CN104117700A - 混合型切削刀具、切屑传输部以及用于生产切削刀具的方法 - Google Patents

Abstract

提出了一种切削刀具（10），特别是钻头或铣刀，该切削刀具具有一个柄（16）和一个切屑传输部（18），该切屑传输部接纳一个切削镶片，其中该切削刀具（10）是一种混合型复合体。此外，说明了一种用于切削刀具（10）的切屑传输部（18）还以及一种用于生产切削刀具（10）的方法。

Description

混合型切削刀具、切屑传输部以及用于生产切削刀具的方法

技术领域

本发明涉及一种切削刀具、一种切屑传输部以及一种用于生产切削刀具的方法。

背景技术

从现有技术中已知了切削刀具，例如钻头、铣刀、车削及穿孔刀具、或铰孔刀具。通常，这种类型的切削刀具具有一个柄还以及一个工作部，通过该柄可以将该切削刀具卡入机床中，该工作部在钻头的情况下被设计成用于接纳一个切削镶片。这种类型的切削刀具通常是通过铣削方法生产的，在这种情况下可以对不同的部分，例如在钻头情况下对该切削刀具的一个切屑传输部，另外进行磨削。在一种用于生产切削刀具的替代性方法中提供的是，该切削刀具是通过一种烧结方法生产的，这种方法的突出之处是能够使用在常规方法中不能彼此组合的多种材料。切屑传输部特别地具有愈加复杂的结构，并且因此这些切屑传输部必须通过复杂的方法来进行后机加工。这尤其涉及冷却剂通道，这些冷却剂通道被提供在这些切屑传输部中或者必须随后通过大的花费来引入或者是在该切屑传输部的毛坯中被钻出的，于是该毛坯被加热并且被扭曲以便产生多个螺旋槽。

已经发现的不利之处在于，迄今为止已知的切削刀具的生产是复杂且昂贵的。

发明内容

因此本发明的一个目的是提供一种可以通过简单且成本有效的方法灵活地生产出并且带有比较复杂的结构的切削刀具。

根据本发明的，该目的是通过一种切削刀具，特别是钻头、铣刀、车削及穿孔刀具、或铰孔刀具来实现的，该切削刀具有一个柄和一个工作部，该工作部接纳一个切削镶片，其中该切削刀具是一个混合型复合体。混合型复合体应理解成是指：不同地生产的两个部分区域被固定地彼此连接。因此，这种类型的混合型切削刀具具有一个柄和一个工作部、特别地一个切屑传输部，该柄和该工作部是通过不同方法生产的。由此有可能的是，一方面该切削刀具可以与相应的要求相匹配并且另一方面可以有效率地并且以减少的成本来生产。对于通常不具有复杂几何形状的柄而言，能使用一种常规原料，该原料就必须遵守的公差而言可以进行车削。相比之下，通常表现出更复杂结构的该切屑传输部优选地是通过来自一组快速原型制作方法中的一种方法生产的。这种方法使得有可能产生非常复杂的结构，在这种情况下如此生产的这些结构并不需要随后进行机加工。可以提供的是，该切屑传输部仅在就表面质量以及装配而言必须遵守特定要求的情况下才随后进行局部地或完全地磨削。根据本发明的切削刀具因此具有以下效果：仅仅该刀具的更复杂的部分、确切地说是该切屑传输部或该切屑传输部的一部分，是通过来自该组快速原型制作方法中的一种方法生产的，而该刀具的这些具有比较简单的几何形状的区域、确切地说该柄，是常规地生产的。这样确保了该刀具的那些可以通过相对便宜的方法提供的部分同样不必通过更复杂的快速原型制作方法来生产。

优选提供的是，该切屑传输部被固定地连接（特别地被钎焊、焊接或拧接）到该柄上。这意味着，该柄和该切屑传输部可以完全分开地进行生产，然后将该切屑传输部固定地连接到该柄上以便建立一种压力配合式连接。此外这使得有可能建立一种类型的模块概念，在这种情况下多个柄可以与极其广泛的各种切屑传输部进行组合。

在一个优选的实施例中提供的是，该切屑传输部是直接生长到该柄上的。为此，首先生产该柄，通过来自该快速原型制作方法中的一种方法使该切屑传输部直接生长到已经存在的柄上。柄与切屑传输部之间的一个分开的连接点（例如，焊接点或类似物）因此不是必须的。因此，有可能通过少数几个方法步骤生产一种具有复杂切屑传输部结构的切削刀具。

特别地提供了，用于该切屑传输部的材料是几乎无孔隙的、特别地在大于98%的程度上并且特别优选地在大于99.9%的程度上是无孔隙的。这种类型的无孔隙材料是特别适合的材料，因为它具有增加的稳定性。类似的，该柄可以由与该切屑传输部相同的材料来生产。

在一个特别优选的实施例中提供的是，该切屑传输部具有一个内部冷却剂通道。该冷却剂通道用于用一种液体来冷却一个已插入的切削镶片。该冷却剂通道在该切屑传输部中延伸，特别地就像一条螺旋线，因此该切屑传输部的内部结构相应地是复杂的。尽管如此，能够使用来自该组快速原型制作方法中的一种方法来容易地生产这种类型的切屑传输部。

该冷却剂通道优选地具有一个变化的截面。不同于传统刀具中，变化的截面能以极少的花费来生产。通过一个变化的截面，有可能在多个不同的冷却剂通道之间以所希望的方式来拆分冷却剂的体积流量。还有可能对该冷却剂的输出开口进行构形而使得该冷却剂输出开口以喷嘴的形式起作用。

一般地，该切削刀具的切屑传输部可以具有复杂结构，这是由于通过该快速原型制作方法能以简单的方式来生产复杂的结构。后机加工（例如，磨削）仅在必须遵守对表面品质或公差的特别高的要求的情况下才是需要的。

此外，提供了一种用于切削刀具的切屑传输部，该切屑传输部具有一个联接区域和一个连接区域，该联接区域携带一个切削刃，并且该连接区域用于将该切屑传输部连接到该柄上，其中至少该联接区域是通过来自该组快速原型制作方法中的一种方法生产的。这种类型的切屑传输部的突出之处为，仅该切屑传输部的复杂部分、确切地说该联接区域，是通过来自该组快速原型制作方法中的一种方法生产的。于是该切屑传输部可以被连接到、特别地被焊接、钎焊或拧接到一个柄上。

举例而言，该连接区域可以是预制的，从而使得仅该联接区域是在该连接区域上长出的。在这种情况下，该连接区域可以优选地由一种烧结材料组成或者可以是烧结的。

还可以提供的是，整个切屑传输部（即该联接区域和该连接区域）是通过来自该组快速原型制作方法中的一组方法生产的。

优选提供的是，该材料是几乎无孔隙的、特别地在大于98%的程度上并且特别优选地在大于99.9%的程度上是无孔隙的。这样增加了该切屑传输部的稳定性并且因此增加了该切屑传输部的寿命。

在这种情况下，该切屑传输部可以由一种材料均匀地构成，即该联接区域和该连接区域均由同一种材料构成。

分别以粉末形式存在的许多不同材料适合作为用于根据本发明的刀具的材料。实例为钢、铝、钛、碳化钨、钴和/或烧结碳化物。

可替代的是，该切屑传输部可以由多种不同材料构成。举例而言，有可能的是该连接区域是通过一种烧结方法由第一种材料生产的，在该连接区域上生长出由一种不同的材料构成的联接区域。

该切屑传输部还可以由一种梯度材料生产，即，其性质沿该切屑传输部变化的一种材料。因此，有可能在需要比较高的可变形性的区域中使用更易延展的材料、并且在需要高硬度的区域中使用具有较好硬化性质的材料。

此外，本发明涉及一种用于生产切削刀具的方法，该方法包括以下步骤：

a)生产并提供一个柄，

b)生产并提供一个切屑传输部，该切屑传输部由一个连接区域和一个带有切削刃的本体部分构成，以及

c)连接该柄与该切屑传输部。

通过这种方法能以极少的花费生产出一种混合型切削刀具，这是因为只需要少数几个方法步骤。首先，在分开的过程中生产该柄。然后，生产该切屑传输部、并且接着将其连接到该柄上，从而获得一个由柄和一个切屑传输部构成的一个完整的切削刀具。在这种情况下，该切屑传输部至少部分地是由来自该组快速原型制作方法中的一种方法生产的，因此能以一个方法步骤制作多种复杂结构。

在一个特别优选的方法中，提供的是该切屑传输部是在该切屑传输部的生产过程中通过一种来自该组快速原型制作方法中的一种方法在该柄上生长该切屑传输部而被连接到该柄上的。在这种情况中将所存在的柄例如引入一个熔炼室中，从而使得可以直接生长出该切屑传输部。这意味着，方法步骤b）和c）是通过一个单一的方法步骤实施的。这样加速了用于生产该切削刀具的过程并且因此节省了成本，因为不需要任何用于将该切屑传输部连接到该柄上的额外步骤。

在一种可替代的方法中，提供的是首先分开地生产该切屑传输部和该柄，其中该切屑传输部是通过来自该组快速原型制作方法中的一种方法生产的并且接着将其固定地连接到该柄上，特别地将该切屑传输部的连接区域激光焊接、钎焊或拧接到该柄上。这使得能够例如替换一个切屑传输部或者翻新一个带有切屑传输部的柄。

可替代的是，有可能同样以两个分开的过程来生产该切屑传输部，在这种情况下，该连接区域例如是通过烧结方法生产的，并且用于切削刃的该联接部然后通过来自该组快速原型制作方法中的一种方法生长在该连接区域上。如此生产的切屑传输部然后可以被固定地连接，即例如被焊接、钎焊或拧接到该柄上。该切削刀具因此是通过三个不同的子步骤生产的，其中该切削刀具还以及该切屑传输部是一个混合型复合体。因此，这种方法使得有可能使该切削刀具或该切削刀具的多个区域最佳地适应相应的要求。

特别地提供了，通过来自该组快速原型制作方法中的一种方法获得的结构是以多层生产的，其中一个层具有的厚度在2μm与200μm之间、特别地在25μm与50μm之间。这种多层生产确保了可以生产特别复杂的结构。因此这种快速原型制作方法特别好地适用于该切屑传输部的本体部分，这是因为该本体部分通常具有复杂的结构。

附图说明

本发明的进一步的特征和优点从参考以下给出的附图变得清楚。在附图中：

-图1示出了根据本发明的一种切削刀具，

-图2示出了根据本发明的切屑输送部，

-图3示出了该切屑输送部的详细视图，

-图4a至图4d示出了根据本发明的一种方法的各个生产步骤。

具体实施方式

图1示出了一个切削刀具10，该切削刀具具有一个第一轴向末端12和一个第二轴向末端14。这是一个钻头。然而，本发明也可以用于铣刀、车削及穿孔刀具或铰孔刀具。

该切削刀具10在其第一轴向末端12具有一个柄16，该柄带有一个基本上圆柱形的侧向表面17。此外，该切削刀具10具有一个工作部18，在此由于该切削刀具是钻头，该工作部是一个切屑传输部18的形式，该工作部从柄16延伸至第二轴向末端14。

该切削刀具10可以通过柄16而被卡入一个刀夹具中。

该切屑传输部18具有一个连接区域20、一个本体部分22、还以及一个联接区域24。该切屑传输部18通过该连接区域20而被安排在柄16上或者被连接到柄16上。本体部分22从该连接区域20延伸至该第二轴向末端14。该联接区域24是在该第二轴向末端14（见图3）处形成的、用于接纳一个切削镶片（在此未示出）。该切削镶片具有几何形状被确定的多个切削刃，这些切削刃可以作用于一个待机加工的工件上并且例如由烧结碳化物组成。

本体部分22具有复杂的结构，这种复杂结构除其他之外是来自两个螺旋形延伸的凹槽25。此外，至少一个冷却剂通道26延伸穿过本体部分22并且在该切屑传输部18的第二末端处显现，从而使得接纳在该联接区域24中的一个切削镶片可以被冷却。这些冷却剂通道26同样在本体部分22中螺旋形延伸，从而使得该本体部分22的外部结构和内部结构均具有一种相应复杂的形式。

图2以详细的视图更清楚地示出了了该切屑传输部18的带有复杂构形的本体部分22。

该连接区域20尤其在图2中是容易看见的并且具有一个插入部28，该插入部作为一个附接件在与本体部分22相反方向从连接区域20伸出。该切屑传输部18可以借助于该插入部28而被推入该柄16之中，该插入部28相应地用于将该切屑传输部18固定到柄16上。

该切屑传输部18可以通过许多不同方式连接到柄16上，例如，焊接、钎焊或者通过一种例如借助于螺纹的机械方式。还有可能省却该插入部28并且使这两个部分彼此对缝焊接或钎焊。

如以上已经提到的，因为该本体部分22的结构非常复杂（尤其是由于该冷却剂通道26），来自该组快速原型制作方法中的一种方法适合用于生产该本体部分22。通过这种方法能以一种简单的方式生产复杂的结构，并且此外这是成本有效的。

这组快速原型制作方法尤其包括：3D印刷、电子束熔炼、激光熔炼、选择性激光熔炼、选择性激光烧结、激光堆焊还以及熔炼沉积造型方法。所有这些方法的共同之处在于，通过分层应用而成形一种三维结构，在这种情况下可以通过一种简单的方式来生产复杂的结构而无需多个后机加工步骤。后机加工仅在就表面品质或公差而言必须遵守特殊要求的情况下是必须的。

基于用于生产该切屑传输部的方法，这些冷却通道（或者单一冷却通道，如果仅一个冷却通道就足够的话）可以具有通过常规生产方法不能实现的复杂结构。因此，这些冷却通道的截面沿其路程可以变化。有可能结合多个收缩点，通过这些收缩点就可以通过希望的方式来设置冷却剂流动。有可能实施一种在出口处起到喷嘴的作用的复杂结构。冷却剂通道在该切屑传输部中的路线和安排可以与在操作过程中作用于该切屑传输部上的负载相配合，从而使得就应力而言该切屑传输部的几何惯性矩被优化。

将基于图4a至图4c来说明一个示例性的生产过程。

首先，将一个已经制作好的柄16放置在一个熔炼室30中（图4a），更准确地说将其放置在一个竖直地可调节的支架31上。然后，将有待用来生产该切屑传输部18的材料以粉末形式引入这个熔炼室30之中，使得该柄16被粉末32包围。

为了生产该切屑传输部18，将新粉末32以多个层进行施加并且使之熔融。为此，支架31向下移动一个新粉末层的高度，并且施加一个新的粉末层。出于这种目的，可以使用一个粉末吊运车34（或者一个滑动件）（图4b），该吊运车在该支架和该熔炼室30上方经过。

一旦已施加了该新粉末层，就借助于一个激光器36（图4c）在有待成形该刀具的多个点处将粉末熔化，从而使得该粉末与下面的本体（在第一层的情况下为柄16并且在随后多层的情况下为该刀具的已经成形的部分）粘结在一起。

接下来，该支架又略微向下移动，并且施加一个新的粉末层并且在此进行熔融等等。通过这种方法，在柄16上逐层地形成了该切屑传输部18，其中首先在柄16上长出了该连接区域20并且接下来形成了带有复杂结构（尤其是带有冷却剂通道26）的本体部分22。由此从柄16开始制造出了该切削刀具10，其中该切屑传输部18是朝向第二轴向末端14以多层生长出的。当前熔化的材料截面在图4d中用多条虚线示出。

所施加的这些层在此情况下具有的层厚度为2μm至200μm、特别地25μm至50μm。在此，层厚度取决于所使用的材料或粉末的粒径。

最后，将制成的工具10从该熔炼室30中移除。

所述方法使得有可能生产带有可变地适配的直径、例如在0.03mm至10mm范围内的直径的冷却剂通道26。该直径的下限由所使用的粉末粒径决定；一旦该工具已经制成，还必须能够使粉末从该冷却剂通道中移除。该直径的上限是由以下产生：由于强度的原因，该工具的适当剩余截面仍必须存在。

该方法还使得有可能形成一个室40（见图4d），这个室中未熔化的粉末被封闭在该材料截面中。通过这种方式，有可能生产一个衰减振动的减振室。

根据本发明的方法使得有可能在1小时内生产该切屑传输部18。而且，这种类型的方法使得有可能在一个批次中同时生产多个切屑传输部18。

通过这些方法生产的这些切屑传输部18就强度、杨氏模量、承载能力以及耐磨损性而言与常规地生产的切屑传输部相比具有类似的或者甚至优化的特性。

用于生产该切削刀具10的多种可替代方法提供了，该切屑传输部18同样是一个混合型复合体，这是由于在一个预备过程中该连接区域20已经与该插入部28烧结在一起，其中通过来自一组快速原型制作方法中的一种方法在该连接区域20上长出了该本体部分22或者仅该带有复杂的内部结构和外部结构的联接区域24。这样得到了一个混合型切屑传输部18，该切屑传输部进而可以通过一种激光焊接方法或其他方法而被连接到柄16上。

用于生产根据本发明的切削刀具10的所有这些方法的突出之处在于，已经通过来自一组快速原型制作方法中的一种方法生产了该切削刀具10的至少一部分，这是由于这种方法特别好地适合于生产复杂结构。

Claims (12)

1.一种切削刀具（10），特别是钻头、铣刀、车削或穿孔刀具、或铰孔刀具，该切削刀具具有一个柄（16）和一个工作部（18）、特别地一个切屑传输部（18），该工作部接纳一个切削镶片，其中该切削刀具（10）是一个混合型复合体。

2.如权利要求1所述的切削刀具（10），其特征在于，该工作部（18）是被固定地连接到、特别地被激光焊接、钎焊或拧接到该柄（16）上。

3.如权利要求1所述的切削刀具（10），其特征在于，该工作部（18）是直接生长到该柄（16）上的。

4.如以上权利要求之一所述的切削刀具（10），其特征在于，用于该工作部（18）的材料是几乎无孔隙的、特别地在大于98%的程度上并且特别优选地在大于99.9%的程度上是无孔隙的。

5.如以上权利要求之一所述的切削刀具（10），其特征在于，该工作部（22）具有一个内部冷却剂通道（26）。

6.如权利要求5所述的切削刀具，其特征在于，该冷却剂通道（26）具有一个变化的截面。

7.一种用于切削刀具（10）的切屑传输部（18），该切屑传输部具有一个联接区域（24）还以及一个连接区域（20），该联接区域携带了一个切削刃，并且该连接区域（20）用于将该切屑传输部（18）连接到一个柄（16）上，其中至少该联接区域（24）是通过来自该组快速原型制作方法中的一种方法生产的。

8.如权利要求7所述的切屑传输部（18），其特征在于，该材料是几乎无孔隙的、特别地在大于98%的程度上并且特别优选地在大于99.9%的程度上是无孔隙的。

9.一种用于生产切削刀具（10）的方法，该方法包括以下步骤：

a)生产并提供一个柄（16），

b)生产并提供一个工作部（18）、尤特别地一个切屑传输部，该工作部具有一个连接区域（20）和一个联接区域（24），该联接区域可以携带一个切削刃，以及

c)连接该柄（16）与该工作部（18）。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，该工作部（18）是在该工作部（18）的生产过程中通过来自一组快速原型制作方法中的一种方法将该工作部（18）施加至该柄（16）上而被连接到该柄（16）上的。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，首先分开地生产该工作部（18）和该柄（16），其中该工作部（18）是通过来自该组快速原型制作方法中的一种方法生产的并且然后被固定地连接到该柄（16）上，特别地该工作部（18）的连接区域（20）是被激光焊接、钎焊或拧接到该柄（16）上的。

12.如权利要求8至10所述的方法，其特征在于，通过来自该组快速原型制作方法中的一种方法获得的结构是以多层生产的，其中一个层具有的厚度在2μm与200μm之间、特别地在25μm与50μm之间。