[发明专利]工具

说明书

技术领域

本发明涉及适用于对材料进行钻孔或研磨的硬质合金工具(hardmetal tool)。

现有技术

本发明涉及工具的几何学，其特征是工具由硬质合金构成，工具具有纵轴和横截面，该纵轴也是材料加工过程中的旋转轴，而横截面与该纵轴垂直并且横截面外围呈圆形。工具的直径d(相当于外围圆形的直径)小于工具的长度，其比例为1/d，其中l是旋转轴的长度。在钻孔的过程中，将绕着纵轴旋转的工具抵靠在待钻孔的材料上加压。工具端部的切割边产生碎屑，在钻孔达到一定深度后，立即通过工具圆柱体表面中的一个或多个螺旋形或直线形通道除去这些碎屑。l/d比例可以在5-20之间；但是，对于电子工业中加工印刷电路板的微型钻头而言，该比例无论如何要达到200。在研磨的情况中，对工具进行额外的设计，这样不仅提供在端部的通道，而且还提供具有与圆柱体表面横切的切割效应的通道；可以完全或部分地省略碎屑输送通道。

在钻孔的情况中，工具的横截面必须能传递一定的扭矩，该扭矩由切割力和通道内碎屑输送力组成。如果碎屑滞塞，则产生峰值负载。通道中能承担负载的横截面面积减小，可能造成裂纹开始急剧生长，结果导致工具破裂。

不断小型化的趋势造成可传递扭矩的二次方下降以及工具直径的减小，而切割力仅仅是线性下降。由于工具破裂的可能性增加，导致加工的可靠性下降。这特别影响用于电子工业中印刷电路板的钻孔和研磨的工具以及深孔钻头。

研磨不仅产生钻孔中所述的负载，而且还产生横向力，即相对于旋转轴垂直作用的力。工具在达到磨损极限之前过早或不可预计地破裂，将形成废料、出现计划外的故障，以及耗费时间更换工具，造成经济损失。

待传递的最大工具力取决于硬质合金材料的性质，一般可通过熟悉的机械性质值如弯曲破裂强度或断裂韧度(K_1C)来确定。在硬质合金工业中，通常依据Shetty公式由维氏硬度压痕(Vickers hardness indentation)的裂纹长度、硬度和负载计算断裂韧度。然而，弯曲破裂强度描述包含能引发断裂的缺陷的实体，K_1C值表征了材料本身的断裂韧度，因而说明了一种材料完全不含缺陷时的潜在强度，因此更适合系统性地比较材料，而无需考虑微观结构的品质。工具的耐磨性和硬度之间存在一种大致的正相关性。但是，在各情况中只能以牺牲另一种性质为代价来提高硬度和强度。例如，希望所描述的工具能够在不损失硬度的情况下提高强度，或者在不损失强度的情况下提高硬度。

硬质合金即作为粘结剂的铁族的金属(″粘结剂相″)和硬质材料(碳化物，氮化物，″硬质材料相″)的复合材料具有更优越的性质，意味着这些材料比其它类型的材料在加工(例如有机/无机地)金属、石头和复合材料方面更容易被人接受。碳化钨具有高硬度和耐磨性，再结合高弹性模量，因此在这方面特别突出。所用的金属粘结剂主要是钴。烧结操作说明该金属粘结剂不仅包含W和C，而且如果使用例如碳化铬作为硬质材料，则还可能包含部分Cr。在一些情况中，金属粘结剂还可包含Fe和Ni。EP 1007751A1描述了使用包含Fe、Co和Ni的粘结剂提供塑性改进的硬质合金，该材料在烧结后归为完全奥氏体粘结剂相。WO 99/10550描述了用于钻孔和研磨的具有奥氏体粘结剂相的工具，其中金属粘结剂包含40-90重量％的Co和各4-36重量％的Ni和Fe，其中Fe和Ni以1.5∶1-1∶1.5的比例存在。