用于加工工件的工具 |
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| 申请号 | CN201080009548.2 | 申请日 | 2010-06-15 | 公开(公告)号 | CN102333610A | 公开(公告)日 | 2012-01-25 |
| 申请人 | 彗星集团有限公司; | 发明人 | G·杜尔斯特; | ||||
| 摘要 | 该工具有一个夹持部(2)和一个工作部(11)。工作部是用一种含有 碳 化钨的耐磨材料制成的，其具有的粒度在大约0.2至大约0.5μm的范围内。夹持部(2)是用一种坚韧材料制成的，其含有的碳化钨的粒度在大约0.8至大约1.3μm的范围内。在工作部(11)和夹持部(2)之间的过渡区(10)中，耐磨碳化钨的份额朝向夹持部(2)减小直至为0；坚韧碳化钨的份额朝向工作部(11)减小直至为0。耐磨的碳化钨和坚韧的碳化钨之间的混合比在过渡区(10)中大致持续变化。 | ||||||
| 权利要求 | 1.用于加工工件的工具，其包含一个夹持部和一个工作部，所述夹持部和工作部至少局部地由一种耐磨的材料和由一种坚韧的材料制成，这两种材料都含有碳化钨，其特征在于： |
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| 说明书全文 | 用于加工工件的工具技术领域背景技术[0002] 按已知的这类工具，工作部和一个夹持部是用同一的材料制成的，即是用一种坚韧的核心材料和一种坚硬的、耐磨损的外包材料制成的。这种工具的制造是很复杂的和昂贵的。此外，还须在根本不需要的地方使用不同的材料。 发明内容[0003] 本发明的任务在于设计出这样一种工具，使得它可按简单而成本合算的方式在工作部获得高的耐磨强度和夹持部获得足够弹性的条件下制造出来。 [0004] 上述任务是根据本发明通过具有权利要求1中所述特征的一种工具加以解决的。 [0005] 根据本发明的设计，工作部是耐磨材料制成的，其碳化钨具有的粒度在大约0.2至大约0.5μm之间的范围内。根据本发明的工具的夹持部是用一种坚韧的材料制成的，其含有碳化钨，其粒度在大约0.8至大约1.3μm之间的范围内。工作部和夹持部经过一个过渡区而彼此过渡，该过渡区具有一个相应的轴向长度，而且在该过渡区中耐磨的碳化钨和坚韧的碳化钨之间的混合比大致持续变化。所以，耐磨的碳化钨的份额朝夹持部的方向减小直至为0，而夹持部的坚韧的碳化钨的份额则朝向工作部的方向减小直至为0。处于工作部和夹持部之间的这一过渡区特别就复合材料的径向承载能力而言具有重要意义。该过渡区是如此设计的，使得能够产生一种从耐磨材料到坚韧材料的逐步过渡。从而在该过渡区中有两种材料类型，其中，工作部的耐磨材料的份额朝向夹持部逐渐减小，直到它在夹持部中达到0值。反过来，在过渡区中，夹持部的坚韧材料的份额亦朝向工作部大致持续减小，而后在工作部中该坚韧材料的份额为0。在根据本发明的工具中有目的地采取对过渡区设计的调制，从而可视工具而定有目的地调节到过渡区的不同性质。 附图说明[0007] 下面将参照几个在附图中所示的实施例对本发明作详细说明。 [0008] 附图表示： [0009] 图1至3分别以轴向截面图表示一种根据本发明的作为成型器设计的工具的不同实施形式，该工具配有一个工作部和一个夹持部； [0010] 图4和5分别示出图1所示的作为铣刀设计的根据本发明的工具； [0011] 图6图1所示的一个根据本发明的作为钻头设计的工具的相应示意图； [0012] 图7根据本发明的工具的在一切削区段和一导引区段之间的一个过渡区域中硬度分布曲线图； [0013] 图8至10分别示出根据本发明的工具的其它实施形式相应于图1的示意图； [0014] 图11碳化钨沿着工具长度的粒度分布曲线图。 具体实施方式[0016] 图1所示的螺纹成型器1具有一个夹持部2，该夹持部有一个筒柱状的柄部3，该螺纹成型器可利用此柄部夹入到一个工具支座中。柄部3在柄端4上为了达到防扭转的夹持的目的，可以配有一个(图中未示出的)相应轮廓。根据本实施例，柄部3在稍大于一半的工具长度上延伸并且经过一个呈圆锥形逐渐缩小的中间区段5而过渡到夹持部2的一个优选呈筒柱状的颈段6。颈段6将中间区段5与工作部7连接起来。该工作部具有一个切削段11和一个导引段11′。切削段11具有切削刃8，切削刃的直径朝导引段11′逐渐增大，导引段11′的切削刃8′具有恒定的直径。切削段11的端侧9是平面的并且垂直于螺纹成型器1的纵轴线延伸。 [0017] 包含柄部3、中间段5、颈部6和导引段11′的夹持部2由一种坚韧的材料制成的，这种材料就是其钴含量为大约15％(重量百分比)的碳化钨。切削段11则是用耐磨损的、具有减小的钴含量的碳化钨制成的。 [0018] 工具1是用这两种材料按烧结法制造出来的。在烧结过程中，在两种材料之间的过渡处(图1中以线10表示)产生一种扩散。这一点表明：工具的硬度在从切削段11到导引段11′的过渡区中不断减小。图7表示与端侧9的距离有关的硬度分布曲线。从图中可以看出：切削段11由于其耐磨材料之故，其硬度远大于导引段11′和工具1的其余部分的硬度。 [0019] 此外，过渡区10由于扩散过程之故，其特征表现为一种材料的不断减小的浓度和另一种材料的不断增大的浓度，这一点还将参照图11作详细说明。 [0020] 所说明的工具1在过渡区10的设计可保证：即使工具在其使用过程中受到强烈加热，由于不同的材料之故，也不会在过渡区中产生峰值应力，这种峰值应力可能导致对工具1的损害。 [0021] 导引段11′的切削刃8′可以不具有相同的直径，而是具有朝向夹持部2减小的直径。由于工具1利用导引段11′仍只实施一种导引功能，所以不是不利的是：它不是用耐磨损材料制成，而是用坚韧的材料制成。 [0022] 图2所示工具1a与工具1的区别仅在于：它具有一个中心纵向通道12，该通道在工具1a的整个长度上延伸，即经过该工具的夹持部2a和其工作部7a延伸。纵向通道12用于在加工过程中输送冷却介质，并汇入到端侧9a中。 [0023] 在图3所示的工具1b上，纵向通道12b不汇入到端侧9b中。从纵向通道12b的端部分支出在下面称之为横向通道13、13′的冷却孔出口，这些冷却孔出口按照一个任意出口角度朝向端侧9b延伸，并汇入到切削段11b的外侧。其它方面，工具1b的设计与图2所示的工具1a相同。 [0024] 图8所示的工具1f与图3所示的实施形式相似，具有一个中心纵向通道12f，该纵向通道从柄端4f出发居中地沿轴向延伸到切削段11f中。从中心纵向通道12f出发，分支出横向通道13f、13f′、13f″。这些横向通道处于工具的不同部位中。横向通道13f处在导引段11f′靠近至颈段6f的过渡处的高度上。横向通道13f′与横向通道13f有一定轴向距离并且同样汇入到导引段11f′的外侧。横向通道13f、13f′最好具有相等的直径。横向通道13f″则处在切削段11f中并且有利地具有比横向通道13f、13f′大的横断面。 [0025] 通过布置在不同平面中的横向通道13f、13f′、13f″，就能够有目的地输送所需的冷却介质量。这样便可在切削区即在切削段11f的范围内需要比在导引段11f′的范围内更多的冷却润滑剂。因此，如图8所举例表示的，横向通道13f″具有的横断面大于横向通道13f、13f′的横断面。 [0026] 此外，横向通道13f、13f′、13f″是按不同分布设定的，从而可使冷却润滑介质的供给量按相关需要加以调配。 [0027] 图9所示的工具1g具有两个纵向通道12g，这些通道从柄端4g出发，轴向平行地在工具的总长度上延伸，并相应于图2所示的实施形式汇入到切削段11g的端侧9g中。两个纵向通道12g最好彼此相平行地延伸，并偏心地在工具1g内延伸。偏心的纵向通道12g最好布置在(图中未示出的)颚部的范围内，这些颚部将工具1g的相邻的容屑槽彼此分开。纵向通道12g的数目有利地与工具1g的容屑槽的数目相等。偏心的各个纵向通道也可离工具的中心有不同距离地加以布置，并安置在从一个离中心较近的位置上至一个离中心较远的位置上。 [0028] 图10所示的工具1h具有纵向通道12h，这些纵向通道从柄端4h出发，一直延伸到切削段11h的端侧9h。纵向通道12h呈螺旋形在工具1h的长度上延伸。这些纵向通道12h的这种螺旋形构造使用在这样的工具上，这些工具的工作部7h是设计成螺旋形的，即其配有呈螺旋形的容屑槽和居于它们之间的、沿螺旋延伸的切削刃。即使在此情况下，纵向通道12h的数目有利地就是容屑槽的数目。 [0029] 图4和5表示螺纹铣刀或具有一种刻度的成型铣刀，该刻度处在耐磨的材料中。 [0030] 图4所示的工具1c如前述的工具一样，具有夹持部2c和工作部7c。工作部7c也是用耐磨的材料制成，而夹持部2c是用坚韧的材料制成的。夹持部2c具有夹持柄3c、中间段5c和颈段6c，该颈段直达工作部7c。工作部7c具有一个处于一径向平面中的、环绕的切削齿14。该切削齿的前齿面15邻接在平面的端侧9c上，而后齿面16与颈段6c邻接。 [0031] 如线10c所示，从坚韧的材料到耐磨的材料的过渡区处在颈段6c的范围内。如在按图1至3所示的螺纹成型工具上那样，两种不同材料之间的过渡是在一个轴向区域上实现的，如参照图7所说明的。这样就保证了：即使在高的横向负荷的情况下，也不会产生工作部7c被夹持部2c剪切或者工作部7c被折断的危险。 [0032] 这种工具1c是一种螺纹铣刀，该工具特别用于难以切削的材料的加工和硬质材料加工。这种工具可最好用作为微型铣刀或用于大的螺纹深度加工，例如当长度/直径比超过一个大约为3的值时。坚韧的材料可防止在螺纹铣削过程中由于产生弯曲力矩而造成断裂。耐磨的工作部7c对于工具1c的耐用度具有决定性意义。 [0033] 图5所示的铣刀1d的设计基本上与图4所示的实施形式相同。只是工作部7d除了具有切削齿14d之外，还具有处于一径向平面中的第二切削齿19。后者的直径小于切削齿14d的直径。切削齿19的前齿面20邻接在切削齿14d的后齿面16d上。在坚韧的材料和耐磨的材料之间的过渡区(线10d)处于工具1d的一个增强的区域中。根据本实施例，该过渡出现在切削齿19的高度处。 [0034] 如图1至3所示的螺纹成型工具一样，夹持部2d也具有柄部3d、中间段5d和颈段6d。在工具1d的长度上的硬度分布相应于前述工具的硬度分布(图7)。 [0035] 图6所示的工具1e是作为钻头设计的，其夹持部2e的设计结构与图4和5所示工具的夹持部2c和2d相同。工作部7e是用耐磨的材料制成的，具有一个钻头尖，该钻头尖处在工具1e的纵轴线L上。夹持部2e也包含柄部3e、中间段5e和颈段6e。坚韧的材料和耐磨的材料之间的过渡(线10e)是在一个轴向延伸长度上实现的，如参照图1和7所说明的。钻头1e特别适用于制造深钻孔。钻头1e也可以作为具有小直径例如小于1mm直径的全硬质金属钻头加以使用，这是因为通过所述设计配有用耐磨的材料制成的工作部7e，及其配有用坚韧的材料制成的夹持部2e的一体式设计结构，保证了高的耐磨强度和对弯曲应力的完美吸收。 [0036] 当然，图1至6中所示的工具可以任意具有不同的尺寸和横断面形状。重要的是，工作部要用耐磨的材料制成，夹持部要用坚韧的材料制成。 [0037] 所述的各种工具1、1a至1e在过渡区10中都具有如图7中所示的硬度分布曲线。在耐磨的材料和坚韧的材料之间的过渡是在一个轴向区域上实现的，在此轴向区域中硬质材料的浓度逐渐减小，而坚韧材料的浓度逐渐增大，从而即使在长度/直径比是很大的例如大于3的情况下，也不会发生工作部被剪切或断裂的危险。 [0038] 针对复合材料的径向承载能力而言，在分界平面10、10c至10e处所形成的居于工作部的硬质的且耐磨的材料与夹持部的坚韧的且抗断裂的材料之间的过渡区具有特别重要的意义。这两种不同的材料各自如所述及的方式是碳化钨形式的硬质金属。在扩散区中这两种硬质金属范围的不同粒度部分的良好混匀确保了两种不同硬质金属材料的性质的连续过渡。在此，耐磨强度朝工具尖端逐渐增大，而坚韧性则逐渐减小。这种变化不是产生在一种不连贯的突变中，而是产生在一种连续的过渡中。这种连续的过渡导致复合材料获得一种最大径向承载能力。该过渡区沿工具的在轴向方向上的膨胀可以在成分材料的烧结过程中通过对参数(时间和温度)的适当选择来加以调制。 [0039] 烧结过程在大约1400℃-1550℃之间的一个温度范围内进行。烧结持续时间在大约0.5至1.5小时之间，这取决于坯件的大小及其成分。 [0040] 在两种不同材料上所用的钴形成用于碳化钨颗粒的结合剂，而且在烧结过程中处于液态。用于工作部以及用于夹持部的硬质金属材料呈粉末状。液态的钴在这两种不同的硬质金属粉末的界面上扩散。钴连同所有溶解于其中的添加物能产生强烈的扩散运动。特别是直径较小的硬质物颗粒会被吸入到扩散过程中。直径较大的硬质物颗粒则受这些扩散运动触及得不甚强烈。通过对烧结温度的调整，便可按所要求地影响扩散过程即扩散路径。过渡区中的硬度分布(图7)表明过渡区中变化的结构组织性质。 [0041] 复合硬质金属的成分的特征在于在工作部及夹持部范围内的不同钴含量以及在于碳化钨颗粒的不同粒度。 [0042] 工作部范围内的钴含量在大约8和12重量百分比之间；夹持部范围内的钴含量在大约12和16重量百分比之间。碳化钨颗粒的粒度在工作部范围内为大约0.2至大约0.5μm，即在超细区；在夹持部范围内的粒度为大约0.8至大约1.3μm，即在细区。当然，夹持部范围内个别颗粒也可以具有较大直径。 [0043] 图11表示在工具的长度上的碳化钨粒度分布。 [0044] 曲线22表示具有粒度直径在0.2-0.8μm之间的碳化钨颗粒的分布。在工作部范围内，碳化钨颗粒具有的粒度在上述粒度区内。在过渡区内，具有这种粒度的碳化钨的份额逐渐减小，直到具有这一种颗粒直径的碳化钨颗粒不再存在为止。该过渡区例如在大约6mm至15mm之间延伸，即在一个大约9mm的长度上延伸。 [0045] 曲线23是在烧结温度高于在曲线22的情况时得出的。在此过渡区例如从大约2mm至大约18mm。这一过渡区因此比在曲线22情况下的过渡区长得很多。这表明：通过提高烧结温度，在硬质的且耐磨的硬质金属材料与坚韧的且抗断裂的硬质金属材料之间的过渡区便可显著加大。 [0046] 此外还可从图11所示的曲线图中看出：在工具的工作部范围内，具有从大约0.2至大约0.5μm颗粒直径的碳化钨份额达到100％；具有从大约0.8至大约1.3μm颗粒直径的碳化钨颗粒份额(曲线24和25)达0％。 [0047] 曲线24表明：具有颗粒直径为在大约0.8至大约1.3μm之间的碳化钨颗粒的粒度分布的变化是在一个比在具有小的颗粒直径的碳化钨颗粒情况下(曲线22和23)小得多的轴向区域中发生的。曲线24表明：在该颗粒直径范围内的碳化钨颗粒的份额自大约9mm处从0％出发至大约12mm处上升到100％。过渡区因此只在大约3mm的长度上延伸。 [0048] 曲线25表示在烧结温度较高时的情况。在此，从0％到100％的过渡在大约8mm处开始并且在大约14mm处终止。由此该过渡区的轴向长度为大约为5mm。即使在这些较大粒度情况下也证明：随着烧结温度增高，过渡区由于较大扩散路径之故亦被扩大。 [0049] 与小的粒度相比(曲线22和23)，较大粒度的浓度变化是在工具的一个小得多的轴向区域上实现的。 [0050] 当烧结持续时间变化时，也表现出相似的情况。烧结过程的持续时间越长，则扩散路径就越大，两种硬质金属材料之间的过渡区便可调节得越宽。 [0051] 按所述的方法还可做到：通过一种有目的的热处理，即可有目的地调节过渡区的轴向宽度。如图11所示的实施例表明的，过渡区可在一个可观的轴向长度上延伸。对小的粒度而言，过渡区的轴向长度例如可达16mm(曲线23)。 |
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