[發明專利]具有冷卻劑通道的復合制品和工具制造方法

無效

• 申請號: 200680014550.2
• 申請日: 2006-06-14
• 公開（公告）號: CN101166597A
• 公開（公告）日: 2008-04-23
• 發明（設計）人: 普拉卡什·K·默錢達尼;邁克爾·E·沃勒;杰弗里·L·韋戈爾德;比利·D·斯韋倫金
• 申請（專利權）人: TDY工業公司
• 主分類號: B22F7/06
• 分類號: B22F7/06;B22F5/10
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 曲瑩

技術領域

本發明總體上涉及形成具有復合構造的制品(例如，工具坯)的方法，所述復合構造包括不同的成分和/或微觀結構的區域。本發明還涉及旋轉工具和旋轉工具的工具坯，旋轉工具具有復合構造和至少一個冷卻劑通道。本發明的方法基本上應用于旋轉工具的生產，并且可以例如應用于硬質合金旋轉工具的生產，該硬質合金旋轉工具用于材料去除操作，例如鉆孔、鉸孔、鉆埋頭孔、鏜孔和端銑削。

背景技術

硬質合金旋轉工具(即，受到驅動進行旋轉的工具)通常用于機加工操作，例如鉆孔、鉸孔、鉆埋頭孔、鏜孔、端銑削和攻絲。這類工具一般具有實心的整體構造。這類工具的制造過程可以包括固結冶金粉末(包括微粒陶瓷和粘結金屬)，以形成壓塊。然后燒結該壓塊以形成具有實心整體構造的圓柱形工具坯。正如這里所使用的，整體構造是指工具由例如硬質合金材料構成，該材料在工具內的任何工作容積處都具有大致相同的特性。在燒結之后，對工具坯進行適當的機加工，以形成旋轉工具的具有特定幾何形狀的切削刃和其它部件。旋轉工具包括例如鉆、端銑刀、鉸刀和絲錐。

由硬質合金構成的旋轉工具適合于許多工業應用，包括由例如金屬、木材和塑料制成的材料的切割和成形。硬質合金工具因這些材料的特性中結合了拉伸強度、耐磨性和韌性而在工業上很重要。硬質合金材料包括至少兩相：至少一種硬陶瓷組分和由金屬粘結劑構成的柔軟基體。硬陶瓷組分可以是例如在元素周期表中位于IVB至VIB族內的元素的碳化物。通常的示例是碳化鎢。粘結劑可以是金屬或金屬合金，一般是鈷、鎳、鐵或這些金屬的合金。粘結劑將陶瓷組分“接合”在三維空間中互連的基體內。硬質合金可以通過固結由至少一種粉末陶瓷組分和至少一種粉末粘結劑構成的冶金粉末混合物來制造。

硬質合金材料的物理和化學性質部分地取決于用于生產該材料的冶金粉末的單個組分。硬質合金材料的性質由例如陶瓷組分的化學組成、陶瓷組分的顆粒尺寸、粘結劑的化學組成以及粘結劑與陶瓷組分的比例確定。通過改變冶金粉末的組分，可以將諸如鉆和端銑刀的旋轉工具生產成具有與特定應用場合相匹配的獨特性質。

整體旋轉工具還可以包括延伸通過其主體和柄部的冷卻劑通道，以允許諸如油或水的冷卻劑流到旋轉工具的切削表面。冷卻劑可以在柄端部處進入通道并在鉆尖處離開。冷卻劑冷卻旋轉工具和工件，并有助于將碎屑和灰塵從孔中噴出。在機加工操作期間使用冷卻劑除了延長工具壽命以外，還允許利用旋轉工具的更高的切削速度和更快的進給速率。具有冷卻劑通道的旋轉工具特別適合于在硬材料中鉆深孔。

然而，旋轉工具的整體構造在本質上限制了其性能和應用范圍。例如，圖1示出螺旋鉆10的側視圖和端視圖，該螺旋鉆10具有用于在諸如木材、金屬和塑料的構造材料中形成并拋光孔的典型設計。螺旋鉆10包括最初切入工件中的橫刃11。鉆10的切削尖14跟隨橫刃11并且在鉆孔的同時去除大部分材料。切削尖14的外周16對孔進行拋光。在切削過程中，切削速度從鉆的中心到鉆的外周顯著不同。該現象在圖2中示出，該圖示意性地比較了典型螺旋鉆的切削尖的內徑D1、外徑D3和中徑D2的切削速度。在圖2(b)中，外徑D3為1.00英寸，直徑D1和D2分別為0.25和0.50英寸。圖2(a)示出螺旋鉆以每分鐘200轉的速度工作時三個不同直徑處的切削速度。如圖2(a)和(b)所示，在旋轉工具的切削刃上的不同點處測量的切削速度將隨著距工具旋轉軸線的距離的增加而增加。

由于切削速度的變化，具有整體構造的鉆和旋轉工具將不能經受均勻的磨損和/或切削和工具切削刃在從工具切削表面的中心到外側邊緣的不同點處的開裂。此外，在鉆經過表面硬化的材料時，橫刃一般用于穿透外層，而鉆體的剩余部分去除表面硬化材料的較軟芯部的材料。因此，在上述應用場合使用的整體構造的常規鉆的橫刃的磨損速度將比切削刃的剩余部分的磨損速度快得多，從而致使這種鉆的使用壽命相對較短。在這兩種情況下，由于常規硬質合金鉆的整體構造，必須頻繁地重新研磨切削刃，從而大大地限制了刀刃的使用壽命。頻繁的重新研磨和工具改變也會導致所使用的機床有過多的停機時間。