專利名稱：具有分離的切削刃尖和切屑控制結(jié)構(gòu)的切削鑲片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有分離的切削刃尖和切屑控制結(jié)構(gòu)的切削鑲片。
背景技術(shù)：
在金屬切削行業(yè)內(nèi)的一個(gè)持續(xù)目標(biāo)是提供具有鋒利切削刃(甚至在對不含鐵的以及研磨材料進(jìn)行機(jī)加工時(shí)較久地保持鋒利)的金屬切削鑲片。為此，已知在ー種碳化物基體上結(jié)合多晶金剛石(PCD)材料和多 晶立方氮化硼(CBN)材料，以便提供一種改進(jìn)的切削刃。但是，這種切削刃尖的ー個(gè)重要部分是嵌入槽縫內(nèi)的，并且這個(gè)嵌入的部分僅作為結(jié)構(gòu)材料起作用，以便將刃尖保持在該槽縫內(nèi)，并且不接觸エ件。與燒結(jié)碳化物的成本相比，用作基體的PCD或CBN材料的成本非常高。為了降低成本的ー種嘗試是提供ー種切削鑲片，該切削鑲片結(jié)合了一個(gè)分離的切削刃尖，該切削刃尖包繞著ー個(gè)切削鑲片的突出部分，并且具有由PCD或CBN材料制成的一個(gè)頂層，該頂層由燒結(jié)碳化物基體的一個(gè)底層來支撐。但是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，雖然PCD或CBN材料的頂層具有足夠的厚度用以允許在其中對切屑碎片進(jìn)行研磨，但是PCD或CBN材料的頂層的厚度不足以進(jìn)行機(jī)加工操作，從而減小了切削鑲片的機(jī)加工壽命。

發(fā)明內(nèi)容
具有由相對更硬的材料的頂層和相對更軟的材料的底層制成的一個(gè)分離刃尖的ー個(gè)切削鑲片的減少的機(jī)加工壽命的問題，是通過調(diào)換這些材料并且提供ー個(gè)具有分離的刃尖的切削鑲片來解決的，該刃尖具有由一種相對更軟的材料制成的ー個(gè)頂層以及由ー種相對更硬的材料制成的一個(gè)底層，然后從該頂層去除材料以便暴露該相對更硬的底層的ー部分以此形成切削刃。在一方面中，ー種切削鑲片包括ー個(gè)本體,該本體具有頂面、ー個(gè)底面、連接該頂面和該底面的至少兩個(gè)側(cè)壁、在該至少兩個(gè)側(cè)壁的相交處的ー個(gè)弧形切削拐角、以及在每個(gè)側(cè)壁與該頂面的相交處形成的ー個(gè)切削刃；一個(gè)凹陷，該凹陷形成在該弧形切削拐角中；以及ー個(gè)切削刃尖，該切削刃尖安裝在該凹陷中，該切削刃尖包括由ー種第一材料制成的一個(gè)頂層、以及置于該凹陷的ー個(gè)基底鄰近并由ー種第二材料制成的一個(gè)底層，該第二材料具有的硬度大于該第一材料。在另一方面中，ー種制造ー個(gè)具有切削刃尖的切削鑲片的方法，該切削刃尖具有由多個(gè)小面限定的ー種切屑控制結(jié)構(gòu)，該切削刃尖包括由ー種第一材料制成的ー個(gè)頂層、以及置于該凹陷的ー個(gè)基底鄰近并由ー種第二材料制成的一個(gè)底層，該第二材料具有的硬度大于該第一材料，該方法包括以ー個(gè)第一角Al從該頂層上去除材料，以此暴露該底層；并且以ー個(gè)第二角A2從該頂層上去除材料，以此進(jìn)一歩暴露該底層。


雖然展示了本發(fā)明的不同實(shí)施方案，但是不應(yīng)認(rèn)為所示具體實(shí)施方案限制了權(quán)利要求。在此預(yù)期可以在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下進(jìn)行各種變化和修改。圖I是根據(jù)本發(fā)明一方面的一個(gè)切削鑲片的一個(gè)分解的等距視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一方面的圖I所示的切削鑲片的一個(gè)放大的局部視圖；圖3是圖2的俯視圖；并且圖4是沿圖3的線4-4截取的截面圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在參見圖I至圖4，示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案在總體上以10示出的一個(gè)切削鑲片?？偟膩碚f，切削鑲片10具有一個(gè)多邊形的本體12，該本體具有延伸穿過其中的一條中央軸線A。本體12具有一個(gè)頂面14、一個(gè)基本上平的底面16、以及垂直于這些面14和16并連接這些面的多個(gè)側(cè)壁18。對于這些圖中所示的具體實(shí)施方案，提供有穿過鑲片10的一個(gè)中心銷接收孔17，用于將該鑲片保持在一個(gè)刀夾具(未示出)內(nèi)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，切削鑲片10在其中不包括一個(gè)用于將該切削鑲片固定到刀具上的一個(gè)孔。相反，切削鑲片10通過一個(gè)夾緊機(jī)構(gòu)被保持在刀具中，該夾緊機(jī)構(gòu)將該切削鑲片牢牢地保持在刀具內(nèi)。多個(gè)弧形切削拐角20分別處于這些側(cè)壁18的相交處，同時(shí)多個(gè)切削刃22分別形成在每個(gè)側(cè)壁18和一個(gè)T臺(tái)面34的相交處。在切削鑲片10不具有一個(gè)T臺(tái)面的情況下，這些切削刃22形成在每個(gè)側(cè)壁18和一個(gè)凹陷的臺(tái)面38的相交處。本體12可以是由諸如燒結(jié)碳化物等的一種適合材料制成的，并且可以通過使用現(xiàn)有技術(shù)中已知的(諸如模制等)任何多種常規(guī)過程來制造，這樣使得在總體上以24示出的一個(gè)凹陷被模制在鑲片本體12中。在該替代方案中，可以在通過任何多個(gè)用于從一個(gè)燒結(jié)碳化物基體上去除材料的商用技術(shù)制造鑲片本體12之后產(chǎn)生凹陷24。凹陷24形成在每個(gè)弧形切削拐角20中并且在兩個(gè)鄰近側(cè)壁18之間延伸。如圖I中所展示，凹陷24具有一個(gè)基底24a、一個(gè)后壁24b、以及多個(gè)端壁24c、24d。本發(fā)明的一方面在于，切削鑲片10包括(總體上以26示出)的一個(gè)預(yù)成形的分離的切削刃尖。切削刃尖26可以包括一個(gè)底層28以及一個(gè)頂層30，該底層是由一種適合的材料制成的，如多晶金剛石(PCD)或多晶立方氮化硼(PCBN)，并且該頂層是由一種適合的材料制成的，如燒結(jié)碳化物(線39是底層28與頂層30之間的分隔線)。PCD是用于不含鐵的應(yīng)用的一種普通材料，而PCBN是用于硬化鋼應(yīng)用的一種普通材料。本領(lǐng)域的那些普通技術(shù)人員已知的是P⑶和PCBN具有的硬度大于燒結(jié)碳化物。底層28限定了置于凹陷24的基底24a鄰近的切削刃尖26的一個(gè)底表面28a，并且頂層30限定了切削刃尖26的一個(gè)頂表面30a (也是切削鑲片10的頂表面14的一部分)。底表面28a在形狀上基本對應(yīng)于凹陷24的基底24a，這樣使得切削刃尖26與凹陷24相配合。切削刃尖26是可以通過使用現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何多種常規(guī)過程(如，模制等)來制造的。在一個(gè)實(shí)施方案中，由燒結(jié)碳化物材料制成的頂層30是模制的，并且由PCD或CBN材料制成的底層28例如通過氣相沉積等被沉積在頂層30上。刃尖26可以通過硬釬焊等固定在切削鑲片10的凹陷24內(nèi)。切削刃尖26在固定在凹陷24內(nèi)時(shí)形成弧形切削拐角20的一部分。在本發(fā)明的另一方面中，切削鑲片10包括在總體上以32示出的一種切屑控制結(jié)構(gòu)，該切屑控制結(jié)構(gòu)形成在頂面14中并沿切削刃22連續(xù)延伸。在本發(fā)明的一方面中，該切屑控制結(jié)構(gòu)是至少基本上在切削刃尖26中或在其上形成的。在所展示的實(shí)施方案中，切削鑲片10是關(guān)于切削鑲片10的弧形切削拐角20的一條中心線或二等分線X-X對稱的。在一個(gè)實(shí)施方案中，切屑控制結(jié)構(gòu)32包括多個(gè)小面32a、32b、32c和32d，這些小面形成在切削鑲片10的弧形拐角20的一條中心線X-X的相對側(cè)上。更具體地說，小面32a和32b形成在中心線X-X的一側(cè)上，而小面32c和32d形成在中心線A-A的對側(cè)上?？商娲?，切屑控制結(jié)構(gòu)32可以形成為一個(gè)連續(xù)的弧形表面，而不是所展示的實(shí)施方案的呈多個(gè)小面的表面。雖然小面32a、32b、32c和32d的形式可以是現(xiàn)有技術(shù)中已知的促進(jìn)切屑形成的多種形式中的任何一種，但是圖4展示了一個(gè)實(shí)施方案，其中小面32a、32b、32c和32d是相對于鑲片本體12的頂面14以一個(gè)小 面角36形成的。具體地，小面角36可以具有在大約五(5)度與大約四十五(45)度之間的一個(gè)范圍。在所展示的實(shí)施方案中，小面32a、32b、32c和32d形成在一個(gè)T臺(tái)面34之中，該T臺(tái)面在頂面14與側(cè)壁18之間以一個(gè)角35延伸。在一個(gè)實(shí)施方案中，角35可以是在大約五(5)度與大約四十五(45)度之間的一個(gè)范圍內(nèi)。例如，角35可以是大約二十五(25)度。小面32a、32b、32c和32d終止在凹陷的臺(tái)面38之中，該凹陷的臺(tái)面通過在如下所述的一個(gè)兩步過程期間暴露底層28而形成。如圖3所示，一條線LI沿小面32a、32d與切削鑲片10的頂表面14之間的相交處延伸。同樣地，一條線L2沿小面32b、32c與切削鑲片10的頂表面14之間的相交處延伸。一個(gè)角Al限定在中心線X-X與線LI之間，并且一個(gè)角A2限定在中心線X-X與線L2之間。如在圖3中可見，角A2大于角Al。但是,兩個(gè)角Al和A2都小于九十度。例如,角Al可以是大約五(5)度，并且角A2可以是大約二十二(22)度。在本發(fā)明的另一方面中，小面32a、32b、32c、32d可以在頂面14的下面開始，并朝一個(gè)凹陷的臺(tái)面38向下傾斜，其中由PCD或CBN制成的底層28被暴露以此形成切削刃22?？梢岳斫?，可以根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)方面提供額外多個(gè)小面，即多于在弧形拐角20中心線X-X的每一側(cè)上所展示的兩個(gè)小面。此外，盡管已經(jīng)討論了與一個(gè)單個(gè)的弧形切削拐角20相關(guān)的一個(gè)單個(gè)的切削刃尖26，應(yīng)該理解，其他多個(gè)切削刃尖26可以相應(yīng)地與其他多個(gè)弧形切削拐角20相關(guān)聯(lián)，如圖I所示。此外，在圖I至圖4中示出一個(gè)C形切削鑲片10。但是，可以理解，本發(fā)明不受該切削鑲片的一個(gè)具體形狀的限制。例如，本發(fā)明的原理可以通過一個(gè)D形切削鑲片、一個(gè)V形切削鑲片等來實(shí)施。另外，本發(fā)明的切削鑲片10不應(yīng)該受一種具有四個(gè)側(cè)壁的切削鑲片的限制。例如，本發(fā)明的切削鑲片可以是具有三個(gè)側(cè)壁的一個(gè)三角形、具有五個(gè)側(cè)壁的一個(gè)五邊形、具有六個(gè)側(cè)壁的一個(gè)六邊形、具有八個(gè)側(cè)壁的一個(gè)八邊形等等。圖I至圖4展示了小面32a、32b、32c和32d是相對于切削鑲片10的頂表面14以一個(gè)角36而形成的。在所展示的實(shí)施方案中，小面32a和32d是以相同的角36而形成的，而小面32b和32c以不同于小面32a和32d的一個(gè)角36而形成的。但是，可以理解，本發(fā)明不受小面32a、32b、32c和32d的角36限制，并且本發(fā)明可以通過以相同的角36形成的小面32a、32b、32c和32d來實(shí)施。例如，小面32a、32b、32c和32d可以具有一個(gè)波狀的輪廓，這樣使得在圖4中所限定的角36沿凹陷24而變化。在這個(gè)實(shí)施方案中，角36可以具有在大約五度到大約四十五度之間的范圍的一個(gè)值。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的其他角也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
目前為止所描述的是具有兩個(gè)側(cè)面的切削鑲片，這兩個(gè)側(cè)面匯聚以此限定這些修圓的或弧形的切削拐角20。但是，完全有可能的是，這兩個(gè)側(cè)面是平行的，并且起到這些兩個(gè)側(cè)面之間的ー個(gè)橋接件的作用，由此提供接受切削刃尖26的ー個(gè)凹陷。現(xiàn)在將說明ー種制造本發(fā)明的切削鑲片10的方法。首先，在模具中執(zhí)行ー個(gè)模制過程，以便形成由燒結(jié)碳化物制成的多邊形本體12，該多邊形本體在切削鑲片10的每個(gè)弧形切削拐角20處具有多個(gè)凹陷24。每個(gè)凹陷24具有ー個(gè)深度，該深度可以是，例如，小于連接凹陷24的端壁24c、24d的一條直線的距離的一半?？商娲兀梢阅Ｖ贫噙呅伪倔w12，然后可以在ー個(gè)分離的步驟中去除材料來形成凹陷24。
接下來，分離的切削刃尖26是通過模制燒結(jié)碳化物的頂層30，然后將P⑶或CBN材料沉積在頂層30上而形成的，。然后，將切削刃尖26放置在凹陷24內(nèi)。接下來，通過硬釬焊等將切削刃尖26固定在凹陷24內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的一方面，切屑控制結(jié)構(gòu)32的小面32a、32b、32c和32d是通過ー個(gè)兩步驟過程形成在切削鑲片10中。在該第一步驟中，通過相對于中心線X-X以角Al從由燒結(jié)碳化物材料制成的頂層30上去除材料來形成小面32a和32d，從而以角36形成小面32a和32d。可以通過任何適合的方式，如研磨、激光等等來去除材料。在形成小面32a和32d的過程中，去除頂層30的一部分，其方式為使得PCD或CBN材料的底層28的一部分被暴露，以此形成切削刃22的ー個(gè)第一部分。在該第二步驟中，通過相對于中心線X-X以角A2從由燒結(jié)碳化物材料制成的頂層30上去除材料而形成小面32b和32c，從而以角36形成小面32b和32c，該角可以或可以不與小面32a和32d的角36不同。在形成小面32b和32c的過程中，去除頂層30的一部分，其方式為使得凹陷的臺(tái)面38的ー個(gè)第二部分被暴露，以此形成切削刃22的ー個(gè)第二部分。通過這個(gè)討論，已經(jīng)介紹了具有不同形狀以及用于保持這種鑲片的構(gòu)形的多種鑲片。應(yīng)該理解，可以使用任何多種不同的構(gòu)形將任何形狀的鑲片固定在一個(gè)刀夾具中，無論是延伸進(jìn)入ー個(gè)穿過該鑲片本體的孔中并擰進(jìn)刀夾具凹座中的ー個(gè)壓緊螺釘、還是將該鑲片保持在一個(gè)刀夾具的凹座內(nèi)的ー個(gè)夾具。因此，在此討論的用于保持這些鑲片的方式，以及為了保持此類鑲片而必須對鑲片本體所做出的修改不應(yīng)被解釋為是對本發(fā)明范圍的一種限制。在此提及的專利以及公開文獻(xiàn)特此通過引用結(jié)合在此。已經(jīng)說明的本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施方案可以在本發(fā)明范圍內(nèi)以其他方式實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種切削鍵片，包括 ー個(gè)本體，該本體具有頂面、ー個(gè)底面、連接該頂面和該底面的至少兩個(gè)側(cè)壁、在該至少兩個(gè)側(cè)壁的相交處的ー個(gè)弧形切削拐角、以及在每個(gè)側(cè)壁與該頂面的相交處形成的ー個(gè)切削刃； 一個(gè)凹陷，該凹陷形成在該弧形切削拐角中；以及 ー個(gè)切削刃尖，該切削刃尖安裝在該凹陷中，該切削刃尖包括由ー種第一材料制成的一個(gè)頂層、以及置于該凹陷的ー個(gè)基底鄰近并由ー種第二材料制成的一個(gè)底層，該第二材料具有的硬度大于該第一材料。
2.如權(quán)利要求I所述的切削鑲片，其中該底層是由多晶金剛石或多晶立方氮化硼制成的，并且其中該頂層是由燒結(jié)碳化物制成的。
3.如權(quán)利要求I所述的切削鑲片，其中該切削刃尖包括ー個(gè)切屑控制結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求3所述的切削鑲片，其中該切屑控制結(jié)構(gòu)包括多個(gè)小面。
5.如權(quán)利要求4所述的切削鑲片，其中至少兩個(gè)小面是形成在穿過該弧形切削拐角延伸的一條中心線的每ー側(cè)上。
6.如權(quán)利要求5所述的切削鑲片，其中這些小面是形成為相對于該本體的頂表面成一個(gè)角。
7.如權(quán)利要求6所述的切削鑲片，其中該角是在大約5度與大約45度之間。
8.如權(quán)利要求5所述的切削鑲片，其中這些小面是形成在ー個(gè)T臺(tái)面之中，該T臺(tái)面在該頂面與該至少兩個(gè)側(cè)壁之間延伸。
9.如權(quán)利要求4所述的切削鑲片，其中這些小面是通過一個(gè)兩步驟的過程形成在該切削鍵片中。
10.如權(quán)利要求9所述的切削鑲片，其中至少ー個(gè)小面是通過以ー個(gè)第一角Al從該切削鑲片上去除材料來形成的，以此暴露該底層的一部分。
11.如權(quán)利要求10所述的切削鑲片，其中通過至少另ー個(gè)小面是通過以ー個(gè)第二角A2從該切削鑲片上去除材料來形成的，以此進(jìn)一歩暴露該底層的一部分。
12.如權(quán)利要求5所述的切削鑲片，其中這些小面終止在一個(gè)凹陷的臺(tái)面中。
13.如權(quán)利要求I所述的切削鑲片，其中該凹陷具有ー個(gè)基底、ー個(gè)后壁、以及多個(gè)端壁。
14.如權(quán)利要求13所述的切削鑲片，其中該切削刃尖的底層限定了ー個(gè)底表面，并且該切削刃尖的頂層限定了ー個(gè)頂表面，并且其中該切削刃尖的底表面在形狀上基本對應(yīng)于該凹陷的基底，這樣使得該切削刃尖與該凹陷相配合。
15.如權(quán)利要求I所述的切削鑲片，其中該本體是由燒結(jié)碳化物材料制成的。
16.一種制造具有切削刃尖的切削鑲片的方法，該切削刃尖具有由多個(gè)小面限定的一種切屑控制結(jié)構(gòu)，該切削刃尖包括由ー種第一材料制成的一個(gè)頂層、以及由ー種第二材料制成的一個(gè)底層，該第二材料具有的硬度大于該第一材料，該方法包括 以ー個(gè)第一角Al從該頂層上去除材料，以此暴露該底層；并且 以ー個(gè)第二角A2從該頂層上去除材料，以此進(jìn)一歩暴露該底層。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)ー步包括以下步驟通過模制ー個(gè)本體并在ー個(gè)模具中包括一個(gè)凹陷來形成該切削鑲片的本體。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)ー步包括以下步驟將該切削刃尖硬釬焊在該切削鑲片的凹陷之中。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)ー步包括以下步驟通過模制ー個(gè)本體然后從該本體上去除材料以形成一個(gè)凹陷來形成該切削鑲片的本體。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)ー步包括以下步驟將該切削刃尖硬釬焊在該切削鑲片的凹陷之中。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有分離的切削刃尖和切屑控制結(jié)構(gòu)的切削鑲片。切削鑲片結(jié)合了預(yù)成形的分離的切削刃尖，該切削刃尖包繞了鑲片的一個(gè)弧形切削拐角。切削刃尖包括頂層以及底層，底層是由與頂層相比相對更硬的材料制成。在一個(gè)實(shí)施方案中，底層是由多晶金剛石(PCD)或多晶立方氮化硼(CBN)材料制成，頂層是由燒結(jié)碳化物制成。切削鑲片可以進(jìn)一步結(jié)合一個(gè)在該切削刃尖中形成的切屑控制結(jié)構(gòu)，其包括多個(gè)小面，這些小面形成在一條中心線的每一側(cè)上，用于在切削操作過程中提供切屑控制。切屑控制結(jié)構(gòu)可以在一個(gè)兩步驟的過程中形成，以便暴露底層的一部分。可以將該分離的切削刃尖在形成該切屑控制結(jié)構(gòu)之前硬釬焊到切削鑲片上。
文檔編號(hào)B23B27/20GK102672216SQ201210057628
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月7日
發(fā)明者G·W·霍貝克, J·J·巴里, K·P·米茲加爾斯基, T·W·哈爾平, 陳實(shí) 申請人:鈷碳化鎢硬質(zhì)合金公司