專利名稱：具有pcd切削刃尖的改進型旋轉切削刀具的制作方法
技術領域：
本發明總體涉及旋轉切削刀具，并且更具體地涉及具有聚晶金剛石(P⑶)切削刃尖的切削刀具，例如鉆頭。本發明進一步涉及一種用于形成具有聚晶金剛石切削刃尖的切削刀具的方法。
背景技術：
聚晶金剛石(P⑶)鉆頭歷史上已經被形成為直槽鉆頭、小面鉆尖式鉆頭(facetpoint drill)。最近，高壓整體燒結的K 鉆頭已經被形成為具有與整體碳化物鉆頭類似的螺旋槽以及更加復雜的鉆尖幾何形狀。此類經高度工藝設計的PCD鉆頭的主要用途之一是用于在復合材料中鉆孔，例如碳纖維增強聚合物(CFRP)鈦復合材料。
在鈦中鉆孔要求冷卻劑在鉆頭內流動順暢以便控制在鉆孔過程中產生的熱量。由于高壓整體燒結的P⑶鉆頭通常被制造為一個P⑶尖頭和桿(它們隨后被硬釬焊在一起)，因此難以打通進入鉆頭側面中的冷卻劑通孔。典型地，通過一種EDM (電火花加工)方法在該PCD尖頭中形成多個冷卻劑孔，該方法是在尖端已經被硬釬焊到桿上之后進行的。這種EDM方法典型地因必要的裝置和加工時間而頗為昂貴。另外，已知的高壓整體燒結的PCD鉆頭通常使用穿過鉆頭芯部的一個中央冷卻劑孔這個中央冷卻劑孔進入通過EDM在尖頭中形成的這些冷卻劑孔。這樣一個中央冷卻劑孔的存在通常降低了鉆頭的強度并且因此降低了鉆頭的耐用性，這方面對用于對鈦材料進行鉆孔的鉆頭而言是至關重要的。因此，對于用于對CFRP鈦材料進行鉆孔(特別是采用在此類鉆頭中供應冷卻劑的方式)的切削刀具而言存在改進的空間。

發明內容
本發明的實施方案著手解決了現有技術中的這類缺陷，這些實施方案針對的是一種與改進的冷卻劑孔設計相結合的改進型旋轉切削刀具。作為本發明的一個方面，提供了一種切削刀具，當這種切削刀具圍繞一條中央縱向軸線轉動時在一個工件上進行開孔操作。這種切削刀具包括一種總體上圓柱形的本體，該本體具有一個被結構化為有待安裝到一臺機床上的一個第一端以及一個被結構化為接合在工件上接并且執行切削操作的一個相反的第二端，該第二端的至少一部分是由一種P⑶材料形成的。這種切削刀具進一步包括多個限定在這個總體上圓柱形的本體中的冷卻劑通道，該多個冷卻劑通道中的每個冷卻劑通道是相對于該中央縱向軸線以一個第一螺旋角而布置的；以及多個形成在這個總體上圓柱形的本體中的槽，該多個槽中的每個槽具有在這個總體上圓柱形的本體的第一端處或附近的一個第一部分，在這個總體上圓柱形的本體的第二端處或附近的一個第二部分，以及一個被布置在它們之間的過渡部分。每個槽的第一部分是相對于該中央縱向軸線總體上以這個第一螺旋角而布置的，每個槽的第二部分是相對于該中央縱向軸線總體上以一個第二螺旋角而布置的，并且每個槽的過渡部分是相對該中央縱向軸線總體上以一個第三螺旋角而布置的，并且這個第三螺旋角是大于第一螺旋角的。該多個冷卻劑通道的每個冷卻劑通道可以包括一個開口，該開口被布置在該多個槽的一個相應的槽的過渡部分處或附近。該多個槽可以包括兩個槽，并且該多個冷卻劑通道可以包括兩個冷卻劑通道。該第一螺旋角可以包括一個約30度的角。該第三螺旋角可以包括一個約45度的角。該第二螺旋角可以包括一個范圍在約15度到約20度的角。作為本發明的另一個方面，提供了一種形成切削刀具的方法。該方法包括以旋轉切削刃尖的形式提供一個PCD材料涂覆形成的尖頭；將該尖頭硬釬焊到一個圍繞一條中央縱向軸線布置的、總體上圓柱形的桿構件中，這個總體上圓柱形的桿構件具有多個相對于該中央縱向軸線以一個第一螺旋角形成在其中的冷卻劑通道；并且將多個具有相對該中央縱向軸線變化的螺旋角的不同的槽研磨進入到這個硬釬焊的圓柱形桿和尖頭中，每個不同的槽被定向為使得該多個冷卻劑通道的一個相應的冷卻劑通道通入一個相應的槽中。 每個不同的槽可以包括一個相對于該中央縱向軸線以該第一螺旋角或其大約的角度而布置的一個第一部分，以及一個相對于該中央縱向軸線以一個第二螺旋角而布置的一個第二部分，以及一個相對于該央縱向軸線以第三螺旋角而布置的一個第三部分。該第三部分沿著該中央縱向軸線被布置在該第一與第二部分之間，并且這個第三螺旋角是大于第一螺旋角的。該多個冷卻劑通道中的每個冷卻劑通道可以通入該多個不同的槽的一個對應的槽中(總體上處于該對應的槽的第三部分中)。對該多個不同槽中的每個槽進行研磨可以包括以該第一螺旋角研磨一個第一部分，以一個第三螺旋角研磨與該第一部分相鄰一個第三部分，并且以一個第二螺旋角研磨與該第三部分相鄰的并且與該第一部分相反的一個第二部分，其中該第三螺旋角是大于該第一螺旋角的。該第一螺旋角可以包括一個約30度的角。該第三螺旋角可以包括一個約45度的角。該第二螺旋角可以包括一個范圍在約15度到約20度的角。


當結合這些附圖來閱讀時，可以從以下對優選實施方案的說明中獲得對本發明的全面理解，在附圖中圖I是根據本發明的一個示例性實施方案的一種切削刀具的側立面視圖；圖2是沿圖I的線2-2截取的圖I的切削刀具的截面圖；并且圖3是朝第二端向下觀察刀具的縱向軸線時圖I的切削刀具的側端視圖。
具體實施例方式這里使用的方向性詞語(例如像左、右、前、后、頂部、底部及其派生詞)涉及在附圖中示出的這些元件的取向，并且對于權利要求并非限制性的，除非在此明確地引述。在所有附圖中對相同的部件提供相同的參考號。如在此使用的，術語“多個(number)”是指任何非零的數量(S卩，一個或大于一的任
何數量)。如在此使用的，術語“附近”應該被用于指在一個在具體確定的點的附近、或者在該點(即鄰近)處的點。圖I至圖3描繪了根據本發明的一個非限制性實施方案的一種示例性的切削刀具10，該切削刀具用于在切削刀具10圍繞一條中央縱向軸線12轉動時在一個工件(未示出)上進行切削操作。盡管按照在此說明的示例性實施方案中的一個鉆頭進行了說明，但是應理解的是在此說明的這些概念適用于其他切削刀具的，例如像(沒有限制)采用了硬釬焊的刃尖的端銑刀或其他旋轉切削刀具。切削刀具10包括一個第一端14和一個相反的第二端16。切削刀具10進一步包括一個被布置在第一端14處或附近的、用于將切削刀具10安裝在一臺機床(未示出)的卡盤機構中的安裝部分18，一個總體上被布置在第二端16處的、用于接合并切削一個工件(未示出)的切削刃尖20，以及一個總體上圓柱形形狀的、被布置在安裝部分18與切削刃尖20之間的本體部分22。切削刃尖20是總體上由一個碳化物尖頭24形成的，該碳化物尖頭具有沉積在其上的一種PCD材料25，這種材料是通過一種適合的硬釬焊方法硬釬焊到本體部
分22的一個硬釬焊接點26上的。優選地，本體部分22同樣地是由一種類似的碳化物材料形成的。切削刀具10進一步包括多個提供在本體部分22中的槽28 (在所展示的實例中是兩個)。每個槽28包括一個第一部分(總體上以30顯示)、一個第二部分(總體上以32顯示)、以及一個被布置在第一部分30與第二部分32之間的過渡部分(總體以34顯示)。每個槽28的第一部分30是相對于中央縱向軸線12總體上以一個第一螺旋角Θ I而布置的，每個槽28的第二部分32是相對于中央縱向軸線12總體上以一個第二螺旋角Θ 2而布置的，并且每個槽28的過渡部分34是相對中央縱向軸線12總體上以一個第三螺旋角Θ 3而布置的。優選地，第一螺旋角91是30度或約30度(+/-2度)，第二螺旋角θ2是在約15度到約20度的范圍內，并且過渡螺旋角Θ 3是45度或約45度(+/-2度)。在任何情況下，第三螺旋角θ3是大于第一螺旋角Θ ，這種關系的可取性將在下面進一步地詳細討論。如圖I中的隱線所示，切削刀具10進一步包括多個限定在總體上圓柱形的本體22中的冷卻劑通道40 (在所展示的實例中是兩個)。每個冷卻劑通道40是相對于該中央縱向軸線以一個螺旋角α !而布置的。優選地，冷卻劑通道40的螺旋角α I是與槽28的第一螺旋角Q1相同或大致相同的角度。容易理解的是這種安排提供了每個冷卻劑通道40以便沿著一個對應的槽28的第一部分30總體上平行地延伸。如圖I和圖3中所示，每個冷卻劑通道40包括一個開口 42，該開口總體上被布置在一個相應的槽28的過渡部分34中或者在其附近。換言之，在每個槽的第一部分30的第一螺旋角Q1 (以及冷卻劑通道40的螺旋角Ci1)與過渡部分34的過渡角θ3之間的差異的結果是，每個冷卻劑通道40穿過鉆頭本體22總體上進入過渡部分34中或者在其附近，從而將冷卻劑提供到該周邊(未編號)以及切削刀具10的切削刃尖20上，而不要求切削刀具10的任何EDM加工。從前面的說明中，本領域的普通技術人員往往會容易地理解，根據本發明可以形成切削刀具10的方式有多種。作為實例，PCD尖頭可以被硬釬焊到一個桿上，該桿具有多個形成在其中的并且以例如30度(無限制性)的螺旋角Ci1布置的冷卻劑通道。在已經完成了此類硬釬焊之后，接著研磨一個具有變化的螺旋角的不同的槽。此類不同的槽包括一個靠近切削點20的優化的第二螺旋角θ2、以及一個第三螺旋角θ3，該第三螺旋角“過渡”以便在總體地在軸向上位于切削刀具10的這些切削刃緣(未編號)之上的一個位置處切斷冷卻劑孔40。應理解的是本發明提供了勝過已知P⑶鉆頭的多項優點。這些優點包括，例如無限制性地，在制造PCD鉆頭的過程中使用現有冷卻劑孔桿的能力，并不要求一個中央冷卻劑孔(因此，更堅固)、消除了任何對EDM的需要、要求更少的加工時間(因此，費用更低)，并且這種與眾不同的螺旋可以容易地進行調整以便產生良好的動態特性。雖然已對本發明的具體實施方案進行了詳細的說明，但本領域的普通技術人 員應認識到鑒于本披露的整體傳授內容可以對在此提供的這些細節發展出不同的修改和替代方案。因此，所披露的具體安排僅是說明性的，而不作為對本發明的范圍的限制，本發明的范圍應涵蓋在所附權利要求以及其任何和所有的等效物的全部廣度內。
權利要求
1.一種切削刀具，當該切削刀具圍繞一條中央縱向軸線轉動時在一個工件上進行開孔操作，該切削刀具包括 一種總體上圓柱形的本體，該本體具有一個被結構化為有待安裝到一臺機床上的一個第一端以及一個被結構化為接合在該工件上并且執行切削操作的相反的第二端，該第二端的至少一部分是由一種P⑶材料形成的； 多個限定在該總體上圓柱形的本體中的冷卻劑通道，該多個冷卻劑通道中的每個冷卻劑通道是相對于該中央縱向軸線以一個第一螺旋角而布置的； 多個形成在該總體上圓柱形的本體中的槽，該多個槽中的每個槽包括在該總體上圓柱形的本體第一端處或附近的一個第一部分、在該總體上圓柱形的本體的第二端處或附近的一個第二部分、以及一個被布置在它們之間的過渡部分， 其中每個槽的第一部分是相對于該中央縱向軸線總體上以該第一螺旋角而布置的，每個槽的第二部分是相對于該中央縱向軸線總體上以一個第二螺旋角而布置的，并且每個槽的過渡部分是相對該中央縱向軸線總體上以一個第三螺旋角而布置的，并且 其中該第三螺旋角是大于該第一螺旋角的。
2.如權利要求I所述的切削刀具，其中該多個冷卻劑通道中的每個冷卻劑通道包括一個被布置在該多個槽的一個相應的槽的過渡部分處或附近的開口。
3.如權利要求I所述的切削刀具，其中該多個槽包括兩個槽，并且該多個冷卻劑通道包括兩個冷卻劑通道。
4.如權利要求I所述的切削刀具，其中該第一螺旋角包括一個約30度的角。
5.如權利要求I所述的切削刀具，其中該第三螺旋角包括一個約45度的角。
6.如權利要求I所述的切削刀具，其中該第二螺旋角包括一個范圍在約15度到約20度的角。
7.一種形成切削刀具的方法，該方法包括 以旋轉切削刃尖的形式提供一個PCD材料涂覆形成的尖頭； 將該尖頭硬釬焊在圍繞一條中央縱向軸線而布置的一個總體上圓柱形的的桿構件上，該總體上圓柱形的桿構件具有多個相對于該中央縱向軸線以一個第一螺旋角形成在其中的冷卻劑通道；并且 將多個具有相對于該中央縱向軸線變化的螺旋角的不同的槽研磨進入到該硬釬焊的圓柱形的桿和尖頭之中，每個不同的槽被定向為使得該多個冷卻劑通道中一個相應的冷卻劑通道通入一個相應的槽內。
8.如權利要求7所述的方法，其中每個不同的槽包括一個相對于該中央縱向軸線以該第一螺旋角布置在其附近布置的第一部分，一個相對于該中央縱向軸線以一個第二螺旋角布置的第二部分，以及一個相對于該中央縱向軸線以一個第三螺旋角布置的第三部分；其中該第三部分是沿著該中央縱向軸線布置在該第一與第二部分之間；并且其中該第三螺旋角是大于該第一螺旋角的。
9.如權利要求8所述的方法，其中該多個冷卻劑通道中的每個冷卻劑通道通入該多個不同的槽的一個對應的槽中，總體上處于該對應的槽的第三部分內。
10.如權利要求7所述的方法，其中對該多個不同的槽中的每個槽進行研磨包括 以該第一螺旋角研磨一個第一部分，以一個第三螺旋角研磨與該第一部分相鄰的一個第三部分，并且以一個第二螺旋角研磨與該第三部分相鄰并且與該第一部分相反的一個第二部分，其中該第三螺旋角是大于該第一部分。
11.如權利要求10所述的方法，其中該第一螺旋角包括一個約30度的角。
12.如權利要求10所述的方法，其中該第三螺旋角包括一個約45度的角。
13.如權利要求10所述的方法，其中該第二螺旋角包括一個范圍在約15度到約20度的角。
全文摘要
一種切削刀具，當這種切削刀具圍繞一條中央縱向軸線轉動時在一個工件上進行開孔操作，它包括一個總體上圓柱形的本體，這個總體上圓柱形的本體具有一個被結構化成有待安裝到一臺機床上的第一端以及一個被結構化成接合在工件上并且執行切削操作的一個相反的第二端。在這個總體上圓柱形的本體中限定了多個冷卻劑通道，這些冷卻劑通道中的每一個冷卻劑通道都是相對于這條中央縱向軸線以一個第一螺旋角而布置的。在這個總體上圓柱形的本體中形成了多個槽，這些槽中的每一個槽都包括在這個總體上圓柱形的本體的第一端處或附近的一個第一部分、在這個總體上圓柱形的本體的第二端處或附近的一個第二部分、以及一個被布置在它們之間的過渡部分。
文檔編號B23B51/06GK102773528SQ20121014163
公開日2012年11月14日 申請日期2012年5月9日 優先權日2011年5月11日
發明者K·桑帕斯 申請人:鈷碳化鎢硬質合金公司