[发明专利]刀具及其制造方法

说明书

一种刀具，包括柄部和切削部，切削部包括基体部和刃部，刃部固定于基体部。刃部至少包括2个折弯部或1个弧形曲部，刃部的一个正投影面包括第一边沿和第二边沿，第一边沿与第二边沿之间各处距离为0.1mm～5.0mm。本发明提供的刀具，能避免沿着刃口线所成的各个截面的截面积发生急剧变化，进而减少硬质材料刀片因焊接而受到的形变应力在硬质材料截面积急剧变化处集中释放而对材料造成的破损和裂纹等损伤情形的发生，还能实现硬质材料节省30％以上，同等面积硬质材料能制造更多的切削部，提高了硬质材料的利用率。

技术领域

本发明涉及一种切削工具，尤其涉及一种用于机加工的刀具，以及制造该种刀具的方法。

背景技术

刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。由于绝大多数的刀具是机用的，基本上都用于切削金属材料，所以“刀具”一词一般就理解为金属切削刀具。但材料科学发展，各种材料也已经在产品的生产和加工中得以广泛应用，如：工程塑料和碳纤维复合材料等(CN203401118U)。刀具按工件加工表面的形式可分为：加工各种外表面的刀具、孔加工刀具、螺纹加工刀具、齿轮加工刀具和切断刀具等若干种。

为了增加刀具，尤其是刃部的耐用性，硬质材料如：硬质合金、金属陶瓷、金刚石和立方氮化硼(CBN)等制成刃部得到广泛的应用。目前，硬质材料通常是以“贴片”的样式通过烧结、焊接或铆接等方式固定于钢制的刀具基体上。比如：由于金刚石和CBN自身理化特性及制造工艺的限制尚无法获得棒料，业界主要是将材料加工成圆盘后，再切割成小片再烧焊到刀具基体上，组成烧焊刀具。

对于需要较长刃部才能满足加工要求的刀具而言，如：用于铣加工的铣刀，用于孔加工的铰刀和丝锥等，尤其是用于成型加工的刀具，如：成型铣刀、球头铣刀和快进铣刀，以及成型钻头、成型铰刀和成型丝锥等，就难以采用从圆盘上切割下很小的片做刃部的的方案。

因为成型刀具刃部都很长，一方面需要消耗大量的原材料，造成价格昂贵；另一方面，硬质材料刀具在焊接过程中，刀片和刀体需加热到近1,000℃，才能使焊料熔化成液体。紧接着在随后的冷却过程中，在铜焊料的凝固力作用下，把刀片与刀体凝固在一起就达到焊接刀具的目的。在焊接过程中，加热和冷却两个过程是相互关联的，因为任何材料的加热和冷却过程都会有热胀冷缩，且热胀冷缩的程度由各种材料的热膨胀系数决定。在相同温度下，硬质材料和刀体的热膨胀系数相差很大(以硬质合金和钢材基体举例，前者热膨胀系数约为后者的30％前后)，因此在焊接过程中，这两种材料的热胀冷缩程度是相当悬殊的。当硬质材料刀片和刀具基体处在近1,000℃高温时，虽然焊料已经熔化成液体，但此时的刀片和刀体还没有焊接在一起，仍处在自由膨胀状态，刀片也不会产生裂纹。

在随后的冷却过程中，温度下降使焊料逐渐凝固，直到把刀片和刀体凝固成一体，这时刀片和刀体之间的自由收缩受到限制，因而在膨胀系数大的刀体中产生了拉应力，在膨胀系数小的刀片中产生了压应力，硬质材料在巨大应力的作用下很容易在应力集中点开裂，即使未发生立即开裂现象，也会在截面积发生突然增大或减少的应力集中点形成严重的应力集中，导致接下去的加工和使用中容易在应力集中点产生崩裂。

为了克服上述缺陷，现有技术一般的做法有：尽可能加厚或加宽刀片以增加材料本身抵抗应力的能力(参见图1、图2和图3)；或在基体和硬质材料间填充具有适当硬度和膨胀系数的垫片作为应力过渡层；或选择和刀片的热膨胀系数差别小的基体材料以减少应力造成的形变等；或如CN1439482A所公开的，采用强制冷却和碾压矫形的方式来减少应力释放。

另一方面，刀具行业大量使用呈圆盘状的人造聚晶金刚石复合片和人造立方氮化硼复合片等超硬材料，将其加工成刀具的刃部。传统工艺是将原盘切割成所需要的形状并烧焊到刀具基体上；并且复合片只能贴附于平面上，不能应用于具有空间几何形状刃部的刀具上(如：螺旋刃刀具)。对此，行业内采用刃倾角设计，但前角角度只能＜10度(而螺旋刀具前角一般在30以上)，且导致刀具刚性不良；或者采用多段刃以模仿螺旋角，但制造工艺极其复杂，成本也高。