[发明专利]刀体、刀具及制造刀体的方法

说明书

一种用于切削加工的刀体和刀具，其中所述刀体(100)沿轴向方向延伸并且所述刀体的至少一部分形成有包住芯结构(106)的实心外夹套(105)，所述芯结构包括附接到所述外夹套并由网格结构材料构成的三维开放网格结构(107)。所述芯结构还包括填充结构(108)，该填充结构(108)由与所述网格结构10材料不同的固相填充材料构成，其中所述填充结构包围所述网格结构。所述网格结构和外夹套使用增材制造来制造，并且所述填充材料以液体或粉末的形式添加到所述网格结构中，所述液体或粉末在添加之后固化。

发明领域

本发明涉及一种根据本发明的用于金属切削加工的刀具的刀体、包括这种刀体的用于金属切削加工的刀具以及制造这种刀体的方法。切削加工的刀具可例如是诸如铣刀、铰刀、镗刀或钻孔刀具的旋转刀具，或诸如车刀或非旋转钻孔刀具的非旋转刀具。

背景技术

也被称为3D打印的增材制造近年来已被用于各种各样的应用，由此制造用于金属切削加工的刀具。它基本上涉及用激光束逐层处理粉状起始材料，使得各个粉末颗粒彼此结合。各个粉末颗粒可以例如逐层地彼此熔融或烧结在一起，以形成实心体。这种制造方法使得可以容易地形成一件式的复杂的几何结构，该几何结构用之前的传统制造方法来实现是不可能或不现实的。

增材制造中通常使用两种不同的方法：直接金属沉积(DMD)和选择性激光熔融(SLM)。在DMD中，激光束用于在金属基板上形成熔池。金属粉末被馈送到激光束中，使得熔化结合的沉积物形成在基板上。所需的几何形状逐层构建。

SLM是所需几何形状的3D CAD模型首先被分割成很多有限层的工艺。对于每一层，计算激光扫描路径，从而一方面定义边界轮廓，而另一方面定义某种形式的填充序列。此后，每一层通过将粉末层一个沉积在另一个之上并通过扫描激光束而局部熔化粉末层来顺序地重新形成。该工艺使复杂的几何形状能够在单次操作中有生产力地制成。

US2015/0298222公开了一种用于金属切削加工的工具，其已经使用增材制造用工具钢粉末作为起始材料而制造出来。该刀具具有刀体，该刀体的一部分形成有包住芯结构的实心外夹套。芯结构包括与外夹套一体形成的三维开放非实心的芯结构。换句话说，刀体是部分空心的。在这种刀体的情况下，与使用传统制造工艺制造的实心刀具相比，刀具的重量可以降低。但是，减少刀体中的材料量可能也会影响刀具的强度以及其刚度，并由此使刀具不太适合要求高的应用。

发明内容

本发明的主要目的是获得一种用于金属切削加工的刀具，该刀具相对于传统制造的实心刀具和上述的部分空心的刀具都具有结构优点和/或动力学优点和/或热力学优点。

在本发明的第一方面中，主要目的是通过开头限定的刀体来实现，该刀体的特征在于，所述芯结构还包括由至少一种不同于网格结构材料的固相填充材料构成的填充结构，其中所述填充结构包围网格结构。这种刀具具有包括至少两种不同材料的芯结构，其中一种材料形成网格结构而另一种形成填充结构。优选地是，一种材料用作填充材料，但可以使用多于一种的填充材料。附接于周围的外夹套的网格结构形成刀体的空间框架并提供基本的强度和刚度。填充网格结构中的空隙的固相填充结构提供了额外的强度并且可以进行调整，使得刀体关于例如阻尼、重量、刚度、热传导和热膨胀获得所需的特性。因此，与包括呈网格结构形式的芯结构并且其中未设置填充结构、即其中空的空间设置在芯结构内的刀体相比，根据本发明的刀体具有改进的强度。同时，改进的强度可以在增加的重量方面以低成本实现，这是因为足够的强度也可以用相对轻质的填充材料来实现。因此，刀体可以被设计成具有与标准、压实、实心刀体相比减小的重量，并且具有与如上所述的部分空心的刀体相比增加的强度。对于刀体的重量较不重要的应用，填充材料可以包括具有其它所需特性的高密度材料。在这种情况下，获得具有例如与由传统实心工具钢制成的压实刀体相比增加的刚度的刀体。网格结构被固相填充结构包围的优点是，填充结构固定在刀体内，而不需要填充结构粘附到网格结构。因此，通常不相容的材料可以在芯结构中结合。