[发明专利]用于提高钻头的硬质合金刀刃的边缘层的断裂韧性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于提高钻头的硬质合金刀刃的边缘层的断裂韧性的方法，该钻头用于加工硬的材料，优选岩石或混凝土，以及涉及一种与此有关的钻头。

背景技术

用于加工很硬的材料例如硬质钢、冷硬铸铁、纤维增强的复合材料、岩石、混凝土等的钻头通常包括一个钢制杆部，它通过接合优选借助钎焊或熔焊设有由硬质合金制成的一个刀刃或一个完整的钻削钻冠。这样的刀刃或钻冠由于其硬质合金的高硬度和高耐磨性适合于打碎硬的材料并且也适合于部分地切削加工硬的材料，以便由此总体上实现材料去除。钻头的有效功率主要由硬质合金的材料特性确定。用于提高硬质合金刀刃的有效功率的方法至今限于刀刃的几何构形、硬质合金在材料成分和晶粒大小意义上的组织结构等，以及保持有利的钻削参数。

硬质合金刀刃在一种复杂负荷的钻削过程中由于为优化材料的部分自相矛盾的要求而面临如下问题：这样刀刃的由于强穿冲击式的负荷例如在冲击式钻孔过程中产生的负荷要求一种足够的材料韧性，以便避免在刀刃中的脆裂。相反，在加工硬的材料时能经受住强磨料负荷的能力要求一种高的硬质合金硬度。对于同时通过材料开发的传统的方法进一步优化两种材料特性的努力来说，明显是有限度的。在此将不再期望大的进展，因为材料被认为在相当大程度上开发完毕。

由199 05 735 A1得知一种用于制造一种切削刀具的方法，其中涉及用一种硬材料层涂覆钻削刀具的尖端。其目的是，改善在钻削刀具与硬材料层之间的粘附。为此建议，钻削刀具和特别是钻削尖端在涂层过程之前经过微喷射。为此具有在5μm与50μm之间颗粒大小的由氧化铝制成的尖棱的颗粒用作为喷射介质。通过微喷射提高表面粗糙度，它又有助于改善随后待涂覆到粗糙表面上的硬材料层的粘附，优选在PVD法过程中制造硬材料层。这些措施是已知的。因此在该公开文献中描述的刀具涉及一种切削刀具，它在一个待加工的工件表面上的滑动过程中导致想要的材料去除量。原则上这样的刀具遭受比在钻削刀具中小得多的和不同的机械负荷。

DE 196 52 872 C2描述了一种用于提高在由脆硬材料制成的表面上的边缘层强度的方法，例如特别是由陶瓷材料制成的工件。

由DE 101 23 544 A1得知一种用于制造切削用切削刀具的加工方法。其中涉及的刀具受到比钻削刀具小得多的和不同的机械负荷容量继而受到较小的磨损。此外例如由硬质合金制成的、已知的切削刀具还设置一个附加的硬材料层。

发明内容

本发明的目的因此在于，提供一些措施，借其可以设计用于冲击式钻削加工硬的材料的钻头，优选具有一个硬质合金刀刃的复合钻头，该硬质合金刀刃在保持至少相同的硬度情况下具有显著提高的韧性。

基于本发明目的的解决方案说明于权利要求1中。权利要求12的技术主题是一种按解决方案的钻头。由发明构思得知有利的进一步构成的特征是诸从属权利要求和进一步描述的技术主题。

按解决方案，一种具有内压应力负荷的由硬质合金制成的功能面的复合钻头通过以下各方法步骤的组合进行制造：

准备一个具有做好外形的硬质合金刀刃的钻头，以及借助一种机械的表面的能量输入对做好外形的硬质合金刀刃的至少一个局部区域这样进行处理，即采用大量分别具有一个从0.15mm至6mm优选从0.3mm至4mm的工具直径的无尖棱的工具，它们以一种定量调节的固有动量对准硬质合金刀刃的至少一个局部区域同时在局部区域的边缘层上做变形功，在此只将局部塑性变形引入到边缘层中同时避免在硬质合金刀刃的处理过的局部区域的边缘层内形成裂纹。

有利的方式是，首先以本身已知的方式通过接合将一个钢制杆部与由硬质合金制成的一个做好外形的刀刃或一个钻冠相连接。所谓做好外形的在这方面意味着，没有另外的使刀刃锋利的处理步骤或给刀刃配备附加层的涂层步骤。紧接着通过对准功能面的机械的能量输入与匹配于功能面关于材料和几何形状的特性的处理参数一起，这样实现硬质合金刀刃或硬质合金钻冠的按解决方案的表面处理，使得只将局部塑性变形在边缘层中引入。

这样的处理提高断裂韧性并且在稍小的程度上也提高在硬质合金的边缘层中的硬度。为了实施为方法的成功所需要的处理参数的调节，涉及优选应实施三个预试验：

例如在一块由用于功能面的材料制成的板上测定材料的抗压流动极限和脆裂极限与那些工具的工具几何形状的函数关系，其中利用这些工具使功能面局部变形，由此确定所需要的工具几何形状、所需要的和最大允许的作用到工具上的力以及与功能面进入接触的工具区域的硬度。