專利名稱：具有至少部分模制的本體的切削刀具及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及旋轉(zhuǎn)式切削刀具，并且更特別地涉及具有總體上圓柱形的本體的切削刀具，該本體的至少一部分是通過模制方法形成的。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種用于制造此類切削刀具的方法。
背景技術(shù)：
旋轉(zhuǎn)式切削刀具(例如但不限于:鉆頭、鉸刀、或者端銑刀)通常是由硬化工具鋼、由涂覆有二級硬化材料的硬化工具鋼、或者由配備有其他硬化材料形成所形成的可更換的切削鑲片的硬化工具鋼總體形成的，其他硬化材料是諸如像聚晶金剛石(PCD)、聚晶立方氮化硼(PCBN)、陶瓷、燒結(jié)碳化物、以及金屬陶瓷。盡管此類硬化材料一般產(chǎn)生了所希望的最終產(chǎn)品，但是與生產(chǎn)此類最終產(chǎn)品相關(guān)聯(lián)的成本一般是不希望的，因為這些硬化材料典型地要求大量的時間和機(jī)加工以便生產(chǎn)一種完成的產(chǎn)品。盡管已知的旋轉(zhuǎn)式切削刀具在許多應(yīng)用中已經(jīng)是普遍適合的，但是仍然存在改進(jìn)的空間。例如，當(dāng)由單件的碳化物制成的鉆頭已經(jīng)用于切削刃變鈍的點上時，該鉆頭必須要么被丟棄要么被再修整。在大多數(shù)情況下，僅有這些切削刃被磨損而該切削刀具本體的剩余部分沒有被磨損。丟棄該切削刀具明顯地導(dǎo)致該工具不再被使用。另一方面，再修整提供了該工具的進(jìn)一步使用，但是這種進(jìn)一步使用與原始使用相比經(jīng)常是更有限的并且伴隨著通常大的再修整費用。因此，對改進(jìn)型切削刀具存在著需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施方案著手解決了現(xiàn)有技術(shù)中的多個缺陷，這些實施方案針對的是一種改進(jìn)型旋轉(zhuǎn)切削刀具及其制作方法。作為本發(fā)明的一個方面，提供了一種切削刀具，當(dāng)機(jī)床使該切削刀具圍繞一條中央縱向軸線轉(zhuǎn)動時該切削刀具在工件上進(jìn)行切削操作。這種切削刀具包括:一個圍繞該中央軸線布置的總體上圓柱形的本體，該總體上圓柱形的本體具有一個第一端以及一個相反的第二端；一個被布置在該總體上圓柱形的本體的第一端之處或附近的切削部分，該切削部分具有被結(jié)構(gòu)化用于在切削操作過程中與工件相接合的多個切削刃；以及一個被布置在該總體上圓柱形的本體的相反的第二端之處或附近的安裝部分，該安裝部分被結(jié)構(gòu)化用于與該機(jī)床相連接。該總體上圓柱形的本體的至少一部分包括一個通過模制方法形成的模制部分。該模制部分是圍繞該切削部分以一種使該切削部分連接到該總體上圓柱形的本體上的方式而形成的。該模制部分可以由纖維或顆粒來形成，這些纖維或顆粒是隨機(jī)布置的或者以預(yù)定的層結(jié)構(gòu)布置在一種基質(zhì)材料之間/之中。
該圓柱形本體部分可以包括一個被布置在該中央軸線之處或附近的預(yù)成形的內(nèi)芯部分，并且該模制部分可以圍繞該內(nèi)芯部分來形成。該內(nèi)芯部分可以包括空心管狀構(gòu)件或?qū)嵭膱A柱形構(gòu)件之一。該內(nèi)芯部分可以由鋼、碳化物、纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料、或者顆粒增強(qiáng)的復(fù)合材料之一來形成。該模制部分可以包括多個被布置或形成在其中的耐磨損元件。這些耐磨損元件可以由P⑶、PCBN、碳化物、金屬陶瓷、或陶瓷中的至少一種來形成。該圓柱形本體部分可以包括多個切屑排空槽，并且該模制部分可以包括被布置在這多個槽之處或附近的多個耐磨損和/或耐熱的顆粒。該模制部分可以包括被布置在該安裝部分之處或附近的多個耐磨損金屬層和/或隔片。該模制部分可以包括多個形成在其中的冷卻通道。該切削部分可以包括通過該模制部分而連接到該圓柱形本體上的多個板構(gòu)件，并且這多個切削刃可以形成在被選擇性地連接到該多個板構(gòu)件上的多個切削鑲片中。作為本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于形成在旋轉(zhuǎn)切削操作中使用的切削刀具的方法。該方法包括:提供由一個或多個模具區(qū)段形成的一個模具，該模具帶有多個內(nèi)表面，這些內(nèi)表面限定了該模具內(nèi)的一個呈切削刀具形狀的內(nèi)部空間；將該切削刀具的切削部分固定在該模具內(nèi)；在該模具的內(nèi)部空間內(nèi)并且圍繞該切削部分的一個部分提供一定量的可凝固的材料以便在該模具中形成一個切削刀具；允許該可凝固的材料凝固；并且從該模具中取出該切削刀具。該方法可以進(jìn)一步包括:在該模具中提供這個量的可凝固的材料之前將一個芯部分放在該模具內(nèi)，并且在該模具內(nèi)提供這個量的可凝固的材料可以包括圍繞該芯部分來提供該可凝固的材料。該方法可以進(jìn)一步包括:在該模具中提供這個量的可凝固的材料之前將多個管狀構(gòu)件放在該模具內(nèi)，并且在該模具內(nèi)提供這個量的可凝固的材料可以包括圍繞該多個管狀構(gòu)件來提供該材料。這個量的可凝固的材料的可以通過注入方法來提供。這個量的可凝固的材料可以通過真空方法將該可凝固的材料拉入該模具的內(nèi)部空間內(nèi)來提供。該方法可以進(jìn)一步包括在該可凝固的材料內(nèi)提供多個耐磨損的元件。該方法可以包括在從該模具中取出該切削刀具后電鍍該凝固的材料的一部分。


當(dāng)結(jié)合這些附圖來閱讀時，可以從以下對優(yōu)選實施方案的說明中獲得對本發(fā)明的全面理解，在附圖中:圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方案的旋轉(zhuǎn)式切削刀具的等距視圖；圖2是圖1的旋轉(zhuǎn)式切削刀具沿線2-2而截取的截面視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施方案的旋轉(zhuǎn)式切削刀具的截面視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的又另一個示例性實施方案的旋轉(zhuǎn)式切削刀具的截面視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方案的旋轉(zhuǎn)式切削刀具的一個部分的等距視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的另外一個示例性實施方案的旋轉(zhuǎn)式切削刀具的一個部分的等距視圖；并且圖7是用于形成根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施方案的切削刀具的一個模具的示意性等距視圖。
具體實施例方式這里使用的方向性詞語(例如像:左、右、前、后、頂部、底部及其派生詞)涉及在附圖中示出的這些構(gòu)件的取向，并且對于權(quán)利要求并非進(jìn)行了限制，除非在此明確地引述。在所有附圖中對相同的部件提供相同的參考號。如在此使用的，術(shù)語“多個(number)”是指任何非零的數(shù)量(S卩，一個或大于一的任
何數(shù)量)。圖1描繪了根據(jù)本發(fā)明一個非限制性實施方案的一種示例性的切削刀具，該切削刀具是用于在切削刀具10圍繞一條中央縱向軸線11轉(zhuǎn)動時在一個工件(未示出)上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切削操作。切削刀具10包括一個總體上圓柱形的刀具本體12，該刀具本體具有一個第一端14和一個相反的第二端16。盡管切削刀具10是以鉸刀的形式示出的，但是應(yīng)認(rèn)識到的是在此說明的這些概念也可以應(yīng)用到其他旋轉(zhuǎn)式切削刀具，例如但不限于鉆頭(例如，單槽的、多槽的、螺旋的、直線的)、模塊式鉆頭、分級鉆頭、端銑刀、平面銑刀、切槽刀具、車削刀具、鉆桿、特形統(tǒng)(router)、絲錐、以及圓鋸。繼續(xù)參見圖1，切削刀具10包括一個總體上布置在該第一端14之處或附近的切削部分17，該切削部分被結(jié)構(gòu)化用于與一個工件(未示出)相結(jié)合并且當(dāng)該切削刀具10圍繞該中央縱向軸線11旋轉(zhuǎn)時在該工件上進(jìn)行切削操作。在所展示的實施方案中，切削部分17包括一個總體上垂直于軸線11布置的板構(gòu)件18，該板構(gòu)件具有作為其一部分形成的或者連接到其上(永久性地或者選擇性地)多個(在所展示的實施方案中是兩個)切削部分20。當(dāng)在圖1中所展示的實施方案中切削刀具10被描繪為鉸刀，這些切削部分20包括兩個鉸削鑲片，每個鉸削鑲片是選擇性地連接到該板構(gòu)件18上，使得每個鑲片可以由于在使用中磨損或撕裂而按需要進(jìn)行選擇性地取出或者更換。此種選擇性的連接可以通過本領(lǐng)域中通常用于將可移除的鑲片連接到切削刀具上的各種手段來完成。繼續(xù)參見圖1，切削刀具10進(jìn)一步包括一個安裝部分22，該安裝部分總體上被布置在該第二端16之處或附近，該安裝部分被適配成有待安裝在一個卡盤上或者機(jī)床的其他類似部分上用于使該切削刀具10圍繞軸線11旋轉(zhuǎn)。在刀具本體12中可以提供從該切削部分17向安裝部分22延伸的一個或多個槽23，以便輔助排空在切削操作過程中形成的切屑。盡管在所描繪的示例性實施方案中顯示了具有多個直槽，但是應(yīng)認(rèn)識到在刀具本體12中提供的這些槽還可以是螺旋的、具有不同的量、或者其他適合的安排，而并不背離本發(fā)明的范圍。應(yīng)認(rèn)識到切削刀具10可以包括之前描述的任何或所有特征、連同在此沒有特別提及的已知切削刀具的其他多個特征，而并不背離本發(fā)明的范圍。切削刀具10與已知切削刀具的不同之處在于:該圓柱形本體12的全部或至少一部分是用模制方法以一種完成的或半完成的狀態(tài)形成的。如圖2中的截面視圖所示，切削刀具10的整個刀具本體12是作為一種通過模制方法形成的模制部分24而形成的。此種模制方法是使用一種模具來進(jìn)行的，如在圖7中示意性描繪的模具25。模具25包括多個內(nèi)表面26，這些內(nèi)表面限定了一個呈該切削刀具10的外部形狀形式的內(nèi)部空間28。模具25優(yōu)選是由一種諸如通常用于形成模具的適當(dāng)剛性、或半剛性的材料形成，并且可以由多個部分(未編號)形成或者包括多個部分，這多個部分可以連接在一起而形成模具25并且于是隨后分離以便有助于取出所形成的切削刀具10。模具24包括用于將切削刀具10的切削部分17固定在該內(nèi)部空間28內(nèi)的精確位置中的一個或多個連接結(jié)構(gòu)30。盡管圖7中僅示例性地進(jìn)行了顯示，但是此種或此類連接機(jī)構(gòu)可以包括:夾具、螺釘型精密定位件、膠、或銷。優(yōu)選地，模制部分24是由一種復(fù)合材料形成的。例如，模制部分24可以由纖維或顆粒來形成，這些纖維或顆粒是隨機(jī)布置的或者以預(yù)定的層結(jié)構(gòu)布置在一種可凝固的基質(zhì)材料之間/之中。此種可凝固的基質(zhì)材料可以被預(yù)浸潰有纖維并且隨后在進(jìn)一步的加工過程中凝固，或者優(yōu)選地通過注入或真空方法而提供到該模具25中并且然后允許其凝固?？梢孕纬稍撃Ｖ撇糠?4的適合材料的實例包括但不限于:增強(qiáng)的塑料、碳纖維復(fù)合材料、金屬基質(zhì)復(fù)合材料、以及金屬合金。另外，模制部分24的所有或選定的部分可以由特別耐高溫或磨損的選定材料來形成。例如，靠近切削部分17的區(qū)域通常要經(jīng)受來自切削操作中的高熱連同摩料碎屑。同樣地，該刀具本體12的這些切屑排空部分(例如，槽23)通常也會經(jīng)受這樣的條件。圖1的模制部分24的部分24’顯示了此類區(qū)域的一些非限制性實例，這些區(qū)域希望地是由耐熱/耐磨損材料形成。圖3和圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的其他實施方案的示例性切削刀具10’和10”的截面視圖，這些實施方案結(jié)合了與切削刀具10類似的但以略微不同的方式形成的特征(例如但不限于槽23)。更特別地，切削刀具10’和10”顯示了示例性的實施方案，在這些實施方案中刀具本體12’和12”是由一個圍繞預(yù)成型的中央芯部52形成的模制部分50所形成的。在此類實例中，模制部分50總體上是如之前討論的被成形的。如圖3的示例性實施方案中所顯示的，芯部52可以由一個實心圓柱形構(gòu)件60來形成。如圖4的示例性實施方案中所顯示的，芯部52也可以由一個空心管狀構(gòu)件70來形成。在任一情況下，芯部52優(yōu)選地由鋼、碳化物、纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料、顆粒增強(qiáng)的復(fù)合材料、或者其他適合材料形成的。芯部52可以初始地以無應(yīng)力的狀態(tài)來提供或者替代地可以在形成該模制部分50之前在其附近被施加預(yù)應(yīng)力。例如，芯部52可以初始地放進(jìn)一個模具如模具25中，在其附近形成該模制部分50之前處于受徑向應(yīng)力的條件(例如，扭絞的)下。芯部52的這種預(yù)加應(yīng)力可以用于修飾彎曲或扭轉(zhuǎn)行為?？招墓軤顦?gòu)件70可以用作一個冷卻劑通道以便提供冷卻劑穿過刀具本體12”總體上到達(dá)該切削刀具10 ”的切削部分上的流動。作為替代方案，在某些應(yīng)用中，管狀構(gòu)件70可以用于提供一種從與該切削刀具10”的切削部分相鄰的切削區(qū)域中排空內(nèi)部切屑的裝置。為了增加該切削刀具10的耐久性以及總體性能，在其中布置或形成一個或多個耐磨損元件。此類耐磨損元件可以(例如但不限于)由一種或多種ra)(聚晶金剛石)、PCBN(聚晶立方氮化硼)、碳化物、金屬陶瓷、陶瓷、或其他適合材料來形成。例如，可以將耐磨損和/或耐熱的顆粒結(jié)合到與這些槽相鄰的模制部分中以便幫助保護(hù)這些槽不會由于與在切削過程中形成的熱量和磨料碎屑相接觸而變形，如之前關(guān)于圖1的部分24’所說明的。類似地，模制材料在這些槽之處或附近的這些部分可以在該切削刀具已經(jīng)在模具25中形成并且隨后從中取出之后通過電鍍方法被涂覆，以便為這些區(qū)域提供額外的保護(hù)。作為另一個實例，如圖5中所示，該模制部分可以包括被布置在該切削刀具10”’的安裝部分22之處或附近的多個耐磨損的金屬層和/或隔片70，以便增加該切削刀具在它將被安裝在機(jī)床(未示出)中的位置之處或附近的強(qiáng)度/耐磨損性。作為又另一個實例，如圖6中所示，該模制部分可以在其中包括被模制在該切削刀具的前導(dǎo)端(即，第一端14)之處或附近的多個耐磨損部分72，這些部分用作該切削刀具的引導(dǎo)墊。因此，部分72將典型地從該刀具本體12略微向外延伸。除了耐磨損的元件之外，還可以容易地將其他有益的元件結(jié)合到該切削刀具本體的模制部分中。作為一個實例，在模具25中可以提供多個剛性或半剛性的管狀構(gòu)件，使得該模制部分將總體上在其附近被形成。一旦這種模制部分被形成并且該切削工具從該模具中被取出，則此類管狀構(gòu)件可以用作冷卻通道以用于幫助降低在切削操作過程中該刀具本體或切削部分之一或兩者的溫度。雖然在此已經(jīng)對本發(fā)明的具體實施方案進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到，鑒于本披露的整體傳授內(nèi)容可以發(fā)展出對這些細(xì)節(jié)的不同的修改和替代方案。因此，所披露的具體安排僅是說明性的，而不作為對本發(fā)明的范圍的限制，本發(fā)明的范圍應(yīng)涵蓋在所附權(quán)利要求以及其任何和所有的等效物的全部廣度內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種切削刀具，用于當(dāng)機(jī)床使該切削刀具圍繞一條中央軸線轉(zhuǎn)動時在一個工件上進(jìn)行切削操作，該切削刀具包括: 一個圍繞該中央軸線布置的總體上圓柱形的本體，該總體上圓柱形的本體具有一個第一端和一個相反的第二端； 一個被布置在該總體上圓柱形的本體的第一端之處或附近的切削部分，該切削部分具有被結(jié)構(gòu)化用于在切削操作過程中與該工件相接合的多個切削刃；以及 一個被布置在該總體上圓柱形的本體的相反的第二端之處或附近的安裝部分，該安裝部分被結(jié)構(gòu)化成有待與該機(jī)床相連接， 其中，該總體上圓柱形的本體的至少一部分包括一個通過模制方法形成的模制部分，并且 其中，該模制部分是圍繞該切削部分以一種使該切削部分連接到該總體上圓柱形的本體上的方式而形成的。
2.如權(quán)利要求1所述的切削刀具，其中，該模制部分包括隨機(jī)布置的或者以預(yù)定的層結(jié)構(gòu)布置在一種基質(zhì)材料之中/之內(nèi)的纖維或顆粒。
3.如權(quán)利要求1所述的切削刀具，其中，該圓柱形的本體部分包括一個被布置在該中央軸線之處或附近的預(yù)成形的內(nèi)芯部分，并且該模制部分是圍繞該內(nèi)芯部分形成的。
4.如權(quán)利要求3所述的切削刀具，其中，該內(nèi)芯部分包括空心管狀構(gòu)件或?qū)嵭膱A柱形構(gòu)件之一。
5.如權(quán)利要求3所述的切削刀 具，其中，該內(nèi)芯部分是由鋼、碳化物、纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料、或顆粒增強(qiáng)的復(fù)合材料之一形成的。
6.如權(quán)利要求1所述的切削刀具，其中，該模制部分包括被布置或形成在其中的多個耐磨損元件。
7.如權(quán)利要求6所述的切削刀具，其中，這些耐磨損元件是由P⑶、PCBN、碳化物、金屬陶瓷、或陶瓷中的至少一種形成的。
8.如權(quán)利要求1所述的切削刀具，其中，該圓柱形本體部分包括多個切屑排空槽，并且其中該模制部分可以包括被布置在該多個槽之處或附近的多個耐磨損和/或耐熱的顆粒。
9.如權(quán)利要求1所述的切削刀具，其中，該模制部分包括被布置在該安裝部分和該切削部分中的至少一個之處或附近的多個耐磨損和/或耐熱的金屬層和/或隔片。
10.如權(quán)利要求1所述的切削刀具，其中，該模制部分包括在其中形成的多個冷卻通道。
11.如權(quán)利要求1所述的切削刀具，其中，該切削部分包括通過該模制部分而連接到該圓柱形的本體上的多個板構(gòu)件，并且其中該多個切削刃是形成在被選擇性地連接到該多個板構(gòu)件上的多個切削鑲片中。
12.一種用于形成在旋轉(zhuǎn)切削操作中使用的切削刀具的方法，該方法包括: 提供由一個或多個模制區(qū)段形成的模具，該模具帶有多個內(nèi)表面，該多個內(nèi)表面在該模具內(nèi)限定了一個呈該切削刀具形狀的內(nèi)部空間； 將該切削刀具的切削部分固定在該模具內(nèi)； 在該模具的內(nèi)部空間并且圍繞該切削部分的一個部分來提供一定量的可凝固的材料，以便在該模具內(nèi)形成一個切削刀具；允許該可凝固的材料凝固； 將該切削刀具從該模具中取出。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括:在該模具中提供這個量的可凝固的材料之前將一個芯部分放在該模具內(nèi)，并且其中在該模具內(nèi)提供這個量的可凝固的材料包括圍繞該芯部分來提供該可凝固的材料。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括:在該模具中提供這個量的可凝固的材料之前將多個管狀構(gòu)件放在該模具內(nèi)，并且其中在該模具內(nèi)提供這個量的可凝固的材料包括圍繞該多個管狀構(gòu)件來提供該材料。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，這個量的可凝固的材料是通過注入方法來提供的。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，這個量的可凝固的材料是通過真空方法將該可凝固的材料拉入該模具的內(nèi)部空間內(nèi)來提供的。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括在該可凝固的材料內(nèi)提供多個耐磨損的元件。
18.如權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括在從該模具中取出該切削刀具后對所凝固的材料的一部分進(jìn)行 電鍍。
全文摘要
一種切削刀具，用于當(dāng)機(jī)床使該切削刀具圍繞一條中央軸線旋轉(zhuǎn)時在工件進(jìn)行切削操作，該切削刀具包括一個圍繞該中央軸線布置的總體上圓柱形的本體?？傮w上圓柱形的本體包括一個第一端和一個相反的第二端。切削刀具進(jìn)一步包括一個切削部分以及一個安裝部分。切削部分被布置在總體上圓柱形的本體的第一端之處或附近、并且包括被結(jié)構(gòu)化用于在切削操作過程中與工件相接合的多個切削刃。安裝部分被布置在總體上圓柱形的本體的相反的第二端之處或附近、并且被結(jié)構(gòu)化成有待與該機(jī)床相連接?？傮w上圓柱形的本體的至少一部分包括一個模制部分，模制部分是通過模制方法以將該切削部分連接到總體上圓柱形的本體上的方式圍繞切削部分而形成的。
文檔編號B23D77/00GK103111663SQ20121046142
公開日2013年5月22日 申請日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者C·蓋, F·戈, J·巴里, J·康諾利, T·米勒 申請人:鈷碳化鎢硬質(zhì)合金公司