帶有粉末金屬主體的切削刀具刀片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文陳述的文章描述大體而言涉及切削刀具刀片；且更特定而言涉及鑲刀尖的切削刀具刀片，其具有由粉末金屬前體形成的金屬主體和部分地嵌入于金屬主體中的刀尖。
【背景技術(shù)】
[0002]機械加工、切削、鋸切和/或鉆孔刀具常常設(shè)有可移除的刀片A，其包括耐用刀片主體，附連有由諸如硬質(zhì)合金和陶瓷這樣的硬材料組成的切削表面或刀尖。這些刀片A為機械切削刀具系統(tǒng)的一次性部分(參看圖1)。通常，刀片A牢固地楔入于刀具保持裝置B內(nèi)并且施加成與移動金屬工件C成移動接觸(參看圖2)。接觸所述金屬工件C的硬刀片切削刃的運動動力學(xué)造成切削，生成金屬切肩，由刀片A將切肩運走。
[0003]如在圖3中示意性地示出，典型現(xiàn)有技術(shù)刀片A利用其刃來接觸并且切削硬工件B，而刀片表面導(dǎo)向碎肩或切肩(前角(rake))作為廢料遠離刀具和工件B。切肩材料被偏轉(zhuǎn)和/或彎曲以便破碎或以其它方式安全地被載運遠離工件B和/或刀具保持系統(tǒng)以用于在后來處置。包括前表面(rake surface)和后表面(flank surface)的刀片A的部分被稱作刀尖部分D。很小刀片A表面接觸所述工件B。僅刀尖D直接涉及到接觸所述工件以在切削中接合。其余刀片體積，即主體部分E是耐用材料，其支承并且加強或者剛性地保持刀尖部分D抵抗/克服在切削剪切和拉伸/彎曲力下偏轉(zhuǎn)。主體E還幫助傳導(dǎo)摩擦熱遠離后刀面或接觸表面。主體E因此并不執(zhí)行與刀尖D相同的功能，并且因此其所希望的物理性質(zhì)不同。主體E無需由與后刀面和前刀面同樣堅硬的材料制成，其甚至不需要由硬材料制成。主體E通常充分硬挺/剛硬以便對抗彎曲，并且也通常也充分導(dǎo)熱以便移除摩擦熱從而幫助冷卻切削刃D。許多刀片A由單種硬材料“固體”制成僅僅是為了便于制造，終端使用者未必受益于這點。
[0004]刀尖D通常為超硬磨料(superabrasive)、陶瓷和/或碳化物(諸如碳化鶴)或替代切削材料零件，其機械地結(jié)合、釬焊、錫焊、或熔焊到耐用支承主體E上的適當位置以限定刀片A。刀片A當磨損時計劃被丟棄，并且利用新刀片A替換。刀片A可以包括限定刀尖部分D和主體部分E的單種硬材料或兩種硬材料的復(fù)合物。這種配置通常被稱作“鑲刀尖的刀片”。在鑲刀尖的刀片中，刀尖部分D和主體部分E單獨地生產(chǎn)并且然后放置成通過諸如熔焊、釬焊、壓配、熱收縮配合或擴散結(jié)合，基于機械或化學(xué)/粘合力而接觸并且結(jié)合在一起，并且可以是可逆的或不可逆的。刀尖D限制為與結(jié)合過程兼容的形狀。通常，粘合結(jié)合，諸如釬焊和膠合，需要簡單的平坦表面以允許粘合劑流動并且適當填充。機械結(jié)合，諸如壓配，受益于由于刀尖D和主體E高精度成型而得到的聯(lián)鎖/互鎖鍵接鎖合形狀。
[0005]最后，在刀尖D內(nèi)的尖銳刃、后刀表面或前刀表面過熱、過度地磨損并且損壞工件B，或在切肩中脫離，或者粉碎并且從主體E擺脫。刀片A然后被移除、旋轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)或完全替換以施加新的未用的刀尖D和刃以繼續(xù)切削過程。在鑲刀尖刀片配置中，當?shù)都馀c主體部分D、E之間的粘附由于在工件界面處形成的熱和機械力而降級時存在刀尖部分D脫離主體部分E的額外可能性。
[0006]因此，需要一種改進的切削刀具刀片系統(tǒng)。本新穎技術(shù)解決了這種需要。
【附圖說明】
[0007]圖1為現(xiàn)有技術(shù)實心刀片的視圖。
[0008]圖2為現(xiàn)有技術(shù)實心刀片切削金屬的視圖。
[0009]圖3為示出了如何利用現(xiàn)有刀片切削金屬并且送走切肩的圖，在這種情況下刀片具有刀尖。
[0010]圖4為根據(jù)本新穎技術(shù)的第一實施例的切削刀具刀片的透視圖。
[0011]圖5為合并到圖4內(nèi)的第一切削刀尖的透視圖。
[0012]圖6為合并到圖4內(nèi)的第二，帶缺口的切削刀尖的透視圖。
[0013]圖7為圖4的實施例的局部截面剖視圖。
[0014]圖8為圖7的截面的放大視圖。
[0015]圖9A為用于生產(chǎn)圖4的模具的透視圖。
[0016]圖9B為填充了粉末金屬的圖9A的模具的透視圖。
[0017]圖9C為圖9B的粉末金屬的放大視圖。
[0018]圖9D為填充了粉末金屬的圖9A的模具和刀尖的透視圖。
[0019]圖10為生產(chǎn)圖4的第一方法的過程圖。
[0020]圖11為生產(chǎn)圖4的第二方法的過程圖。
[0021]圖12為生產(chǎn)圖4的第三方法的過程圖。
【具體實施方式】
[0022]為了促進對要求保護的技術(shù)的原理的理解并且給出其目前理解的最佳實施方式，現(xiàn)在將參考附圖中所示的實施例并且具體語言將用于描述實施例。然而將了解并無限制所要求保護的技術(shù)范圍為此的意圖，對于圖示裝置和如本文所說明的要求保護的技術(shù)的原理的這樣的另外的應(yīng)用的這些修改和進一步修改將會通常由與所要求保護的技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域中的技術(shù)人員想到。
[0023]本新穎技術(shù)的切削刀具刀片10包括附連到主體20上的一個或多個刀尖15。刀尖15通常由耐火材料形成，并且更通常地，較硬和/或不可變形。刀尖15可以被磨尖或鈍化，并且同樣地可以通過便于硬材料成形的各種方法而成形。刀片主體20由燒結(jié)粉末金屬25、金屬摻混物或合金(通常摻混為粉末或預(yù)合金化)而形成。粉末金屬前體25通常包括粉末鋼、鐵、鋁、鋅、鎂和其組合，并且可以替代地包括各種其它粉末、金屬或非金屬，包括石墨、碳、硫化物、有機或無機潤滑劑和/或防銹劑等。刀片主體20通常是多孔的，具有開放或閉合孔隙?？紫?0可以是空的或填充的，諸如用潤滑劑或冷卻流體35填充。
[0024]刀片主體20通常由粉末鋼前體材料25形成并且可以被冷壓、熱壓或類似處理40以形成未固化的復(fù)合刀片45，其包括一個或多個刀尖15和坯料刀片主體部分50，坯料刀片主體部分50至少部分地包圍或封閉刀尖15的某部分。未固化復(fù)合刀片主體45，包含刀尖15，然后被硬化或固化55，且每個相應(yīng)刀尖15與粉末金屬坯料主體(green body)部分50接觸、包入和/或封閉。未固化的刀片主體部分50可以模制為任何形狀，通常用以改進隨后在壓力(通常小于250 ton/in2)下固化的部分的公差(通常被稱作“壓印(coining)”或“重壓/復(fù)壓(impressing)”的過程)和/或在硬化55之前通過任何軟機械加工方法而成形。成形的未固化刀片復(fù)合主體45，包含一個或多個刀尖15，然后在充分溫度60 (通常高達約1200°C)和足夠的壓力65 (通常小于250 ton/in2)燒結(jié)并且硬化55以得到固化的復(fù)合主體70，固化復(fù)合主體70具有刀尖部分15和固化的主體部分75。在固化過程55中，坯料成形的刀片主體50圍繞刀尖15收縮以在至少一個方向上包入或包封每個相應(yīng)刀尖15的某部分。在冷卻過程80中，收縮的硬化的鋼主體部分75通常與每個相應(yīng)刀尖15的面積的至少10%接觸，并且硬鋼主體部分75使刀尖15中的每一個壓縮，因此提供機械附連和夾緊強度。固化或燒結(jié)過程55利用不足以在刀尖部分15與主體部分20之間形成粘合性結(jié)合的溫度與壓力60、65組合。
[0025]刀片主體10可以具有具體幾何布置，其中每個所包括的刀尖15用以改進在固化的金屬主體基質(zhì)75內(nèi)的夾緊，以及排除固化的主體部分75中的間隙、扭曲和過度應(yīng)變。這種刀尖幾何形狀可包括“松樹”形狀，凹進角(re-entrant)和改進機械夾緊的類似特征。實際上，與現(xiàn)有壓配或熱收縮配合技術(shù)相比，本技術(shù)的一種具體優(yōu)點在于刀尖15無需被精密機械加工。幾乎任何粗糙表面或者允許生金屬粉末流入的形狀將是可行的。
[0026]刀尖15通常由在固化過程55期間將不開裂、扭曲、軟化和/或碎裂的材料形成以得到耐用復(fù)合刀片主體20。每個刀尖15可以被研磨以移除不平或者在燒制后使用(usedas-fired)，而無任何機械加工操作，或者通過任何常規(guī)切削方法，包括EDM、激光器、鋸或類似物切削后使用。如果將要在燒制后用于切削，每個刀尖15可以具有暴露的切削刃、后刀表面和/或前刀表面。在此情況下，刃幾何特征諸如(圓角)半徑、角度、倒角、磨光和類似特征，通常在放置成與粉末鋼25接觸之前設(shè)置于刀尖15中。替代地，包含刀尖15的刀片10可以經(jīng)由常規(guī)方法進行機械加工以暴露刃、后刀表面和前刀表面。在此情況下，通過機械加工整個刀片10或者僅刀尖15而在刀尖15中形成幾何細節(jié)。
[0027]描述了用于形成新穎切削刀具刀片10的方法90。該方法包括提供具有所需尺寸和形狀的刀尖15 ;將刀尖15放置100于模具105中；利用粉末金屬25部分地或完全地包圍110刀尖15，諸如通過利用粉末金屬摻混