[發明專利]復合燒結碳化物旋轉切削工具及旋轉切削工具坯料

有效

• 申請號: 201080031372.0
• 申請日: 2010-04-22
• 公開（公告）號: CN102459667A
• 公開（公告）日: 2012-05-16
• 發明（設計）人: P.K.米爾錢達尼
• 申請（專利權）人: TDY工業公司
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C29/06
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 秦劍

技術領域

本發明一般涉及旋轉切削工具及旋轉切削工具坯料(blank)，其具有復合構造，該復合構造包括不同的組成和/或顯微組織的區域，本發明還涉及相關方法。本發明更具體地涉及具有復合構造的多級燒結碳化物(硬質合金)旋轉切削工具和用于旋轉切削工具的坯料，其中至少一個區域包括混合(hybrid)燒結碳化物，該燒結碳化物(cemented?carbide)包含立方碳化物(cubic?carbide)，本發明更具體地還涉及制造旋轉切削工具和旋轉切削工具坯料的方法。本發明的旋轉切削工具適用于多種通常應用，例如，適用于鉆孔、鉸孔(reaming)、錐形擴孔(countersinking)、平底擴孔(counterboring)和端銑。

背景技術

燒結碳化物旋轉切削工具(即，驅動旋轉的切削工具)通常在切削加工中使用，例如，鉆孔、鉸孔、錐形擴孔、平底擴孔、端銑和攻螺紋(tapping)。傳統上，所述工具是利用非混合密實的(solid)整體式構造(monolithic?construction)制造的。該工具的生產工藝包括固結冶金粉末(由粒狀陶瓷和金屬粘結劑組成)以制成一坯塊。該坯塊然后受到燒結以形成具有整體式構造的圓柱形工具坯料。如本文所用，術語“整體式構造”指的是，工具是由密實材料構成的，諸如燒結碳化物，其在工具內部的任何工作體積處具有基本上同樣的特性。在燒結之后，該工具坯料經過適當的切削加工以制成旋轉切削工具的切削刃以及其他特定幾何形狀的特征。旋轉切削工具包括比如鉆頭、端銑刀、鉸刀和絲錐。

由燒結碳化物構成的旋轉切削工具適于許多工業應用場合，包括諸如金屬、木料和塑料等結構材料的切削和成形。燒結碳化物制備的工具在工業上是很重要的，因為拉伸強度、耐磨損性和韌性的組合，其為這些材料的特性。如本領域公知的，燒結碳化物材料包括至少兩相：至少一種硬陶瓷成分和一種較軟的金屬粘結劑基質。硬陶瓷成分可以比如是周期表中IVB到VIB族之內的元素的碳化物。常用的例子是碳化鎢。粘結劑可以是金屬或金屬合金，典型是鈷、鎳、鐵或這些金屬的合金。粘結劑在三維上互連的基質內將陶瓷成分的區域“膠結(cements)”。燒結碳化物可以通過固結至少一種粉末狀陶瓷成分和至少一種粉末狀金屬粘結劑的冶金粉末混合物(blend)而制造。

燒結碳化物的物理和化學性質部分取決于用于制造材料的冶金粉末的各個成分。燒結碳化物的性質是由比如陶瓷成分的化學組成、陶瓷成分的顆粒尺寸、粘結劑的化學組成和粘結劑與陶瓷成分的比值來確定的。通過改變冶金粉末混合物中的成分及成分比例，可以制備出，諸如鉆頭和端銑刀這樣的燒結碳化物旋轉切削工具，使其帶有符合具體應用的獨特性質。

旋轉切削工具的整體式構造從本質上地限制了切削工具的性能和應用范圍。作為一項范例，圖1(a)和1(b)分別圖示了麻花鉆頭20的側視和端視圖，此鉆頭具有用于在諸如木材、金屬和塑料的構造材料中生成和精修(finishing)孔眼的典型設計。麻花鉆頭20包括鑿尖(chisel?edge)21，其用于實現最初的切入工件。鉆頭20的割嘴(cutting?tip)24隨在鑿尖21之后并隨著孔眼的鉆進而去除大部分材料。割嘴24的外圍26精修孔眼。在切削過程期間，從鉆頭中心到鉆頭外圍，切削速度顯著變化。這一現象示于圖2(a)和圖2(b)之中，該圖以圖形方式比較了典型麻花鉆頭的割嘴上在內徑(D1)、外徑(D3)和中徑(D2)處的切削速度。在圖2(a)中，外徑(D3)是1.00英寸且直徑D1和D2分別是0.25和0.50英寸。圖2(b)表明當麻花鉆頭以每分鐘200轉操作時在三個不同的直徑處的切削速度。如圖2(a)和(b)中所示，在旋轉切削工具切削刃上不同點處測定的切削速度將隨著離開工具的旋轉軸的距離而增大。

由于切削速度上的這些變化，具有整體式構造的鉆頭和其它旋轉切削工具在工具的切削表面的中心到外邊緣的范圍內的不同點處將不會經受均勻磨損，且還可能會發生該工具切削刃的破碎(chipping)和/或開裂。另外，在鉆切表面硬化的材料時，鑿尖一般用以穿透表層，而鉆頭主體的其余部分從表面硬化材料的較軟芯部上去除材料。因此，用于鉆切表面硬化的材料的整體式構造的常規非混合鉆頭的鑿尖的磨損速率將比切削刃的其余部分快得多，導致這種鉆頭的工作壽命較短。在兩種情況下，由于常規非混合燒結碳化物鉆頭的整體式構造，必須經常重新研磨切削刃，這樣就對鉆頭的工作壽命施加了明顯的限制。經常重新研磨和工具的變化還會導致正在使用的機床過多的停工時間。