過一種標準的研磨操作形成這些槽76。這些P⑶紋理的第一凸起部分64受最終形狀的緊密公差的影響，并且要求最小的 EDM操作以便在執(zhí)行切削刃66的最終研磨之前去除TC原材料的殘留痕跡。PCD層78的全部厚度及強度均被保留。在這種切削刀具的操作過程中，工件切屑由第一凸起部分64排出并且從第二凸起部分68中清除，因此顯著減少了切屑到刀具上的附著以及過高的熱量。對于根據(jù)本發(fā)明的第一或者第二實施方案制造的旋轉刀具進行選擇是由幾個因素決定的，這些因素包括工件材料、切削速度、冷卻劑的可用性以及本領域技術人員熟悉的其他工作條件。在本發(fā)明的一個第三實施方案中，如圖8和圖9中所示，這個齒面與本發(fā)明的第一實施方案的齒面在形狀上完全相同并且關于齒形使用了相同的參考號。然而，在刀具圓周上不均勻的槽間距(由相鄰的切削刃之間所夾的不同角度70，72示出)提供了更好的平衡和更小的震顫。這種不均勻的間距防止了由規(guī)則的槽碰撞而產(chǎn)生的簡諧振動。坯件74配備有多個凹槽76，這些凹槽被形成有同等的不均勻間隙，這種不均勻間隙與最終刀具78的槽間距相對應。在本發(fā)明的一個第四實施方案中，如圖10和圖11中所示，這個齒面與第二實施方案的齒面在形狀上完全相同并且關于齒形使用了相同的參考號。在此同樣，在刀具圓周上不均勻的槽間距(由相鄰的切削刃之間所夾的不同角度80，82示出)提供了更好的平衡和更小的震顫。這種不均勻的間距防止了由規(guī)則的槽碰撞而產(chǎn)生的簡諧振動。坯件84配備有多個凹槽86，這些凹槽被形成同等的不均勻間隙，這種不均勻間隙與最終刀具88的槽間距相對應。對于本領域的普通技術人員不言而明的是本發(fā)明不限于以上展示的實施方案的細節(jié)并且本發(fā)明可以通過其他具體形式來實施而不背離其精神或者本質(zhì)屬性。這些實施方案因此在所有方面應被理解為說明性的并且非限制性的，本發(fā)明的范圍是由所附的權利要求書表明的而不是由以上說明表明的，并且因此旨在將權利要求書的等效表述的含義和范圍之內(nèi)發(fā)生的所有變更包括在其中。因此，雖然已經(jīng)參照一種四槽的圓柱形端銑刀對本發(fā)明進行了說明，但是同樣的原理可適用于帶有在圓周圓上被均勻地或者不均勻地間隔開的一個、兩個、三個、五個或者任何數(shù)量的槽，以及其他刀具形狀(例如盤形、圓錐形或者球形)的其他旋轉刀具，它們?nèi)柯淙霗嗬髸姆秶畠?nèi)。
權利要求
1.一種由坯件G2)形成的旋轉切削刀具(40)，該旋轉切削刀具具有至少一個齒(58)， 該齒包括一個齒根(50)以及一個切削刃(46)，該切削刃是由有紋理的PCD形成的，其中如在一個垂直于該切削刀具的軸線的截面上所見，該齒的面包括鄰近該切削刃的一個第一彎曲表面G4，64)、以及鄰近該齒根(50)和該第一彎曲表面的一個第二彎曲表面08， 6 ，并且對于每個切削刃，該坯件配備有一個對應的凹槽(52)，所述凹槽具有一個前導表面 64)，這個前導表面在形狀上對應于這個對應的齒的第一彎曲表面。
2.根據(jù)權利要求1所述的切削刀具，其中該第一彎曲表面G4)是凹陷的并且該第二彎曲表面G8)是凹陷的。
3.根據(jù)權利要求1所述的切削刀具，其中所述第一彎曲表面(64)在形狀上是凸起的并且所述第二彎曲表面(68)在形狀上是凸起的。
4.根據(jù)權利要求1至3之一所述的切削刀具，其中該第一彎曲表面具有的寬度小于該第二彎曲表面。
5.根據(jù)權利要求1至4之一所述的切削刀具，包括在該切削刀具的一個圓周圓上被均勻地間隔開的多個切削刃，所述坯件具有同等多個凹槽，這樣使得在相鄰凹槽之間的一個相互間隔對應于該切削刀具的一個槽間距。
6.根據(jù)權利要求1至4之一所述的切削刀具，包括在該切削刀具的一個圓周圓上被不均勻地間隔開的多個切削刃，所述坯件具有同等多個凹槽，這樣使得在相鄰凹槽之間的一個相互間隔對應于該切削刀具的一個槽間距。
7.根據(jù)權利要求1至6之一所述的切削刀具，具有一種外形，這種外形選自下組圓柱形、圓錐形以及球形。
8.根據(jù)權利要求1至7之一所述的切削刀具，其中該坯件是由碳化鎢形成的。
9.一種用于形成根據(jù)權利要求5所述的切削刀具的坯件，該坯件包括與該切削刃的槽間距相對應的多個等間距的凹槽。
10.一種用于形成根據(jù)權利要求6所述的切削刀具的坯件，該坯件包括與該切削刃的槽間距相對應的多個不等間距的凹槽。
全文摘要
一種由坯件(42)形成的旋轉切削刀具(40)具有至少一個齒(58)，這個齒包括一個齒根(50)以及一個由有紋理的PCD形成的切削刃(46)，其中，如在一個垂直于該切削刀具的軸線的截面上所見，該齒的面包括鄰近該切削刃的一個第一彎曲表面(44，64)、以及鄰近該齒根(50)和該第一彎曲表面的一個第二彎曲表面(48，68)。對于每個切削刃，這個坯件配備有一個對應的凹槽(52)，這個凹槽具有一個前導表面(54)，這個前導表面在形狀上對應于這個對應的齒的第一彎曲表面。
文檔編號B23P15/34GK102481640SQ201080039020
公開日2012年5月30日 申請日期2010年8月16日 優(yōu)先權日2009年9月3日
發(fā)明者L·沙里弗克, V·沃洛赫 申請人:鈷碳化鎢硬質(zhì)合金公司