[发明专利]具有冷却剂通道的复合制品和工具制造方法

说明书

本申请是申请日为：2006年6月14日，申请号为：200680014550.2，名称为：具有冷却剂通道的复合制品和工具制造方法的发明的分案申请。

技术领域

本发明总体上涉及形成具有复合构造的制品(例如，工具坯)的方法，所述复合构造包括不同的成分和/或微观结构的区域。本发明还涉及旋转工具和旋转工具的工具坯，旋转工具具有复合构造和至少一个冷却剂通道。本发明的方法基本上应用于旋转工具的生产，并且可以例如应用于硬质合金旋转工具的生产，该硬质合金旋转工具用于材料去除操作，例如钻孔、铰孔、钻埋头孔、镗孔和端铣削。

背景技术

硬质合金旋转工具(即，受到驱动进行旋转的工具)通常用于机加工操作，例如钻孔、铰孔、钻埋头孔、镗孔、端铣削和攻丝。这类工具一般具有实心的整体构造。这类工具的制造过程可以包括固结冶金粉末(包括微粒陶瓷和粘结金属)，以形成压块。然后烧结该压块以形成具有实心整体构造的圆柱形工具坯。正如这里所使用的，整体构造是指工具由例如硬质合金材料构成，该材料在工具内的任何工作容积处都具有大致相同的特性。在烧结之后，对工具坯进行适当的机加工，以形成旋转工具的具有特定几何形状的切削刃和其它部件。旋转工具包括例如钻、端铣刀、铰刀和丝锥。

由硬质合金构成的旋转工具适合于许多工业应用，包括由例如金属、木材和塑料制成的材料的切割和成形。硬质合金工具因这些材料的特性中结合了拉伸强度、耐磨性和韧性而在工业上很重要。硬质合金材料包括至少两相：至少一种硬陶瓷组分和由金属粘结剂构成的柔软基体。硬陶瓷组分可以是例如在元素周期表中位于IVB至VIB族内的元素的碳化物。通常的示例是碳化钨。粘结剂可以是金属或金属合金，一般是钴、镍、铁或这些金属的合金。粘结剂将陶瓷组分“接合”在三维空间中互连的基体内。硬质合金可以通过固结由至少一种粉末陶瓷组分和至少一种粉末粘结剂构成的冶金粉末混合物来制造。

硬质合金材料的物理和化学性质部分地取决于用于生产该材料的冶金粉末的单个组分。硬质合金材料的性质由例如陶瓷组分的化学组成、陶瓷组分的颗粒尺寸、粘结剂的化学组成以及粘结剂与陶瓷组分的比例确定。通过改变冶金粉末的组分，可以将诸如钻和端铣刀的旋转工具生产成具有与特定应用场合相匹配的独特性质。

整体旋转工具还可以包括延伸通过其主体和柄部的冷却剂通道，以允许诸如油或水的冷却剂流到旋转工具的切削表面。冷却剂可以在柄端部处进入通道并在钻尖处离开。冷却剂冷却旋转工具和工件，并有助于将碎屑和灰尘从孔中喷出。在机加工操作期间使用冷却剂除了延长工具寿命以外，还允许利用旋转工具的更高的切削速度和更快的进给速率。具有冷却剂通道的旋转工具特别适合于在硬材料中钻深孔。

然而，旋转工具的整体构造在本质上限制了其性能和应用范围。例如，图1示出螺旋钻10的侧视图和端视图，该螺旋钻10具有用于在诸如木材、金属和塑料的构造材料中形成并抛光孔的典型设计。螺旋钻10包括最初切入工件中的横刃11。钻10的切削尖14跟随横刃11并且在钻孔的同时去除大部分材料。切削尖14的外周16对孔进行抛光。在切削过程中，切削速度从钻的中心到钻的外周显著不同。该现象在图2中示出，该图示意性地比较了典型螺旋钻的切削尖的内径D1、外径D3和中径D2的切削速度。在图2(b)中，外径D3为1.00英寸，直径D1和D2分别为0.25和0.50英寸。图2(a)示出螺旋钻以每分钟200转的速度工作时三个不同直径处的切削速度。如图2(a)和(b)所示，在旋转工具的切削刃上的不同点处测量的切削速度将随着距工具旋转轴线的距离的增加而增加。

由于切削速度的变化，具有整体构造的钻和旋转工具将不能经受均匀的磨损和/或切削和工具切削刃在从工具切削表面的中心到外侧边缘的不同点处的开裂。此外，在钻经过表面硬化的材料时，横刃一般用于穿透外层，而钻体的剩余部分去除表面硬化材料的较软芯部的材料。因此，在上述应用场合使用的整体构造的常规钻的横刃的磨损速度将比切削刃的剩余部分的磨损速度快得多，从而致使这种钻的使用寿命相对较短。在这两种情况下，由于常规硬质合金钻的整体构造，必须频繁地重新研磨切削刃，从而大大地限制了刀刃的使用寿命。频繁的重新研磨和工具改变也会导致所使用的机床有过多的停机时间。