專利名稱：加工刀具和用于制造加工刀具的方法
加工刀具和用于制造加工刀具的方法相關(guān)申請的交叉引用本申請要求2010年I月7日提交的美國臨時專利申請第61/292，933號的權(quán)益，該申請的全部內(nèi)容以參見的方式納入本文。聯(lián)邦贊助研發(fā)的聲明不適用。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及切削刀具，特別是切削刀頭由刀片座支承的切削刀具。諸如磨削、鉆孔和切削刀具之類的加工刀具通常包括切削刀頭，該刀頭包括諸如 陶瓷、氮化物、碳化物、氧化鋁、氧化鐵、天然或合成金剛石等的材料。為了降低刀具的總成本，刀頭由包括諸如工具鋼等的不太昂貴的材料的刀片座來支承。之前的加工刀具已采用多種方法來提供刀片座與刀頭之間足夠的保持力，以抵抗在加工過程中所經(jīng)歷的切削力。例如，在一些情況下，刀頭通過釬焊連接到刀片座。不巧的是，釬焊不同的材料會相當(dāng)困難并因此是昂貴的。例如，在一些情況下，刀頭通過壓配連接到刀片座。不巧的是，壓配需要具有相對較小容差(例如，在萬分之幾英寸的數(shù)量級上)的刀頭和刀片座，以確保部件之間的適當(dāng)配合。當(dāng)然，具有這種容差的刀頭和刀片座相對較貴?？紤]到之前設(shè)計的缺點(diǎn)，需要相對低價的加工刀具和用于制造這種加工刀具的方法。

發(fā)明內(nèi)容
—方面，本發(fā)明提供ー種加工刀具刀片座，該刀片座包括第一表面、與第一表面相對的第二表面和在第一表面與第二表面之間延伸的第一刀頭槽。第一刀頭槽構(gòu)造成支承第一刀頭。刀片座還包括第一升起凸部，其靠近第一刀頭槽從第一表面延伸。另ー方面，本發(fā)明提供ー種加工刀具，該加工刀具包括具有刀片座硬度的刀片座。刀片座包括具有第一密度的第一部分和一體連接到第一部分的第二部分。第二部分形成第一刀頭槽并具有第二密度。該第二密度比第一密度大。加工刀具還包括通過第二部分支承于第一刀頭槽內(nèi)的第一刀頭。第一刀頭具有第一刀頭硬度，而第一刀頭硬度大于刀片座硬度。又一方面，本發(fā)明提供一種制造加工刀具的方法，該方法包括如下步驟I)提供具有第一刀頭槽的刀片座；2)將第一切削刀頭定位在第一刀頭槽內(nèi)；以及3)擠壓刀片座，以由此將第一切削刀頭固定在第一刀頭槽內(nèi)。本發(fā)明的這些方面和優(yōu)點(diǎn)將會從具體的描述和附圖中顯現(xiàn)出來。下文僅僅是對于本發(fā)明的一些較佳實(shí)施例的描述。由于這些較佳實(shí)施例不趨于作為落在本權(quán)利要求的范圍內(nèi)的僅有的實(shí)施例，因而為確定本發(fā)明的整個范圍，應(yīng)參見所附權(quán)利要求。


下面參照附圖描述本發(fā)明，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件，并且圖I是在將切削刀頭固定到刀具的刀片座之后、根據(jù)本發(fā)明的加工刀具的立體圖；圖2是圖I的加工刀具的俯視圖；圖3是在將切削刀頭固定到刀具的刀片座之前、圖I的加工刀具的刀片座的立體圖；圖4是圖3的刀片座的俯視圖；圖5是圖3的刀片座的正視圖；圖6是刀片座沿圖5的線6-6的剖視圖；圖7是制造圖I的加工刀具的方法的流程圖；圖8是在將切削刀頭固定到刀具的刀片座之后、根據(jù)本發(fā)明的加工刀具的第二實(shí)施例的立體圖；圖9是圖8的加工刀具的第二實(shí)施例的俯視圖；圖10是在將切削刀頭固定到刀片座之前、圖8的加工刀具的第二實(shí)施例的刀片座的立體圖；
圖11是圖10的刀片座的俯視圖；圖12是圖10的刀片座的正視圖；以及圖13是刀片座沿圖12的線13-13的剖視圖。附圖的具體說明在此所示的特定方面借助示例并且僅僅出于對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明性討論的目的。給出在此所示的特定方面，以提供被認(rèn)識是本發(fā)明的原理和概念方面最有用和最容易理解的描述。在這方面，并不試圖比對本發(fā)明作最基本理解所需更詳細(xì)地示出本發(fā)明的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。利用這些附圖所進(jìn)行的描述應(yīng)使那些本領(lǐng)域技術(shù)人員對如何在實(shí)踐中實(shí)施本發(fā)明的幾種形式顯而易見現(xiàn)參見附圖并特別是圖1-6，根據(jù)本發(fā)明的加工刀具10包括刀片座12，該刀片座支承位于相對兩側(cè)上的第一和第二切削刀頭14和16。在制造過程中，切削刀頭14和16通過使刀片座12上的若干升起凸部54和56 (圖3)變形來固定。在以下幾段中更詳細(xì)地描述加工刀具10的這些方面，從刀頭14和16開始并結(jié)束于用于制造刀具10的方法。刀頭14和16在加工過程中與エ件配合并切削エ件。這樣，刀頭14和16包括硬材料，較佳是立方氮化硼，盡管諸如陶瓷、氮化物、碳化物、氧化鋁、氧化鐵、天然或合成金剛石的其它材料也可不脫離本發(fā)明的范圍地使用。此外，刀頭14和16也較佳地是七面并具有三維的大體鏟形狀，以便于在加工過程中進(jìn)行切削。刀片座12包括沒有刀頭14和16硬的材料。具體來說，刀片座12較佳地包括燒結(jié)的粉末金屬，諸如FN-0205鎳鋼，如下詳細(xì)所述。也可使用諸如鐵鎳鋼粉末金屬、不銹鋼粉末金屬等的其它材料。仍參見圖1-6，刀片座12包括主體或第一部分18，該第一部分具有較佳地至多是刀片座材料的完全密度或理論密度的基本上85%并更佳地是刀片座材料的完全密度的基本上85%的密度(基本上意味著+/-2. 5%)0當(dāng)然，術(shù)語“完全密度”應(yīng)理解成是指當(dāng)材料不包括內(nèi)部氣孔時的材料密度。在此情況下，這種內(nèi)部氣孔是由于由粉末金屬制成刀片座12而產(chǎn)生的。刀片座12的主體18較佳地具有修改過的菱形形狀并在兩個垂直平面20和22(圖2)上是對稱的，這兩個平面在刀片座12的中心內(nèi)相交。刀片座12還包括第一或上表面23、第二或下表面24 (圖5或6)以及在上和下表面23和24之間延伸的中心孔25。緊固件(未示出)可經(jīng)過中心孔25延伸，以將加工刀具10固定到支承件(未示出)。特別參見圖2-4，刀片座12還包括在上和下表面23和24之間延伸的第一刀頭槽26，第一刀頭14支承于該第一刀頭槽內(nèi)。第一刀頭槽26由三個面，即兩個側(cè)面28和ー個背襯面30形成。側(cè)面28可離開刀片座12的中心延伸地朝向彼此傾斜，以防止刀頭14通過沿垂直于平面22的方向運(yùn)動而從刀片座12脫開?，F(xiàn)參見圖I和2，第一刀頭槽26的側(cè)面28和30由刀片座12的一體連接到主體18的第二部分32形成。如文中所用，術(shù)語“一體”及其變型描述形成有從單件材料制成的相鄰部分的部件的各部分。第二部分32包括在刀片座12的上和下表面23和24附近的增 大密度的特征。即，第二部分32包括靠近每個側(cè)面28的側(cè)面増大密度的特征34以及靠近背襯面30的背襯增大密度的特征36。増大密度的特征34和36中的每個具有較佳是刀片座材料的完全密度的至少基本上95%并更佳地是刀片座材料的完全密度的基本上100%的密度。這種密度通過如下進(jìn)ー步描述的型鍛エ藝來提供。該エ藝還致使第一刀頭槽26的側(cè)面28和30變形(例如，槽26的橫截面積略減小)，以將第一刀頭14固定到第一刀頭槽26內(nèi)。此外，増大密度的特征34和36主要靠近刀片座12的上和下表面以及側(cè)表面。即，増大密度的特征34和36不必具有從刀片座12的上表面延伸到下表面的統(tǒng)ー的橫截面積。相似地，在一些實(shí)施例中，刀片座12包括在刀頭座12的低密度主體18與增大密度的特征34和36中的每個特征之間的密度梯度。刀片座12還包括第二刀頭槽38，第二刀頭16支承于第二刀頭槽內(nèi)。第二刀頭槽38由刀片座12的一體連接到主體18的第三部分40形成。第三部分40 —般與刀片座12的第二部分32相同，并因此不作詳細(xì)描述?，F(xiàn)參見圖3-7，加工刀具10較佳如下進(jìn)行制造。首先，在步驟110中，基底材料(例如，F(xiàn)N-0205鎳鋼粉末金屬)在壓カ機(jī)中壓實(shí)，以形成具有圖3-6中所示形狀的刀片座12。刀片座12起初包括升起凸部，但沒有増大密度的特征。S卩，刀片座12包括大體三角形的側(cè)面升起凸部54以及大體半圓形的背襯升起凸部56。側(cè)面升起凸部54和背襯升起凸部56較佳地分別具有約O. 50毫米和O. 25毫米的高度，以確保充足的材料流，同時防止在后續(xù)步驟中過大的擠壓力。然后，在步驟112中，刀片座12在1120攝氏度下燒結(jié)30分鐘。在之前的步驟之后或與其同時，第二基底材料(例如，立方氮化硼)在步驟114中被線切割，以形成刀頭14和16。刀片座12的刀頭14和16以及刀頭槽26和38可以相對較大的容差(例如，在千分之幾英寸的數(shù)量級上)來制造，這是因?yàn)椴徊捎脡号鋪韺⒌额^14和16固定到刀片座12。然后，在步驟116中，第一和第二刀頭14和16分別定位在第一和第二刀頭槽26和38內(nèi)。然后，刀片座12在步驟118中被壓カ機(jī)沿軸向(即，沿垂直于上和下表面23和24的方向)擠壓或型鍛。這種擠壓過程使升起凸部54和56變形，以分別提供増大密度的特征34和36。這種變形分別將刀頭14和16固定在刀頭槽26和38內(nèi)。加工刀具10可在圍繞刀具10的各面的夾具內(nèi)被擠壓；這種夾具確保側(cè)面升起凸部54不離開刀頭14和16變形。最后，加工刀具10可以在步驟120中進(jìn)行蒸氣處理，以增大刀頭14和16與刀片座12之間的結(jié)合并增大加工刀具10的耐腐蝕力。當(dāng)然，加工刀具可與上述描述不同地制造或者具有與其不同形狀的特征，而不脫離本發(fā)明的范圍。例如并現(xiàn)參見圖8-13，根據(jù)本發(fā)明的加工刀具210的第二實(shí)施例包括刀片座212，該刀片座使第一和第二刀頭214和216分別支承于第一和第二刀頭槽226和238內(nèi)。加工刀具210大體如上所述，盡管第二和第三部分232和240包括修改過的升起凸部。具體來說，側(cè)面升起凸部254和背襯升起凸部256 (圖10-13)具有大體錐形的形狀和分別約O. 40毫米和O. 10毫米的高度。這種升起凸部254和256提供較小的增大密度特征234和236 (圖8和9)并減小刀片座212和刀頭214和216之間的負(fù)荷。根據(jù)用于每個部件的特定材料，這種減小的負(fù)荷會是有用的。如另ー示例，刀頭14和16可以比刀片座12略短。在這種實(shí)施例中，升起凸部54和56可變形以提供上和下表面23和24與刀頭槽26和38之間的邊緣處的較小唇部(未示出)以進(jìn)ー步固定刀頭14和16。從上述說明應(yīng)清楚的是本發(fā)明提供相對低價的加工刀具和用于制造加工刀具的方法。部分地由于刀片座和刀頭的相對較大容差并且采用擠壓升起凸部的相對簡單的過程，這些有利的刀具和方法便于將刀頭固定在刀片座內(nèi)。應(yīng)理解到可以在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)對較佳實(shí)施例進(jìn)行各種其它修改和變型。因此，本發(fā)明不應(yīng)被局限于所述的實(shí)施例。應(yīng)參照以下權(quán)利要求，以確定本發(fā)明的整個范 圍。
權(quán)利要求
1.一種加工刀具刀片座，包括 第一表面， 第二表面，所述第二表面與所述第一表面相對； 第一刀頭槽，所述第一刀頭槽在所述第一表面和所述第二表面之間延伸，所述第一刀頭槽構(gòu)造成支承第一切削刀頭；以及 第一升起凸部，所述第一升起凸部靠近所述第一刀頭槽從所述第一表面延伸。
2.如權(quán)利要求I所述的刀片座，其特征在于，所述第一刀頭槽由設(shè)置在背襯面的相對兩側(cè)上的兩個側(cè)面形成，所述第一升起凸部靠近所述側(cè)面中的第一側(cè)面設(shè)置，所述刀片座還包括 第二升起凸部，所述第二升起凸部靠近所述背襯面從所述第一表面延伸；以及 第三升起凸部，所述第三升起凸部靠近所述側(cè)面中的第二側(cè)面從所述第一表面延伸。
3.如權(quán)利要求2所述的刀片座，其特征在于，所述側(cè)面離開所述刀片座的中心延伸地朝向彼此傾斜。
4.如權(quán)利要求I所述的刀片座，其特征在于，所述第一升起凸部是靠近所述第一刀頭槽從所述第一表面延伸的第一多個升起凸部中的ー個，所述刀片座還包括靠近所述第一刀頭槽從所述第二表面延伸的第二多個升起凸部。
5.如權(quán)利要求4所述的刀片座，其特征在于，還包括 第二刀頭槽，所述第二刀頭槽在所述第一表面和所述第二表面之間延伸，所述第二刀頭槽構(gòu)造成支承第二切削刀頭； 第三多個升起凸部，所述第三多個升起凸部靠近所述第二刀頭槽從所述第一表面延伸；以及 第四多個升起凸部，所述第四多個升起凸部靠近所述第二刀頭槽從所述第二表面延伸。
6.如權(quán)利要求4所述的刀片座，其特征在于，所述第一多個升起凸部中的每個具有從所述第一表面起、O. 10毫米到O. 50毫米范圍內(nèi)的高度，而所述第二多個升起凸部中的每個具有從所述第二表面起、O. 10毫米到O. 50毫米范圍內(nèi)的高度。
7.如權(quán)利要求I所述的刀片座，其特征在于，所述刀片座包括燒結(jié)的粉末金屬。
8.—種加工刀具，包括 刀片座，所述刀片座具有刀片座硬度，且所述刀片座包括 具有第一密度的第一部分； 一體連接到所述第一部分的第二部分，所述第二部分形成第一刀頭槽，且所述第二部分具有第二密度，所述第二密度大于所述第一密度；以及 第一切削刀頭，所述第一切削刀頭通過所述第二部分支承于所述第一刀頭槽內(nèi)，且所述第一切削刀頭具有第一切削刀頭硬度，所述第一切削刀頭硬度大于所述刀片座硬度。
9.如權(quán)利要求8所述的加工刀具，其特征在于，所述第一刀頭槽由三個面來形成，且所述第二部分包括 靠近所述三個面中的第一面的第一特征，所述第一特征具有所述第二密度； 靠近所述三個面中的第二面的第二特征，所述第二特征具有所述第二密度；以及 靠近所述三個面中的第三面的第三特征，所述第三特征具有所述第二密度。
10.如權(quán)利要求8所述的加工刀具，其特征在于，所述刀片座包括基底材料，所述第一密度是所述基底材料的完全密度的基本上85%，而第二密度是所述基底材料的完全密度的至少基本上95%。
11.如權(quán)利要求10所述的加工刀具，其特征在干，所述第二密度是所述基底材料的完全密度的基本上100%。
12.如權(quán)利要求8所述的加工刀具，其特征在于，所述刀片座還包括一體連接于所述第一部分的第三部分，所述第三部分形成第二刀頭槽，所述第三部分具有第三密度，所述第三密度大于所述第一密度，所述加工刀具還包括通過所述第三部分支承于所述第二刀頭槽內(nèi)的第二切削刀頭，且所述第二切削刀頭具有第二切削刀頭硬度，所述第二切削刀頭硬度大于所述刀片座硬度。
13.如權(quán)利要求12所述的加工刀具，其特征在于，所述刀片座包括基底材料，所述第一密度是所述基底材料的完全密度的基本上85%，所述第二密度是所述基底材料的完全密度的至少基本上95%，且所述第三密度是所述基底材料的完全密度的至少基本上95%。
14.如權(quán)利要求13所述的加工刀具，其特征在于，所述第二密度是所述基底材料的完全密度的基本上100%，且所述第三密度是所述基底材料的完全密度的基本上100%。
15.一種制造加工刀具的方法，所述方法包括以下步驟 提供具有第一刀頭槽的刀片座； 將第一切削刀頭定位在所述第一刀頭槽內(nèi)；以及 擠壓所述刀片座，以由此將所述第一切削刀頭固定在所述第一刀頭槽內(nèi)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，提供所述刀片座的步驟包括靠近所述第一刀頭槽設(shè)置至少ー個第一升起凸部，且擠壓所述刀片座的步驟包括擠壓所述第一升起凸部，以由此使所述第一升起凸部變形并將所述第一切削刀頭固定到所述第一刀頭槽內(nèi)。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，擠壓所述刀片座的步驟提供靠近所述第一刀頭槽的増大密度部分。
18.如權(quán)利要求17所述的加工刀具，其特征在于，所述刀片座包括基底材料，所述增大密度部分的密度是所述基底材料的完全密度的基本上100%，而所述刀片座的其它部分的密度是所述基底材料的完全密度的基本上85%。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，提供所述刀片座的步驟包括將所述刀片座成形為粉末金屬壓實(shí)體并燒結(jié)所述粉末金屬壓實(shí)體。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述刀片座還包括第二刀頭槽，所述方法還包括如下步驟 將第二切削刀頭定位在所述第二刀頭槽內(nèi)；以及 擠壓所述刀片座，以由此同時將所述第一切削刀頭固定到所述第一刀頭槽內(nèi)并將所述第二切削刀頭固定到所述第二刀頭槽內(nèi)。
全文摘要
加工刀具的刀片座包括第一表面、與第一表面相對的第二表面以及在第一表面和第二表面之間延伸的第一刀頭槽。第一刀頭槽構(gòu)造成支承第一刀頭。刀片座還包括升起凸部，升起凸部靠近第一刀頭槽從第一和第二表面延伸。
文檔編號B23B27/16GK102695573SQ201180005176
公開日2012年9月26日 申請日期2011年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月7日
發(fā)明者A·泰勒, S·阿哈拉二世, V-A·薩武 申請人:Gkn燒結(jié)金屬有限公司