專利名稱：用來制造硬質(zhì)金屬刀具的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來制造具有至少兩種不同硬度的材料的桿狀硬質(zhì)金屬刀具的方法，其中第一種材料具有較小的硬度，并構(gòu)成用于第二種較硬材料的桿狀基體。
例如由DE4021383C2、DE4120166C2、WO01/17705A2、DE10229325.2和DE10229326.0已知用來制造桿狀硬質(zhì)金屬刀具，特別是硬質(zhì)金屬鉆削工具的方法。在這些已知方法中分別采用一擠壓模具，借助于此模具制造由塑性物質(zhì)組成的圓柱形物體，它具有一個或幾個分布在其內(nèi)部的孔。擠壓模具具有一帶一變窄區(qū)和一噴嘴件的擠壓噴頭，噴嘴件形成一圓柱形通道。這些已知方法中沒有一種用來制造具有至少兩種不同硬度的材料的桿狀硬質(zhì)金屬工具，其中第一種材料具有較小的硬度并構(gòu)成較硬的第二種材料的桿狀基體。
由US 4,762,445A已知一種用來制造具有圓柱形基體的鉆削工具的方法。此基體在末端區(qū)域設(shè)計成圓錐形。它由第一種材料，例如碳化鎢，組成，它不易斷裂、堅韌、易于釬焊或焊接和可以良好地磨削。在該基體上加工出特別是磨出槽。這些槽用第二種極硬的材料填充，例如金剛石或立方氮化硼。接著采用高壓和高溫進行燒結(jié)，以便使兩種材料相互牢固連接。所述槽做成這樣的形狀并這樣選擇位置，使得金剛石層或立方氮化硼構(gòu)成鉆削工具的切削刃。
這種已知方法的缺點是，基體上的通常借助于磨削進行的槽的加工成本很高。磨削的槽只有淺的深度，亦即它們在刀具縱向只有小的長度。這有這樣的缺點，即最終制成的鉆削工具最多只能刃磨幾次。因此只能使用有限的時間。
由GB882693A已知，對不同金屬材料的物料流進行合并。這在采用一設(shè)置在兩個容器之間的噴頭的情況下進行。物料流由不同的壓力活塞提供，活塞凸肩分別伸入一容器內(nèi)，這種作用方式的目的是制造具有偏心設(shè)置的拉力重心的雙金屬。借助于GB882693A中所述的方法不可能制造一種組分完全包圍另一種組分的雙組分金屬桿。
同樣由US 3,457,760A已知，對不同金屬材料的物料流進行合并。這在采用一特殊機構(gòu)的情況下進行，它具有一電加熱的容器。將已經(jīng)存在的雙組分金屬桿輸送給此機構(gòu)，其中第二種金屬組分構(gòu)成第一種金屬組分的涂層。所述金屬組分在采用一壓力活塞的情況下通過一特殊成形的噴嘴擠出。在噴嘴出口提供一雙組分金屬桿，其中第二種金屬組分構(gòu)成第一種金屬組分的涂層。借助于在US 3,457,760A中所述的方法僅僅能夠進行已經(jīng)存在的桿的橫截面改變。
本發(fā)明的目的是，提出制造硬質(zhì)金屬刀具的途徑，其中不出現(xiàn)上述缺點。
這個目的通過具有在權(quán)利要求1中所述特點的方法實現(xiàn)。優(yōu)良的方案和改進結(jié)構(gòu)在從屬權(quán)利要求2-12中列出。權(quán)利要求13-20涉及用來實施按權(quán)利要求1-12之任一項的方法的裝置。權(quán)利要求21和22的內(nèi)容是按權(quán)利要求1-12之任一項的方法所制造的硬質(zhì)金屬刀具。
本發(fā)明的優(yōu)點特別是，在基體上不必加工槽，因為在擠壓期間第二種材料已經(jīng)進入第一種材料。這使得特別是第二種材料不僅可以設(shè)置在邊緣區(qū)域內(nèi)，而且可以置入第一種材料的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)。第二種材料在桿狀刀具的軸向可以具有大的長度，使得可以毫無問題地經(jīng)常進行刀具刃磨。這大大延長了刀具的使用壽命。
本發(fā)明其他優(yōu)良的特性由以下借助于附圖對實施例的說明得到。
附圖表示

圖1用來表示本發(fā)明第一種實施例的示意圖；圖2用來表示本發(fā)明第二種實施例的示意圖；圖3用來表示本發(fā)明第二種實施例的示意圖。
圖1表示本發(fā)明第一種實施例的示意圖。借助于此草圖說明本發(fā)明的基本原理。
借助于在圖1中所示的裝置制造硬質(zhì)金屬刀具的桿狀坯料，此刀具具有兩種不同硬度的材料。第一種材料具有較小的硬度并構(gòu)成用于第二種較硬材料的桿狀基體。第一種材料是硬質(zhì)金屬，它具有高的韌性，因此具有高的抗斷裂強度。因為第一種材料構(gòu)成用于第二種材料的基體，最終制成的刀具由于第一種材料的韌性而不易斷裂。第二種較硬的材料最好同樣是硬質(zhì)金屬，但是具有與第一種材料不同的化學(xué)成分，以確保所希望的較高的硬度。在本實施例中，第二種較硬的材料構(gòu)成第一種材料的芯部，亦即其沿縱向延伸的中心軸，但是按照另一種在圖中未畫出的實施例也可以偏心設(shè)置。
所示刀具的制造按如下方式進行在第一個按壓模具P1中，以塑性物料流8形式存在的第一種材料通過擠壓噴頭寬的區(qū)域1沿方向7向噴嘴件2擠壓，在寬的區(qū)域1和噴嘴件2之間設(shè)置一變窄的區(qū)域1a。噴嘴件形成一圓柱形通道。
第二種材料由第二個擠壓模具提供。在第二個擠壓模具中，同樣以塑性物料流形式存在的第二種材料通過寬的區(qū)域11沿方向7向噴嘴件12擠壓。在寬的區(qū)域11和噴嘴件12之間設(shè)一變窄區(qū)域11a。噴嘴件12形成一圓柱形通道，第二種材料以物料流的形式通過此通道輸出到一輸入管4。此輸入管4設(shè)置在兩個擠壓模具P1和P2之間。通過此輸入管由第二個擠壓模具P2提供的材料輸送給第一個擠壓模具P1。第一擠壓模具P1在擠壓噴頭區(qū)域內(nèi)，尤其是在噴嘴件2區(qū)域內(nèi)，具有一輸入孔13，通過它接收經(jīng)過輸入管4提供的第二種材料。
在所示實施例中，噴嘴件2做成兩體式，其中第一部分5a與擠壓噴頭的寬的區(qū)域1和變窄的區(qū)域1a做成一體。噴嘴件2的第二部分5b構(gòu)成其末端區(qū)域，它可以從第一部分5a上取下，例如擰下。
在噴嘴件2的第一區(qū)域5a內(nèi)裝入一支架3，它是一同心的支承環(huán)。它可以在取下末端區(qū)域5b時方便地裝入擠壓模具P1和方便地重新從它里面取出。
支架3具有一通道3a，其終端構(gòu)成一支架出口噴嘴10。在入口端，通道3a連接在一設(shè)置在噴嘴件2殼體內(nèi)的通道14上。
由第二個擠壓模具P2產(chǎn)生并通過輸入管4提供的第二種材料通過入口13進入第一個擠壓模具P1，并在那里通過通道14繼續(xù)輸送給支架3的通道3a。從支架3的出口噴嘴10擠出的第二種材料被擠入第一種物料流。因為在所示實施施例中出口噴嘴10設(shè)置在中央，在擠入后第二種材料成為第一種材料的芯部。
因此，從第一個擠壓模具P1中擠出的圓柱形物體9具有一構(gòu)成圓柱形物體9整個外部區(qū)域并由第一種材料組成的基體，圓柱形物體9的芯部9a由第二種材料構(gòu)成，這以橫剖視的形式表示在圖1中的右下方。
作為上述實施例的另一種選擇可以作如下變型第一種變型方案是，支架3不是設(shè)計成支承環(huán)的形式，而是銷狀支承元件的形式。第二種變型方案是，第二種材料不是以具有圓形橫截面的物料流形式，而是以具有非圓形橫截面物料流的形式擠入第一種材料。例如一種細(xì)長橫截面的形式是有利的，它在噴嘴件半徑的一半或者甚至整個內(nèi)徑上延伸。這種方法允許例如制造這樣的鉆削工具，即，其中切削區(qū)由第二種較硬的材料構(gòu)成。
綜上所述，所述實施例公開了一種用來制造具有兩種不同硬度的材料的桿狀硬質(zhì)金屬刀具的方法和裝置。第一種材料具有較小的硬度并構(gòu)成用于第二種較硬材料的桿狀基體。第一種材料以塑性物料流的形式在第一個擠壓模具內(nèi)向擠壓噴頭的噴嘴件方向擠壓。以塑性物料流的形式存在并且尤其是由第二個擠壓模具P2提供的第二種材料在第一個擠壓模具內(nèi)擠入第一種物料流。
從第一個擠壓模具P1中擠出的桿狀尤其是圓柱形的物體被繼續(xù)加工成一成品硬質(zhì)金屬工具，尤其是一硬質(zhì)金屬鉆削工具或硬質(zhì)金屬銑刀。
在這種后續(xù)加工范圍內(nèi)，離開第一個擠壓模具P1的物體在擠壓模具P1之外切斷成希望的長度。接著切斷的物體可以借助于一摩擦面裝置-例如像在WO 01/17705A2中詳細(xì)說明的那樣-均勻扭轉(zhuǎn)(扭絞)。切斷的和扭轉(zhuǎn)或未扭轉(zhuǎn)的物體進行干燥，有時在其外圈上配備一條或幾條排屑槽，最后燒結(jié)。
通過這種方式得到一種硬質(zhì)金屬刀具，它由于第一種材料的特性而不易斷裂，并由于第二種材料的特性在工作區(qū)內(nèi)特別硬。
圖2是一用來表示本發(fā)明第二個實施例的示意圖，該實施例相當(dāng)于圖1中所示實施例的改進結(jié)構(gòu)。按照此第二實施例，附加地在采用一第三個擠壓模具P3的情況下提供第三種材料，它或者是具有和第二種材料一樣的性能，或者是具有其他所希望的性能。此第三種材料通過另一輸入管20輸送給第一個擠壓模具P1。
由第三個擠壓模具P3產(chǎn)生并通過輸入管20提供的第三種材料通過一入口18進入第一個擠壓模具P1，并在那里經(jīng)過通道19繼續(xù)輸送給支架3的通道3b。從支架3的出口噴嘴10b中擠出的第三種材料和從支架3的出口噴嘴10a中擠出的第二種材料一樣壓入第一種物料流。
在這個實施例中，從第一個擠壓模具P1中擠出一圓柱形物體9。它具有一構(gòu)成圓柱形物體整個外部區(qū)域的并由第一種材料組成的基體。在該基體內(nèi)-如由圖2右下方的上部橫剖視所見-設(shè)有兩個填充物。填充物9d由第二種材料組成，填充物9c由第三種材料組成。
按圖2的實施例的變型在于，支架3的出口噴嘴10a和10b這樣地選擇成矩形，使得在完工鉆削工具中填充物9c′和9d′構(gòu)成切削刃。這表示在圖2右下方的下橫剖視中。填充物的彎曲形狀可以通過這樣的方法產(chǎn)生，即支架3的出口噴嘴10a和10b已經(jīng)具有彎曲的形狀，或者從第一個擠壓模具P1中擠出的圓柱形物體在第一個擠壓模具P1之外首先切斷，然后以希望的方式扭轉(zhuǎn)(扭絞)。
圖3是本發(fā)明第三種實施例的示意圖，此實施例相當(dāng)于圖2中所示實施例的改進結(jié)構(gòu)。
在該實施例中，除在圖2中所示的實施例之外還設(shè)有一控制單元21、一傳感器22、一閥23和一閥24。閥23位于第二擠壓模具P2和第一個擠壓模具P1之間的輸入管4內(nèi)。閥24設(shè)置在第三個擠壓模具P3和第一個擠壓模具P1之間的輸入管20內(nèi)。傳感器22設(shè)置在第一個擠壓模具P1之外圓柱形物體9的出口區(qū)內(nèi)，用來測量輸出路程或速度，或者檢測從第一個擠壓模具P1中擠出的圓柱形物體什么時候到達規(guī)定的位置。如果擠出的圓柱形物體到達規(guī)定位置，那么傳感器22便提供一輸出信號SS。
此信號輸送給控制單元21，并由它在計算控制信號S1、S2、S3和S4時加以考慮，控制信號S1用來調(diào)整安裝在第二個擠壓模具P2內(nèi)的活塞6的運動速度?？刂菩盘朣2用來控制閥23?？刂菩盘朣3用來調(diào)整設(shè)置在第三個擠壓模具P3內(nèi)的活塞17的運動速度?？刂菩盘朣4用來控制閥24?？刂茊卧?1的其他控制信號用來調(diào)整第一個擠壓模具P1內(nèi)的第一種材料的流量。
所述的流量控制或調(diào)整例如這樣進行，使得構(gòu)成以后的鉆削工具的切削區(qū)的第二和第三種材料僅僅在鉆削工具的前半部分壓入第一種材料。由此考慮這樣的情況，即，完工鉆削工具的后部區(qū)域在工作時夾緊在鉆夾頭內(nèi)，永遠(yuǎn)不會成為切削區(qū)。這種方式節(jié)省成本，因為構(gòu)成鉆削工具的切削區(qū)域的并因此必須特別硬的第二和第三種材料通常比第一種材料貴得多，第一種材料具有較低的硬度。
優(yōu)選地，所使用的全部材料都是硬質(zhì)金屬成分，它們分別具有所希望的性能。這樣，由于整個產(chǎn)品都是由硬質(zhì)金屬成分組成，因此具有回收簡單的優(yōu)點。其中不存在任何焊接，也不用考慮和處理不同的物質(zhì)。
或者也可以采取這樣的方案，即，作為后來構(gòu)成鉆削工具的切削區(qū)域的較硬的材料，使用多晶金剛石(PKD)，它也是目前已知的鉆削工具在切削區(qū)域所采用的材料。
本發(fā)明的方法和裝置主要是用來制造硬質(zhì)金屬鉆削工具或硬質(zhì)金屬銑刀，其作為基體材料的第一種硬質(zhì)金屬具有高的韌性和較小的硬度。這種硬質(zhì)金屬例如有高的鈷含量和較粗的粒度，它不適用于硬質(zhì)金屬刀具的切削區(qū)。這種硬質(zhì)金屬價格較為便宜。在該基體材料中，通過擠壓方法壓入切削刃材料，其優(yōu)選為一種具有很高硬度和較細(xì)粒度的硬質(zhì)金屬，以適應(yīng)硬質(zhì)金屬刀具切削區(qū)的要求?；蛘撸邢鲄^(qū)域中也可以使用多晶金剛石。
這里，所制造的刀具還可以是鉸刀。
所制造的刀具-例如象由WO 01/17705 A2已知的那樣-可以具有內(nèi)部的冷卻通道，在刀具工作期間，通過這些冷卻通道將液態(tài)的冷卻介質(zhì)導(dǎo)入該刀具的工作區(qū)。
作為上述實施形式的另一種選擇，也可以代替活塞壓力機采用螺桿壓力機，如果對于參與制造過程的每臺壓力機流量是已知的話。
附圖標(biāo)記表P1 第一個擠壓模具P2 第二個擠壓模具P3 第三個擠壓模具1 擠壓噴頭的寬區(qū)1a 擠壓噴頭的變窄區(qū)2 噴嘴件3 支架3a 支架內(nèi)的通道3b 支架內(nèi)的通道4 輸入管5a 噴嘴件2的第一區(qū)5b 噴嘴件2的末端區(qū)6 第二擠壓模具的活塞7 擠壓方向8 塑性物質(zhì)9 圓柱形物體9a 由較硬的第二種材料組成的芯部9b 由較軟的第一種材料組成的基體9c 由較硬的第二種材料組成的填充物9d 由較硬的第三種材料組成的填充物10 支架出口噴嘴10a支架出口噴嘴10b支架出口噴嘴11 第二擠壓噴頭寬區(qū)11a第二擠壓噴頭的變窄區(qū)12 第二擠壓噴頭的噴嘴件13 入口
14 噴嘴件2內(nèi)的通道15 第三擠壓噴頭寬區(qū)15a第三擠壓噴頭的變窄區(qū)16 第三擠壓噴頭的噴嘴件17 第三擠壓模具的活塞18 入口19 噴嘴件2內(nèi)的通道20 輸入管21 控制單元22 傳感器23 閥24 閥S1、S2、S2、S4控制信號SS 傳感器22的輸出信號
權(quán)利要求
1.用來制造具有至少兩種不同硬度的材料的桿狀硬質(zhì)金屬刀具的方法，其中第一種材料具有較小的硬度并構(gòu)成用于較硬的第二種材料的桿狀基體，其特征為-第一種材料在第一個擠壓模具(P1)內(nèi)以塑性物料流的形式提供，-第二種材料在第二個擠壓模具(P2)內(nèi)同樣以塑性物料流的形式提供，-第二種材料輸送給第一個擠壓模具(P1)，并在第一個擠壓模具(P1)內(nèi)壓入到第一種物料流中，-由第一和第二種材料組成的一個共同的塑性物料流作為桿狀物體從第一個擠壓模具中輸出，其中第一種材料構(gòu)成用于第二種材料的桿狀基體，-從第一個擠壓模具中輸出的桿狀物體后續(xù)加工成一硬質(zhì)金屬刀具。
2.按權(quán)利要求1的方法，其特征為第二種材料應(yīng)用一噴頭壓入到第一種物料流中。
3.按權(quán)利要求2的方法，其特征為第二種材料應(yīng)用一非圓橫截面噴頭壓入到第一種物料流中。
4.按權(quán)利要求3的方法，其特征為第二種材料應(yīng)用一細(xì)長橫截面噴頭壓入到第一種物料流中。
5.按上述權(quán)利要求之任一項的方法，其特征為第二種材料借助于第二個擠壓模具(P2)提供，并通過一連接兩個擠壓模具的通道輸送給第一擠壓模具。
6.按權(quán)利要求5的方法，其特征為根據(jù)傳感器的輸出信號調(diào)整所需要的材料流量。
7.按權(quán)利要求6的方法，其特征為借助于傳感器測量圓柱形物體從第一個擠壓模具(P1)中擠出的速度。
8.按權(quán)利要求7的方法，其特征為第一和第二個擠壓模具(P1、P2)的物料流的速度分別根據(jù)傳感器的輸出信號通過活塞的運動進行控制。
9.按權(quán)利要求5-8之任一項的方法，其特征為借助于第二個擠壓模具(P2)提供的材料通過一控制閥輸送給第一個擠壓模具(P1)。
10.按權(quán)利要求9的方法，其特征為閥根據(jù)傳感器的輸出信號控制。
11.按權(quán)利要求8-10之任一項的方法，其特征為活塞和/或閥的運動這樣地控制，使得第二種材料壓入到第一種物料流中僅僅是在規(guī)定時間段內(nèi)這樣地進行，即，第二種材料僅壓入到離開第一個擠壓模具(P1)的物體的前部區(qū)域。
12.按上述權(quán)利要求之任一項的方法，其特征為在第一個擠壓模具(P1)內(nèi)將另外的以塑性物料流的形式存在的材料壓入到第一種物料流中。
13.用來實施按權(quán)利要求1-12之任一項的方法的裝置，具有-一第一個擠壓模具(P1)，在它里面第一種材料可以以塑性物料流的形式向其噴嘴件(2)的方向擠壓，-一第二個擠壓模具(P2)，借助于它提供塑性物料流形式的第二種材料，-一連接兩個擠壓模具的通道(4)，-另一個噴頭(10)，第二種材料可通過它壓入第一種材料。
14.按權(quán)利要求13的裝置，其特征為所述另一個噴頭(10)具有非圓形橫截面形狀。
15.按權(quán)利要求14的裝置，其特征為所述另一個噴頭具有細(xì)長的橫截面形狀。
16.按權(quán)利要求13-15之任一項的裝置，其特征為此裝置具有一控制單元(21)，它用來調(diào)整所需要的材料流量。
17.按權(quán)利要求16的裝置，其特征為此裝置具有一傳感器(22)，它與控制單元(21)相連，控制單元(21)用來根據(jù)傳感器的輸出信號(SS)調(diào)整所需要的流量。
18.按權(quán)利要求13-17之任一項的裝置，其特征為此裝置具有一閥(23)，該閥設(shè)置在連接兩個擠壓模具的通道(4)內(nèi)。
19.按權(quán)利要求16-18之任一項的裝置，其特征為控制單元(21)用來控制閥(23)。
20.按權(quán)利要求13-19之任一項的裝置，其特征為此裝置具有至少一個另外的擠壓模具(P3)，它通過一通道(20)與第一個擠壓模具(P1)連接，其中所述至少一個另外的擠壓模具(P3)用來提供以塑性物料流的形式存在的另一種材料。
21.按權(quán)利要求1-12之任一項的方法制造的具有至少兩種不同硬度的材料的桿狀硬質(zhì)金屬刀具，其中第一種材料具有較小的硬度并構(gòu)成用于較硬的第二種材料的桿狀基體。
22.按權(quán)利要求21的硬質(zhì)金屬刀具，其特征為較硬的第二種材料構(gòu)成刀具的切削區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用來制造具有至少兩種不同硬度的材料的桿狀硬質(zhì)金屬刀具的方法。具有較小硬度的第一種材料構(gòu)成用于較硬的第二種材料的基體。第一種材料在第一個擠壓模具(P1)內(nèi)以塑性物料流的形式向其噴嘴區(qū)擠壓。第二種材料在第一個擠壓模具(P1)內(nèi)同樣以塑性物料流的形式壓入第一種物料流內(nèi)。本發(fā)明還涉及實施這種方法的裝置。
文檔編號B21C23/22GK1729065SQ200380107288
公開日2006年2月1日 申請日期2003年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月2日
發(fā)明者阿爾諾·弗里德里希斯 申請人:阿爾諾·弗里德里希斯