[发明专利]在多晶体中产生孔和埋头孔的方法

说明书

技术领域

公开了一种将孔和埋头孔结合到超硬材料诸如多晶立方氮化硼（PCBN）和多晶金刚石（PCD）刀片中的方法。

发明内容

该方法从在碳化钨/钴复合基底的顶部上的多晶超硬材料制成的主体，特别是多晶金刚石和多晶立方氮化硼制成的主体生产多个刀具刀片，所述主体在其相对侧的每一侧上具有主表面。该方法包括在主体中同时产生至少两个孔的步骤，每一个孔大体从一个主表面延伸到相对的主表面。通过使用激光机器、电火花线切割机和电火花磨削机来制造这些孔。在孔之间连着后角切断主体，从而生产出多个刀具刀片。

该方法的优势包括最小化孔的整个断面的电火花磨削的使用。制造的刀片满足ISO标准，而不依赖于超硬材料的等级。此外，不需要多个电极，由此最大化圆盘的利用率。连同后角的刀片的切下最小化在刀片上所要进行的精加工工具磨削。

应理解，前述一般描述和以下详细描述仅是示例性的和解释性的，并且旨在对所要求保护的实施例提供进一步的解释。

背景技术

在切削刀具的发展领域，期望的切削刀片包括其中刀刃是超硬的那些刀具并且诸如在完成的刀片的制造中的铜焊的工艺被省略。该需求部分地通过由超硬材料的均质单体形成的完全实心刀片来满足。通常，这些刀片允许在刀片的顶表面和底表面上的切削刃，从而有助于其使用的经济利益。换句话说，它们趋于主要地在“负”几何形状下使用，其中刀片的侧面垂直于刀片的顶部和底部两者。

然而，在很多情形中，需要“正”刀片，即，侧面不与刀片的顶部或底部垂直并且仅形成锐夹角的切削刃是有用的。在这种刀片中，锐角切削刃出现在邻接硬质层的刀片的顶部。对于切削刀具的原材料，更经济的是使用分层的超硬等级。此处，仅通常0.5-2.0mm厚的顶层包括超硬材料。在底部中的其余部分由碳化钨/钴复合材料构成。超硬层在烧结工艺期间自身一体地结合到碳化物层。

除硬度之外，该两个层之间的重要差别是碳化物层更容易利用放电工艺来加工。该原材料设计除去了在整个实心刀片中PCBN的伴随冗余。

在“正”刀片中，刀片中的夹紧孔变得必需与切削力相对地将刀片设置在刀夹内或刀头刀座（cartridge pocket）中。此外，这种刀片的侧面需要被磨削到需要的后角。后角在切削刃处产生正的前角和锐夹角。

为了实现这点，当前实践使用分层超硬尖端，其被铜焊于在碳化物刀片中磨削出来的刀座中，并且随后磨削到最终尺寸。碳化物刀片上的夹紧孔用于将刀片设置在刀夹或刀头刀座中。因此，要磨削的超硬材料的量仅是尖端的横向尺寸而不是刀片尺寸本身的数量级。

该工艺设计具有严格的限制。例如，更苛刻的切削条件可能需要在刀片中铜焊较大的尖端。然而，在碳化物刀片自身中可用于尖端的空间可能本身是较小的。另一可能情形是，在尖端中的切削温度是足够高的，从而例如在钛加工中造成尖端的去铜焊（de-brazing）。

这些问题的一种解决方法是具有一体式夹紧孔的刀片。这种刀片还增加在顶面上的每一个角部处的从单个尖端到多个尖端的可使用的刀刃的数量。其还使得更紧凑。例如，在铣削刀具中，对于给定的直径，一体式夹紧孔允许更多的刀片堆叠，这是因为通过省略顶部夹具获得了空间。在刀具中的更大数量的刀片将允许更大的进给速率的切割以及因而更大的生产率。

然而，具有整体夹紧孔的刀片要求待磨削的超硬材料的量为刀片尺寸本身的数量级，从而可能导致更高的磨削成本和时间。需要几个步骤来降低该成本：1）提供给刀具磨削机的粗刀片尽可能接近最终需要的形状和尺寸；以及2）刀片上磨削余量的大小被减少到由诸如WEDM和激光器的刀片切下工艺引起的表面下破坏的深度。为了实现这点，生产这种粗刀片的制造工艺被设计成消除所有几何形式误差。

三个关键几何准则是a）一体式夹紧孔的轴线与刀片顶部的垂直度，b）通孔与刀片的内切圆的同心度，以及c）对通孔入口的边缘破坏的接近度。准则a）和b）对于确保在刀片的每一侧上的磨削余量的大小相同而言是重要的。准则c）对于确保足够量的超硬材料可用于对切削刃引入合适的倒角和/或珩磨器以及刀片自身的完整性而言是重要的。如果刀片的切下和通孔的精加工的操作在同一WEDM机上在同一设置下进行，则可以省略a）和b）两者。如果获得孔的断面的工艺仅涉及WEDM且不涉及利用电极的放电，则可以省略准则c）。

如果执行从多晶体切下粗刀片，使得刀片侧面具有最终完成的磨削刀片的后角，则实现了磨削成本和时间的重要节省，这是因为通过WEDM移除在刀具磨削工艺中移除的超硬材料的部分而不会以任何方式影响完成的切削刀具。