切削工具镶件及制造方法技术

本发明专利技术涉及切削工具镶件，其中包括硬质材料（研磨或超级研磨材料）的磨料刀片通过机械力被结合到镶件本体，所述机械力是通过在所述磨料刀片和所述镶件本体上的配对几何特征的变形来生成的。本发明专利技术还指出了用于形成切削工具镶件的方法。所述方法包括提供磨料刀片和镶件本体，它们各自具有配对的几何特征。然后，通过所述各自配对的几何特征，所述磨料刀片被接合到所述镶件本体，所述几何特征使所述配对特征中的至少一个变形。所述变形提供了足以在所述镶件本体中保持所述磨料刀片的机械力。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2003年10月22日提交的美国申请No.10/690,761的权益，该美国申请要求了于2003年5月14日提交的临时专利申请No.60/470,306的权益，并且这两个申请全部在此引入作为参考。背景专利
本专利技术涉及切削工具镶件(insert)，其中包括磨料/超级磨料材料的磨料刀片(abrasivetip)通过机械力被结合到镶件本体(insert body)上，所述机械力是通过在磨料刀片和镶件本体上的配对几何特征的变形来产生的。相关领域的描述机加工工具、切削工具、锯削或者钻削工具经常提供可拆卸的镶件，所述镶件包括常规的材料，例如烧结碳化物、陶瓷(例如，Si3N4、TiC-Al2O3复合材料)以及高速钢。如图1中所图示，镶件1通过螺丝或者其他夹紧机构4被牢固地保持并锁定在工具固定器5中。在机加工操作中，所述镶件被保持与工件接触并且最终磨损到它要求更换的时候。按照定义，镶件是机加工工具系统的用完即可丢弃的部件。含有金刚石(例如，多晶金刚石或PCD)和/或立方氮化硼(例如，多晶立方氮化硼，PCBN)的超级磨料材料提供了超过常规材料的增强的机加工性能(工具寿命、表面光洁度、公差能力等)，并且还被广泛使用为工具镶件。由于超级磨料材料的高材料成本，制造技术已被发展和优化来降低超级磨料在镶件上的使用量(以mm2计)。一种这样的技术是同样在图1中示出的“制成刀片的镶件(tipped insert)”的制造。所述制成刀片的镶件由镶件本体3和超级磨料材料的磨料刀片2组成，其中所述镶件本体一般由烧结的碳化钨制成。所述超级磨料刀片2通过铜焊方法被附着到所述镶件本体的角或者边上。铜焊提供足够的结合力来经受切削力和热量，并且对于附着小的磨料刀片而言，铜焊是方便的。多晶金刚石(“PCD”)和立方氮化硼(“PCBN”)通常被制造成结合烧结碳化物，以形成双层盘(two-layer disk)，其中PCD或者PCBN在一侧，而烧结碳化物在另一侧。这样做易于通过铜焊附着来制作镶件。PCD或者PCBN刀片的碳化物侧容易被铜焊到碳化物的刀片固定器(holder)上，以制成现有技术的铜焊镶件。将PCD或者PCBN直接铜焊到碳化物上是富有挑战性的，因为铜焊金属必须遍布并且结合相当不同的材料。虽然现有技术的铜焊方法确实降低了制造超级磨料镶件的材料成本，但是所述的工艺，并且尤其是铜焊操作本身，是劳动密集型的。在这种工艺中，如图2中示出的那样，磨料盘(abrasive disk)11通过EDM、EDG或者其他工艺来机加工成所需的形状(例如，80°的三角形)，形成磨料刀片12。在镶件本体13中磨削尺寸合适的凹座(pocket)，以形成用于附着所述磨料刀片的位置。所述磨料刀片的底部后缘可以被切成斜面，以避免不切成斜面时应力累积在磨料刀片将与镶件本体13接合的尖锐棱角上的情况发生。在下一步骤中，铜焊材料14(一般为金属糊、粉或箔)被放在被切成斜面的磨料刀片15和加工了凹座的镶件本体16之间。焊剂材料可以被施加来抑制铜焊氧化。所述组件被加热到导致所述铜焊材料熔化的超过所述铜焊材料液相线的温度。一旦冷却，所述金属就凝固为结合所述磨料刀片和镶件本体的薄膜，形成半成品的镶件17。然后，可以将所述镶件的边缘磨削到最终的尺寸和锐度(sharpness)来生产最终的镶件18。所述铜焊工艺是劳动密集的，因为当熔化时，由于需要确保良好的结合，操作者不得不密切注意接合界面(例如，磨料刀片、铜焊界面层以及镶件本体)，并且重新定位这些材料。由于易变的铜焊金属流以及对这种手动定位的要求，磨料刀片在镶件本体中的最终位置以及它的附着质量都可能是变化的。铜焊工艺中的困难是，不同组成或者颗粒尺寸的工具材料常常要求不同的铜焊条件，例如，温度、时间、铜焊金属配方。此外，铜焊不同的材料(例如，将立方氮化硼刀片铜焊到烧结碳化物镶件本体)要求专门的铜焊合金和条件，使其能够在同一个加工周期中能够同时结合两种材料。已知PCBN和PCD是难以被铜焊浸润的，除非将活泼金属(例如，Ti或者Fe)掺入到该金属配方中。而这样的活泼金属是氧化敏感性的，并且可能要求使用惰性气氛或者真空炉或者非常快的感应铜焊(induction brazing)来改进所述结合。它们还需要较高的温度，而这种较高的温度可能导致超级磨料材料的降级。常规铜焊镶件另一个缺点是，一旦形成，在后续的工艺步骤中(例如，镶件的化学气相沉积(CVD)涂敷)，它们就不能被加热到超过铜焊金属的升华或者液相线温度。在铜焊合金中使用的低熔点金属(例如，Sn、Zn)是挥发性的，而且铜焊以后的热处理将削弱铜焊结合和/或污染真空部件。此外，在铜焊期间，来自热膨胀/收缩周期的对磨料刀片或者镶件本体的损害是可能的，这要求铜焊温度和时间被保持在最低限度。在一些场合中，重新铜焊刀片来弥补铜焊缺陷或者重新磨削刀片是不可能的。而且，切削期间在刀片处所生成的热量可能损害铜焊附着，使得所述刀片在固定器中被移位，这又将中断切削操作。在现有技术中有多篇关于排除了铜焊要求的专用工具的文献，包括名称为“CuttingTool with Insert Clamping Mechanism(具有镶件夹紧机构的切削工具)”的美国专利No.5,829,924，名称为“Throw Away Cutting Tool(抛弃型切削工具)”的美国专利No.4,909,677，名称为“Throw Away Tipped Drill Bit(抛弃型制成刀片的钻头)”的美国专利No.5,154,550，以及名称为“Tool System for Precision Slotting(用于精确插削的工具系统)”的美国专利No.4,558,974。所有这些专利引入本文作为参考。现有技术的教导依赖于镶件和工具固定器的准确并且复杂的几何结构来确保所述镶件在操作中被所述工具固定器牢固地抓紧。这些文献采用在工具固定器中保持镶件而不是在所述镶件本体本身中保持磨料刀片的机械装置。最近，在商业上已经获得了在制成刀片的镶件中排除铜焊要求的一种解决方案，并且在图3中示出。所述镶件系统结合了可重复使用的镶件本体，其中所述镶件本体本身起着保持磨料刀片的夹具的作用。如图所示，所述镶件本体沿中央垂直面被切开，将一个角上的一组卡爪连接到在相对角附近的释放孔(relief hole)。所述释放孔以及中央垂直切口允许所述卡爪在所述镶件本体的水平面内可逆地运动。所述镶件组件与专门设计的工具固定器一起使用，当夹紧机构被上紧时，所述工具固定器强迫所述镶件回到V形块中，将所述镶件本体上的卡爪挤在一起，并且在机加工操作期间，牢固地将所述磨料刀片保持在适当的位置上。从所述工具固定器移走所述镶件，使得所述镶件本体弹回到它的原始状态，使得所述卡爪张开，以便所述刀片能够被移走和替换。在被夹进所述镶件本体中以前，磨料刀片经过精整磨削(即，被斜切(chamfered)、磨锋和/或珩磨(honed))。由于以上所描述的镶件可重复使用的性质，所述镶件本体的变形以及由此产生的夹紧力必须是可逆的。如果所述镶件本体上的卡爪被撬开或者被强迫合在一起到这样一个程度，即所述镶件本体材料在相对于所述卡爪的角上发生屈服(yield)，它将不会弹本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括镶件本体和磨料刀片的工具镶件，所述磨料刀片和所述镶件本体含有配对几何特征，其中所述磨料刀片主要通过机械力来保持在所述镶件本体中，所述机械力从所述磨料刀片和／或所述镶件本体上的所述配对几何特征的变形来获得。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂夫W韦布，约瑟夫T艾勒，
申请(专利权)人：戴蒙得创新股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]