硬质合金刀片以及用于制造这种切削刀片的硬质合金坯体

摘要

本发明涉及预期用于去屑加工尤其是车削的硬质合金刀片以及用于制造上述类型的切削刀片的坯体。所述刀片包括上侧面、下侧面及在上侧面和下侧面之间延伸的多个侧表面，并且包括切削刃，所述切削刃包括鼻刃和朝鼻刃会聚的两个主刃，并被包括在嵌入物中，所述嵌入物由比硬质合金硬的材料组成，且其埋头于周围的硬质合金中并与该硬质合金共同磨削。所述嵌入物被布置在前楔形头部中，所述前楔形头部由沿主刃延伸的两个间隙表面和一个去屑表面限定，并经由位于所述去屑表面和间隙表面的延伸中的假想平面内侧的限制表面而转变成靠后的本体部。通过将所述嵌入物放入这样的头部中，必要的磨削被减小到最少。

说明书

技术领域

在第一方面中，本发明涉及以下类型的硬质合金刀片，其包括上 侧面、下侧面及在上侧面和下侧面之间延伸的多个侧表面，并且包括 至少一个切削刃，该至少一个切削刃包括鼻刃和朝向鼻刃会聚的两个 主刃，并被包括在嵌入物中，嵌入物由比硬质合金硬的材料构成，且 嵌入物埋头于周围的硬质合金中并被与该硬质合金共同磨削。

在第二方面中，本发明还涉及用于制造上述类型的切削刀片的硬 质合金坯体。

背景技术

通过US 7387474在先已知可转位的车削刀片，其具有菱形基本形 状且包括两个径向相对的切削刃，这两个径向相对的切削刃各自包括 两个主刃，所述主刃朝公共的辅助刃或鼻刃会聚，辅助刃或鼻刃形成 两个主刃之间的圆形过渡部，且总是在工件中产生暴露表面，而与两 个主刃中的哪一个为工作刃的且提供有效的去屑无关。为了首先在尺 寸精度和表面光滑度方面实现良好的加工结果，而与切削刀片的转位 位置无关，关键是：切削刀片的鼻刃被设置在不仅距切削刀片的中心 (在该情形中，中心由用于固定螺钉的通孔表示)完全同样大的距离 而且距切削刀片的下侧面完全同样大的距离。只有这样才能确保工作 的鼻刃总是保证相对于安装了切削刀片的刀具的基体的同一空间位 置。为此，不仅需要精确磨削切削刀片的上侧面而且需要精确磨削与 上侧面一起限定出切削刃的间隙表面。就此而言，尺寸精度的要求通 常在±0.025mm的范围内。

对仅具有一个切削刃的切削刀片也有同样严格的尺寸精度要求。 因而，需要单个切削刃定位在相对于切削刀片的用于鼻刃的支撑点(例 如，下侧连接表面中的凹槽或后侧支撑表面)的精确限定的空间位置， 以确保相对于切削刀片所安装的刀具的基体的确切预定的位置。

硬质合金刀片的所有形式的磨削都是昂贵的。规律是成本随增加 的磨削表面和增加的磨削深度而增加。除对于使用者来说极为重要的 成本因素之外的另一因素是磨削的质量。负责加工昂贵的工件的使用 者当然需要不仅信赖刀具的基体而且首先信赖逐渐被损耗的所有可更 换的切削刀片。因此，如果切削刀片受到甚至最小缺陷的磨削损害， 例如，在切削刀片的不同表面之间的过渡部中，容易怀疑切削刀片用 以尺寸精确的方式加工工件的能力。就此而言，应指出，通过从磨削 表面反射的光而肉眼可见极小的磨削缺陷。如果使用者怀疑切削刀片 有缺陷，则存在使用者直接丢弃切削刀片的风险。

因此，已经对真正的硬质合金刀片即由硬质合金专门制造的切削 刀片的磨削是需慎重处理的任务，特别是如果切削刀片的分别的压制/ 烧结和磨削通过不同的参与者在不同的加工中进行的话。如果硬质合 金刀片另外设置有确切地在切削刃的区域中的特别硬的嵌入物，则该 任务变得甚至更需慎重。当车削特别难以加工的材料例如硬化钢、铸 铁等时，相应地希望用例如立方氮化硼(CBN)的材料的特定嵌入物 补充硬质合金，且在该嵌入物中形成各个切削刃，更具体地通过磨削 去屑表面以及连接的间隙表面。尽管这样的嵌入物通常仅是毫米尺寸 的，但是其使得磨削明显更困难，不仅是在时间消耗和成本方面上而 且还在精磨削的表面的质量方面上更困难，特别是在各个嵌入物和周 围的硬质合金之间的过渡部中。

利用了超硬嵌入物的切削刀片的示例在US 2004/0258944 A1中公 开，切削刃被成形在该嵌入物中。然而，该切削刀片的缺点是：制造 需要对除了需要用以限定切削刃的嵌入物上的相对较小的表面磨削之 外还需要对大的硬质合金表面磨削。因而，不仅硬嵌入物的去屑表面 而且切削刀片的上侧面中包括的靠后的硬质合金表面也必须被磨削。 以类似的方式，包围嵌入物的间隙表面的硬质合金表面必须从嵌入物 一直磨削到切削刀片的中心。这意味着不必要的能量和时间被消耗用 以在保证嵌入物和周围的硬质合金之间的整齐过渡的同时磨削嵌入 物。

发明内容

发明目的和特征

本发明旨在避免上述问题并提供同时需要精确磨削极其硬的嵌入 物上的表面以及硬质合金的周围表面的类型的改进的硬质合金刀片。 因此，本发明的主要目的是提供一种硬质合金刀片，特别是例如在US  7387474中公开的类型的车削刀片，其能利用难以磨削的极其硬的性质 的嵌入物制成，且尽管有所述嵌入物，其仍能以简单且成本效益的方 式进行精确磨削。

根据本发明，上述目的通过权利要求1的特征部分中限定的特征 来实现。切削刀片的优选实施方式进一步限定在从属权利要求2-4中。

在另外的方面中，本发明还涉及用于制造根据本发明的切削刀片 的硬质合金坯体。该坯体的特征参见独立权利要求5，除此之外，坯件 的优选实施方式在从属权利要求6中限定。

附图说明

在附图中：

图1是根据本发明的用于切削刀片的制造的、未磨削的坯体的鸟 瞰视图，

图2是同一坯体的侧视图，

图3是坯体的从上方看的平面图，

图4是分解透视图，示出用于每个嵌入物的两个凹座如何形成在 坯体中，

图5是处于相同状态中的坯体和嵌入物的侧视图，

图6是示出固定在坯体的凹座中的两个嵌入物的鸟瞰视图，

图7是与图6状态一样的坯体的侧视图，

图8是完成的磨削的切削刀片的鸟瞰视图，

图9是根据图8的切削刀片的侧视图，

图10是根据图4的坯体中的各个凹座的标注尺寸的放大侧视图，

图11是处于未磨削状态的各个嵌入物的标注尺寸的侧视图，

图12是凹座的对应于图10的从上方看的平面图，

图13是根据图11的未磨削的嵌入物的从上方看的平面图，

图14示出了精磨削状态的嵌入物，但是嵌入物与凹座分开以使精 磨削的尺寸清晰，

图15是处于与图14相同状态的嵌入物的从上方看的分解平面图，

图16是示出根据US 7387474的没有嵌入物的常规双刃车削刀片 的开始尺寸的示意性几何图，

图17是示出根据本发明的切削刀片的开始几何形状的类似视图，

图18是示出了磨削之后的切削刀片的形状的几何图，

图19是根据本发明的切削刀片的可选实施方式的侧视图，以及

图20是图19的切削刀片的从上方看的平面图。

具体实施方式

图8和图9显示了根据本发明的准备使用的磨削的切削刀片。在 这些图中看到，切削刀片包括主要用1表示的上侧面、下侧面2以及 在上侧面和下侧面之间延伸的多个侧表面，其将在下面更详细说明。 切削刀片具有菱形基本形状且包括两个径向相对的切削刃3a、3b，每 个切削刃3a、3b包括两个主刃4和辅助刃或鼻刃5，主刃4向辅助刃 或鼻刃5会聚。主刃4是直的，而鼻刃5是圆形的且具有适当的半径。 会聚的角度或所谓的鼻角(没有标示)可以改变，但是在根据图1-9 的示例中等于35°。通孔6在上侧面1和下侧面2之间延伸，通孔6的 中心轴线C代表切削刀片的中心。还应指出，各个鼻刃5与两个会聚 的主刃4之间的二等分线B交叉。

在示例性实施方式中，切削刀片的下侧面2具有连接表面的形状， 其包括两个阴型的凹部或凹槽2a、2b，它们意图用于交替地与切削刀 片所安装的刀具(未显示)的基体中的互补的连接表面的突脊形状的 阳型构件配合。切削刃3a和凹槽2a之间的距离应与切削刃3b和凹槽 2b之间的距离一样大，以保证各个鼻刃5总是确保相对于刀具的基体 的同一空间位置，而与哪一个切削刃已经向上转位到工作位置无关。

现参考图16，图16示出了具有鼻角α的菱形的几何形状，在该 示例中，鼻角α被显示为等于55°。该菱形示出上述类型的先前已知的 切削刀片的简单的基本形状(例如根据US 7387474)。菱形的代表上述 主刃4的四个分支成对地一起延伸成尖部，该尖部代表切削刀片的鼻 刃5。菱形所内接的圆具有直径IC，其被本领域技术人员称为“IC尺 度”，且其用于定义切削刀片的尺寸，例如在具有不同刀片尺寸的一组 内。如果借助点划线勾勒出的超硬嵌入物例如CBN嵌入物将被结合到 切削刀片的话，则不仅嵌入物的去屑表面和间隙表面需要极其仔细的 磨削，而且周围的硬质合金表面一直到将切削刀片分成相等半部的中 心平面MP也需要极其仔细的磨削。就此而言，硬质合金的整个磨削区 域明显大于嵌入物的超硬材料的磨削区域。如果磨削变得太深或太浅， 则偏差将对菱形或切削刀片的中心C和尖部5之间的径向距离产生大 的影响。

根据图16的常规切削刀片和根据本发明的切削刀片之间的几何 结构差异通过图16和图17-18之间的对比而是明显。因而，在图17 中，看到用于切削刀片的制造的坯体如何“在中间变窄且在尖部变宽”。 更具体地说，在坯体的两个相对的锐角端处，将要形成切削刀片的坯 体已经被给定了楔形头部7的形状，楔形头部7在其后端处转变为中 间本体的每个渐缩部8，中间本体整体上表示为9。假定图16所示的 常规切削刀片的IC尺度达到10.0mm。在图17所示的示例中，本体9 的IC尺度ICa已经被减到9.8mm，同时坯体的各个头部7的IC尺度 ICb增加到10.2mm。当在各个嵌入物固定之后将坯体磨削到其最终形 状时，可在各个头部7的每侧上磨削掉0.1mm(＝磨削容许量)，如图 18所示。磨削容许量(0.1mm)在图17中借助虚线S表示。这样，坯 体的初始尺度ICb被减到10.0mm，即与根据图16的常规切削刀片相 同的IC尺度。

现在参考图1-9，其示出了关于制造切削刀片的不同步骤。在不同 的附图中，在不同步骤中磨削的表面与直接压制的(即未磨削的)表 面区分开，更精确地是通过使磨削的表面被遮蔽(screened)。就此而 言，应记住，硬质合金通过对由硬碳化物(WC、TiC、TaC、NbC)和 粘结金属(Co)组成的粉末块进行压制和烧结而产生。超硬且更昂贵 的嵌入物以另一种方式制造。例如，CBN嵌入物通过在高温和高压下 粘结立方硼晶体与陶瓷或金属粘结相而制成。

在图1-3中，示出了根据本发明形成的硬质合金的坯体，其在预 期的切削刃的区域中已经形成有楔形头部7，该楔形头部7在其后端转 变成中间本体9的类似的大体楔形形状部8，在本体9中形成了切削刀 片的孔6。此外，每个单独的头部7通过一个(预期的)去屑表面71 和两个(预期的)间隙表面72限定，其在头部的尖部或鼻部处经大体 圆形的过渡表面73彼此转变。头部7的下侧面整个地包括在切削刀片 的下侧面2中。渐缩本体部8则由公共的上侧面81以及两对相对的侧 表面82部分地限定，这两对相对的侧表面82在位于切削刀片的中心 平面MP中的半径过渡部10中彼此相遇。头部7和本体部8之间的过 渡部是一系列窄的、交替凸型和凹型的部分表面，其一起表示为11。 头部7上的两个表面71和中间表面81是主要表示为1的预期的切削 刀片的上侧面中包括的部分表面。

如图2中清楚地看到的，头部7的去屑表面71和切削刀片的本体 9上的中间表面81位于不同的水平高度上。更精确地，表面81位于在 各个去屑表面71的延伸中的假想平面P1下方或内侧。以类似的方式， 各个本体部8的两个侧表面82(参见图3)位于头部的两个间隙表面 72的延伸中的示意性示出的平面P2内侧。

除图1-3所示的硬质合金坯体之外，还制造了硬嵌入物，硬嵌入 物在图4和图5中表示为14。类似头部7，每个这样的嵌入物14是楔 形的或三角形的。更具体地，嵌入物被限定在两个相对的平面表面15、 两个相对的侧表面16以及后部平面的端壁18之间，两个相对的侧表 面16朝公共的过渡表面17会聚，后部平面的端壁18有利地垂直于上 侧面和下侧面15延伸。如前面提到的，嵌入物14的材料可以是立方 氮化硼或多晶金刚石，即比硬质合金硬的材料。

为了容纳各个嵌入物14，在每个头部7中，形成了由平的底表面 20和后端壁21限定的凹座19，后端壁21与底表面20形成了基本上 与嵌入物14的端表面18与表面15所形成的角度相同的角度(例如， 90°)。凹座可以有利地借助磨削来提供，但是铣削也是可行的。

图6和图7示出了接下来的制造步骤。这里，各个嵌入物14被固 定在附属的凹座中。可有利地通过焊接来进行固定。应观察到，在该 步骤中，嵌入物的初始形状和尺寸不必与凹座的对应形状和尺寸完全 一致。因此，适当高或低的尺度完全是可接受的，只要互补的接触表 面15/20和18/21能分别焊接到彼此即可。

图8和图9示出了最后的制造步骤。这里，各个嵌入物14已经被 磨削到被包括在头部7中的周围的硬质合金中。磨削基本上通过对去 屑表面71进行表面磨削(face grinding)以及一次或多次刮磨削 (sweeping grinding)操作来进行以便产生靠近切削刃3的间隙表面。 这些间隙表面可以是靠近主刃4的平面表面72和靠近鼻刃5的凸间隙 表面73。在图8和图9中，清楚地看到磨削如何没有比头部7到附属 的本体部8的过渡更深入，更精确地由于头部通常以上面描述的方式 相对于于靠后的本体部8凸出，所述方式即通过使表面81、82分别位 于表面71、72的延伸中的假想平面P1、P2内侧(参考图2和图3)。 实际上，各个表面之间的水平高度差异可以是适中的，例如十分之几 毫米，但是尽管这样，仍保证磨削盘能沿头部而不会接触本体部8。

在优选实施方式中，各个头部7的会聚的角度或尖部的角度与本 体部8的会聚角度一样大。

为了额外地澄清切削刀片的结构，现参考图10-15，其示出了一个 具体的示例，在该具体的示例中，磨削的凹座19具有等于2.9mm的 长度L1和约1mm的深度D，凹座的后端壁21具有2.6mm的宽度B1。 未加工的嵌入物14同时具有3.0mm的长度L2和约1mm的厚度T， 除此之外，嵌入物沿后端壁18的宽度B2达到2.6mm。嵌入物14的 鼻部处的角度γ可以是90°。沿凸型过渡部73的半径R1达到0.4mm， 而嵌入物的对应的过渡部17具有0.5mm的半径R2。换句话说，嵌入 物相对于凹座具有约0.1mm的纵向过量尺寸。

在图14和图15中，切削刀片被显示处于其精磨削状态，但是固 定的且磨削的切削刀片被示出为与附属的凹座分开。在该状态下，嵌 入物14以及头部7周围的硬质合金已经被磨削掉0.1mm。这样，凹座 19的深度D和嵌入物14的厚度T已经被减小到0.9mm，同时凹座沿 底表面20的长度L1已经被减小到2.8mm，而嵌入物14沿上侧面的长 度L2已经被减小到2.9mm。L1和L2之间的差(0.1mm)由已经被磨 削成嵌入物的前过渡表面17的间隙来说明，更精确地以达到5°的间隙 角β来说明。而且，嵌入物以及凹座的宽度B已经从2.6mm减小到 2.4mm。靠近完成的头部的上侧面1a，还已经形成了加强斜边22，该 加强斜边22沿嵌入物14以及头部7的靠后部延伸，一直到过渡部13b。

为了清楚起见，应指出，上述切削刀片预期用于不超过嵌入物14 的长度L2的最大切削深度。换句话说，去屑应单独地沿形成在硬嵌入 物中的各个主刃4进行，而不是沿通过磨削头部的去屑表面和间隙表 面71、72周围的硬质合金而获得的靠后的刀刃进行。

现参考图19-20，其示出了切削刀片的可选实施方式，该切削刀片 的下侧面2为平面的且预期压靠刀具的基体中的配合刀座中的同样平 面的底表面。在该情形中，切削刀片通过以下方式固定，即：使切削 刀片上的后侧表面(借助螺钉)压靠刀座中的互补的侧支撑表面。关 于前面描述的实施方式的另一差别在于，切削刀片的上侧面1的大部 分是中心部分表面83，该中心部分表面83位于比头部7上的去屑表面 71高的水平高度，靠近各个头部7的埋头的或窄的限制表面81形成使 头部7与中心部分表面83分离的槽23的底部。而且，沿切削刀片的 侧面的窄的限制表面82是使间隙表面72与侧表面84分离的槽24的 底部，在该情形中，其与头部的间隙表面72平齐。即使因而产生的槽 23、24相对较窄，但是其仍完全足以允许磨削盘离开限制表面83、84。 这里，应指出位于限制表面81、82后方的这些表面83、84能以许多 不同的方式形成。例如，使侧表面84在向下/向外方向上倾斜是可行的， 更精确地说，目的是增大下侧面的宽度，从而提高切削刀片在安装状 态中的稳定性。

发明优点

根据本发明的切削刀片的基本优点是：其能设置有非常硬的鼻部 嵌入物，该切削刀片的切削刃肯定地能定位在切削刀片的确切的希望 的位置中，而与鼻刃距切削刀片的支撑点的距离以及其相对于切削刀 片的下侧面的竖直位置无关。另一优点是：需要的磨削被减小到绝对 极小值，这是因为必要的磨削限于各个嵌入物所埋头于的相对较短的 头部。

发明的可行变型

本发明不限于上述以及附图中显示的实施方式。因此，本发明还 可应用于除了车削刀片之外的其他切削刀片，例如铣削刀片。而且， 楔形头部的会聚角度或尖部角度可进行相当大的改变，例如在30°-90° 的范围内。此外，鼻刃的形状可偏离附图中已经示例的圆形或环形形 状。概念“磨削”应以宽泛的意义解释，这样在不偏离本发明的主要 构思的情况下提供与磨削相同的最终结果的可比的加工方法也能被采 用。这样的方法的示例是火花加工。将磨削和火花加工结合也是可行 的，例如通过对去屑表面进行火花加工同时而提供具有最大变化的外 形的断屑器，同时通过磨削而提供平面的间隙表面。而且，应指出包 括两个或多个切削刃的类型的可转位切削刀片可仅利用一个超硬嵌入 物例如CBN、金刚石或陶瓷来制造，而其他切削刃由硬质合金形成。 还应指出，根据本发明的坯体(装运时的)可具有如图1-3所示的形状， 即没有任何用于嵌入物的凹座，或者图4和图5所示的形状，即，具 有预形成的凹座，嵌入物能直接固定到凹座中而没有任何去屑加工。