專利名稱：用于加工工件的工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1的前序部分所述的用于加工工件的工具。
背景技術(shù)：
按已知的這類工具，工作部和一個(gè)夾持部是用同一的材料制成的，即是用一種堅(jiān)韌的核心材料和一種堅(jiān)硬的、耐磨損的外包材料制成的。這種工具的制造是很復(fù)雜的和昂貴的。此外，還須在根本不需要的地方使用不同的材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于設(shè)計(jì)出這樣一種工具，使得它可按簡單而成本合算的方式在工作部獲得高的耐磨強(qiáng)度和夾持部獲得足夠彈性的條件下制造出來。上述任務(wù)是根據(jù)本發(fā)明通過具有權(quán)利要求1中所述特征的一種工具加以解決的。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)，工作部是耐磨材料制成的，其碳化鎢具有的粒度在大約0. 2 至大約0.5 μ m之間的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的工具的夾持部是用一種堅(jiān)韌的材料制成的，其含有碳化鎢，其粒度在大約0. 8至大約1. 3 μ m之間的范圍內(nèi)。工作部和夾持部經(jīng)過一個(gè)過渡區(qū)而彼此過渡，該過渡區(qū)具有一個(gè)相應(yīng)的軸向長度，而且在該過渡區(qū)中耐磨的碳化鎢和堅(jiān)韌的碳化鎢之間的混合比大致持續(xù)變化。所以，耐磨的碳化鎢的份額朝夾持部的方向減小直至為0，而夾持部的堅(jiān)韌的碳化鎢的份額則朝向工作部的方向減小直至為0。處于工作部和夾持部之間的這一過渡區(qū)特別就復(fù)合材料的徑向承載能力而言具有重要意義。該過渡區(qū)是如此設(shè)計(jì)的，使得能夠產(chǎn)生一種從耐磨材料到堅(jiān)韌材料的逐步過渡。從而在該過渡區(qū)中有兩種材料類型，其中，工作部的耐磨材料的份額朝向夾持部逐漸減小，直到它在夾持部中達(dá)到0值。反過來，在過渡區(qū)中，夾持部的堅(jiān)韌材料的份額亦朝向工作部大致持續(xù)減小， 而后在工作部中該堅(jiān)韌材料的份額為0。在根據(jù)本發(fā)明的工具中有目的地采取對過渡區(qū)設(shè)計(jì)的調(diào)制，從而可視工具而定有目的地調(diào)節(jié)到過渡區(qū)的不同性質(zhì)。本發(fā)明的其它特征見其它各權(quán)利要求、說明書和附圖所述。


下面將參照幾個(gè)在附圖中所示的實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明。附圖表示圖1至3分別以軸向截面圖表示一種根據(jù)本發(fā)明的作為成型器設(shè)計(jì)的工具的不同實(shí)施形式，該工具配有一個(gè)工作部和一個(gè)夾持部；圖4和5分別示出圖1所示的作為銑刀設(shè)計(jì)的根據(jù)本發(fā)明的工具；圖6圖1所示的一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的作為鉆頭設(shè)計(jì)的工具的相應(yīng)示意圖；圖7根據(jù)本發(fā)明的工具的在一切削區(qū)段和一導(dǎo)引區(qū)段之間的一個(gè)過渡區(qū)域中硬度分布曲線圖；圖8至10分別示出根據(jù)本發(fā)明的工具的其它實(shí)施形式相應(yīng)于圖1的示意圖11碳化鎢沿著工具長度的粒度分布曲線圖。
具體實(shí)施例方式圖1到3中所示的工具是螺紋成型器，用于無切屑制造內(nèi)螺紋。圖1所示的螺紋成型器1具有一個(gè)夾持部2，該夾持部有一個(gè)筒柱狀的柄部3，該螺紋成型器可利用此柄部夾入到一個(gè)工具支座中。柄部3在柄端4上為了達(dá)到防扭轉(zhuǎn)的夾持的目的，可以配有一個(gè)(圖中未示出的)相應(yīng)輪廓。根據(jù)本實(shí)施例，柄部3在稍大于一半的工具長度上延伸并且經(jīng)過一個(gè)呈圓錐形逐漸縮小的中間區(qū)段5而過渡到夾持部2的一個(gè)優(yōu)選呈筒柱狀的頸段6。頸段6將中間區(qū)段5與工作部7連接起來。該工作部具有一個(gè)切削段11和一個(gè)導(dǎo)引段11'。切削段11具有切削刃8，切削刃的直徑朝導(dǎo)引段11'逐漸增大，導(dǎo)引段11'的切削刃8'具有恒定的直徑。切削段11的端側(cè)9是平面的并且垂直于螺紋成型器1的縱軸線延伸。包含柄部3、中間段5、頸部6和導(dǎo)引段11'的夾持部2由一種堅(jiān)韌的材料制成的， 這種材料就是其鈷含量為大約15% (重量百分比)的碳化鎢。切削段11則是用耐磨損的、 具有減小的鈷含量的碳化鎢制成的。工具1是用這兩種材料按燒結(jié)法制造出來的。在燒結(jié)過程中，在兩種材料之間的過渡處(圖1中以線10表示)產(chǎn)生一種擴(kuò)散。這一點(diǎn)表明工具的硬度在從切削段11到導(dǎo)引段11'的過渡區(qū)中不斷減小。圖7表示與端側(cè)9的距離有關(guān)的硬度分布曲線。從圖中可以看出切削段11由于其耐磨材料之故，其硬度遠(yuǎn)大于導(dǎo)引段11'和工具1的其余部分的硬度。此外，過渡區(qū)10由于擴(kuò)散過程之故，其特征表現(xiàn)為一種材料的不斷減小的濃度和另一種材料的不斷增大的濃度，這一點(diǎn)還將參照圖11作詳細(xì)說明。所說明的工具1在過渡區(qū)10的設(shè)計(jì)可保證即使工具在其使用過程中受到強(qiáng)烈加熱，由于不同的材料之故，也不會(huì)在過渡區(qū)中產(chǎn)生峰值應(yīng)力，這種峰值應(yīng)力可能導(dǎo)致對工具 1的損害。導(dǎo)引段11'的切削刃8'可以不具有相同的直徑，而是具有朝向夾持部2減小的直徑。由于工具1利用導(dǎo)引段11'仍只實(shí)施一種導(dǎo)引功能，所以不是不利的是它不是用耐磨損材料制成，而是用堅(jiān)韌的材料制成。圖2所示工具Ia與工具1的區(qū)別僅在于它具有一個(gè)中心縱向通道12，該通道在工具Ia的整個(gè)長度上延伸，即經(jīng)過該工具的夾持部加和其工作部7a延伸?？v向通道12 用于在加工過程中輸送冷卻介質(zhì)，并匯入到端側(cè)9a中。在圖3所示的工具Ib上，縱向通道12b不匯入到端側(cè)9b中。從縱向通道12b的端部分支出在下面稱之為橫向通道13、13'的冷卻孔出口，這些冷卻孔出口按照一個(gè)任意出口角度朝向端側(cè)％延伸，并匯入到切削段lib的外側(cè)。其它方面，工具Ib的設(shè)計(jì)與圖2 所示的工具Ia相同。圖8所示的工具If與圖3所示的實(shí)施形式相似，具有一個(gè)中心縱向通道12f，該縱向通道從柄端4f出發(fā)居中地沿軸向延伸到切削段Ilf中。從中心縱向通道12f出發(fā)，分支出橫向通道13f、13f'、13f"。這些橫向通道處于工具的不同部位中。橫向通道13f處在導(dǎo)引段Ilf'靠近至頸段6f的過渡處的高度上。橫向通道13f'與橫向通道13f有一定軸向距離并且同樣匯入到導(dǎo)引段Ilf'的外側(cè)。橫向通道13f、13f'最好具有相等的直徑。 橫向通道13f"則處在切削段Ilf中并且有利地具有比橫向通道13f、13f'大的橫斷面。通過布置在不同平面中的橫向通道13f、13f'、13f"，就能夠有目的地輸送所需的冷卻介質(zhì)量。這樣便可在切削區(qū)即在切削段Iif的范圍內(nèi)需要比在導(dǎo)引段Iif'的范圍內(nèi)更多的冷卻潤滑劑。因此，如圖8所舉例表示的，橫向通道13f"具有的橫斷面大于橫向通道13f、13f'的橫斷面。此外，橫向通道13f、13f'、13f"是按不同分布設(shè)定的，從而可使冷卻潤滑介質(zhì)的
供給量按相關(guān)需要加以調(diào)配。圖9所示的工具Ig具有兩個(gè)縱向通道12g，這些通道從柄端4g出發(fā)，軸向平行地在工具的總長度上延伸，并相應(yīng)于圖2所示的實(shí)施形式匯入到切削段Ilg的端側(cè)9g中。兩個(gè)縱向通道12g最好彼此相平行地延伸，并偏心地在工具Ig內(nèi)延伸。偏心的縱向通道12g 最好布置在(圖中未示出的)顎部的范圍內(nèi)，這些顎部將工具Ig的相鄰的容屑槽彼此分開。縱向通道12g的數(shù)目有利地與工具Ig的容屑槽的數(shù)目相等。偏心的各個(gè)縱向通道也可離工具的中心有不同距離地加以布置，并安置在從一個(gè)離中心較近的位置上至一個(gè)離中心較遠(yuǎn)的位置上。圖10所示的工具Ih具有縱向通道12h，這些縱向通道從柄端4h出發(fā)，一直延伸到切削段Ilh的端側(cè)9h?？v向通道1 呈螺旋形在工具Ih的長度上延伸。這些縱向通道 12h的這種螺旋形構(gòu)造使用在這樣的工具上，這些工具的工作部幾是設(shè)計(jì)成螺旋形的，即其配有呈螺旋形的容屑槽和居于它們之間的、沿螺旋延伸的切削刃。即使在此情況下，縱向通道12h的數(shù)目有利地就是容屑槽的數(shù)目。圖4和5表示螺紋銑刀或具有一種刻度的成型銑刀，該刻度處在耐磨的材料中。圖4所示的工具Ic如前述的工具一樣，具有夾持部2c和工作部7c。工作部7c也是用耐磨的材料制成，而夾持部2c是用堅(jiān)韌的材料制成的。夾持部2c具有夾持柄3c、中間段5c和頸段6c，該頸段直達(dá)工作部7c。工作部7c具有一個(gè)處于一徑向平面中的、環(huán)繞的切削齒14。該切削齒的前齒面15鄰接在平面的端側(cè)9c上，而后齒面16與頸段6c鄰接。如線IOc所示，從堅(jiān)韌的材料到耐磨的材料的過渡區(qū)處在頸段6c的范圍內(nèi)。如在按圖1至3所示的螺紋成型工具上那樣，兩種不同材料之間的過渡是在一個(gè)軸向區(qū)域上實(shí)現(xiàn)的，如參照圖7所說明的。這樣就保證了 即使在高的橫向負(fù)荷的情況下，也不會(huì)產(chǎn)生工作部7c被夾持部2c剪切或者工作部7c被折斷的危險(xiǎn)。這種工具Ic是一種螺紋銑刀，該工具特別用于難以切削的材料的加工和硬質(zhì)材料加工。這種工具可最好用作為微型銑刀或用于大的螺紋深度加工，例如當(dāng)長度/直徑比超過一個(gè)大約為3的值時(shí)。堅(jiān)韌的材料可防止在螺紋銑削過程中由于產(chǎn)生彎曲力矩而造成斷裂。耐磨的工作部7c對于工具Ic的耐用度具有決定性意義。圖5所示的銑刀Id的設(shè)計(jì)基本上與圖4所示的實(shí)施形式相同。只是工作部7d除了具有切削齒14d之外，還具有處于一徑向平面中的第二切削齒19。后者的直徑小于切削齒14d的直徑。切削齒19的前齒面20鄰接在切削齒14d的后齒面16d上。在堅(jiān)韌的材料和耐磨的材料之間的過渡區(qū)(線IOd)處于工具Id的一個(gè)增強(qiáng)的區(qū)域中。根據(jù)本實(shí)施例， 該過渡出現(xiàn)在切削齒19的高度處。如圖1至3所示的螺紋成型工具一樣，夾持部2d也具有柄部3d、中間段5d和頸段6d。在工具Id的長度上的硬度分布相應(yīng)于前述工具的硬度分布(圖7)。圖6所示的工具Ie是作為鉆頭設(shè)計(jì)的，其夾持部2e的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與圖4和5所示工具的夾持部2c和2d相同。工作部7e是用耐磨的材料制成的，具有一個(gè)鉆頭尖，該鉆頭尖處在工具Ie的縱軸線L上。夾持部2e也包含柄部3e、中間段k和頸段6e。堅(jiān)韌的材料和耐磨的材料之間的過渡(線IOe)是在一個(gè)軸向延伸長度上實(shí)現(xiàn)的，如參照圖1和7 所說明的。鉆頭Ie特別適用于制造深鉆孔。鉆頭Ie也可以作為具有小直徑例如小于Imm 直徑的全硬質(zhì)金屬鉆頭加以使用，這是因?yàn)橥ㄟ^所述設(shè)計(jì)配有用耐磨的材料制成的工作部 7e，及其配有用堅(jiān)韌的材料制成的夾持部2e的一體式設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，保證了高的耐磨強(qiáng)度和對彎曲應(yīng)力的完美吸收。當(dāng)然，圖1至6中所示的工具可以任意具有不同的尺寸和橫斷面形狀。重要的是， 工作部要用耐磨的材料制成，夾持部要用堅(jiān)韌的材料制成。所述的各種工具l、la至Ie在過渡區(qū)10中都具有如圖7中所示的硬度分布曲線。 在耐磨的材料和堅(jiān)韌的材料之間的過渡是在一個(gè)軸向區(qū)域上實(shí)現(xiàn)的，在此軸向區(qū)域中硬質(zhì)材料的濃度逐漸減小，而堅(jiān)韌材料的濃度逐漸增大，從而即使在長度/直徑比是很大的例如大于3的情況下，也不會(huì)發(fā)生工作部被剪切或斷裂的危險(xiǎn)。針對復(fù)合材料的徑向承載能力而言，在分界平面10、IOc至IOe處所形成的居于工作部的硬質(zhì)的且耐磨的材料與夾持部的堅(jiān)韌的且抗斷裂的材料之間的過渡區(qū)具有特別重要的意義。這兩種不同的材料各自如所述及的方式是碳化鎢形式的硬質(zhì)金屬。在擴(kuò)散區(qū)中這兩種硬質(zhì)金屬范圍的不同粒度部分的良好混勻確保了兩種不同硬質(zhì)金屬材料的性質(zhì)的連續(xù)過渡。在此，耐磨強(qiáng)度朝工具尖端逐漸增大，而堅(jiān)韌性則逐漸減小。這種變化不是產(chǎn)生在一種不連貫的突變中，而是產(chǎn)生在一種連續(xù)的過渡中。這種連續(xù)的過渡導(dǎo)致復(fù)合材料獲得一種最大徑向承載能力。該過渡區(qū)沿工具的在軸向方向上的膨脹可以在成分材料的燒結(jié)過程中通過對參數(shù)(時(shí)間和溫度)的適當(dāng)選擇來加以調(diào)制。燒結(jié)過程在大約1400°C -1550°C之間的一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。燒結(jié)持續(xù)時(shí)間在大約0. 5至1. 5小時(shí)之間，這取決于坯件的大小及其成分。在兩種不同材料上所用的鈷形成用于碳化鎢顆粒的結(jié)合劑，而且在燒結(jié)過程中處于液態(tài)。用于工作部以及用于夾持部的硬質(zhì)金屬材料呈粉末狀。液態(tài)的鈷在這兩種不同的硬質(zhì)金屬粉末的界面上擴(kuò)散。鈷連同所有溶解于其中的添加物能產(chǎn)生強(qiáng)烈的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。特別是直徑較小的硬質(zhì)物顆粒會(huì)被吸入到擴(kuò)散過程中。直徑較大的硬質(zhì)物顆粒則受這些擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)觸及得不甚強(qiáng)烈。通過對燒結(jié)溫度的調(diào)整，便可按所要求地影響擴(kuò)散過程即擴(kuò)散路徑。 過渡區(qū)中的硬度分布(圖7)表明過渡區(qū)中變化的結(jié)構(gòu)組織性質(zhì)。復(fù)合硬質(zhì)金屬的成分的特征在于在工作部及夾持部范圍內(nèi)的不同鈷含量以及在于碳化鎢顆粒的不同粒度。工作部范圍內(nèi)的鈷含量在大約8和12重量百分比之間；夾持部范圍內(nèi)的鈷含量在大約12和16重量百分比之間。碳化鎢顆粒的粒度在工作部范圍內(nèi)為大約0. 2至大約 0. 5 μ m，即在超細(xì)區(qū)；在夾持部范圍內(nèi)的粒度為大約0.8至大約1. 3 μ m，即在細(xì)區(qū)。當(dāng)然， 夾持部范圍內(nèi)個(gè)別顆粒也可以具有較大直徑。圖11表示在工具的長度上的碳化鎢粒度分布。曲線22表示具有粒度直徑在0. 2-0. 8 μ m之間的碳化鎢顆粒的分布。在工作部范圍內(nèi)，碳化鎢顆粒具有的粒度在上述粒度區(qū)內(nèi)。在過渡區(qū)內(nèi)，具有這種粒度的碳化鎢的份額逐漸減小，直到具有這一種顆粒直徑的碳化鎢顆粒不再存在為止。該過渡區(qū)例如在大約6mm 至15mm之間延伸，即在一個(gè)大約9mm的長度上延伸。曲線23是在燒結(jié)溫度高于在曲線22的情況時(shí)得出的。在此過渡區(qū)例如從大約 2mm至大約18mm。這一過渡區(qū)因此比在曲線22情況下的過渡區(qū)長得很多。這表明通過提高燒結(jié)溫度，在硬質(zhì)的且耐磨的硬質(zhì)金屬材料與堅(jiān)韌的且抗斷裂的硬質(zhì)金屬材料之間的過渡區(qū)便可顯著加大。此外還可從圖11所示的曲線圖中看出在工具的工作部范圍內(nèi)，具有從大約0.2 至大約0.5μπι顆粒直徑的碳化鎢份額達(dá)到100% ；具有從大約0.8至大約1.3μπι顆粒直徑的碳化鎢顆粒份額(曲線M和2 達(dá)0%。曲線M表明具有顆粒直徑為在大約0. 8至大約1. 3 μ m之間的碳化鎢顆粒的粒度分布的變化是在一個(gè)比在具有小的顆粒直徑的碳化鎢顆粒情況下(曲線22和2 小得多的軸向區(qū)域中發(fā)生的。曲線M表明在該顆粒直徑范圍內(nèi)的碳化鎢顆粒的份額自大約 9mm處從0%出發(fā)至大約12mm處上升到100%。過渡區(qū)因此只在大約3mm的長度上延伸。曲線25表示在燒結(jié)溫度較高時(shí)的情況。在此，從0%到100%的過渡在大約8mm 處開始并且在大約14mm處終止。由此該過渡區(qū)的軸向長度為大約為5mm。即使在這些較大粒度情況下也證明隨著燒結(jié)溫度增高，過渡區(qū)由于較大擴(kuò)散路徑之故亦被擴(kuò)大。與小的粒度相比(曲線22和23)，較大粒度的濃度變化是在工具的一個(gè)小得多的軸向區(qū)域上實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)燒結(jié)持續(xù)時(shí)間變化時(shí)，也表現(xiàn)出相似的情況。燒結(jié)過程的持續(xù)時(shí)間越長，則擴(kuò)散路徑就越大，兩種硬質(zhì)金屬材料之間的過渡區(qū)便可調(diào)節(jié)得越寬。按所述的方法還可做到通過一種有目的的熱處理，即可有目的地調(diào)節(jié)過渡區(qū)的軸向?qū)挾取Ｈ鐖D11所示的實(shí)施例表明的，過渡區(qū)可在一個(gè)可觀的軸向長度上延伸。對小的粒度而言，過渡區(qū)的軸向長度例如可達(dá)16mm(曲線23)。
權(quán)利要求
1.用于加工工件的工具，其包含一個(gè)夾持部和一個(gè)工作部，所述夾持部和工作部至少局部地由一種耐磨的材料和由一種堅(jiān)韌的材料制成，這兩種材料都含有碳化鎢，其特征在于工作部(ll，llb ;7c至7e，7h)由所述耐磨的材料制成，其碳化鎢具有在大約0. 2至大約0.5μπι之間范圍內(nèi)的粒度，夾持部0，2^2(至加)中的碳化鎢具有在大約0.8至大約 1.3μπι之間范圍內(nèi)的粒度，在工作部(11，lib ；7c至7e，7h)和夾持部0，2a，2c至2e)之間的過渡區(qū)(10，IOc至IOe)中耐磨的碳化鎢的份額朝向夾持部減小直至為0，并且堅(jiān)韌的碳化鎢的份額朝向工作部減小直至為0，并且在過渡區(qū)(10，IOc至IOe)中在耐磨的碳化鎢和堅(jiān)韌的碳化鎢之間的混合比大致持續(xù)變化。
2.按權(quán)利要求1所述的工具，其特征在于工具(1，Ia至Ih)的硬度在從耐磨的材料區(qū)至堅(jiān)韌的材料區(qū)的過渡區(qū)(10，10c，IOd) 中在一個(gè)軸向區(qū)域上減小。
3.按權(quán)利要求1或2所述的工具，其特征在于在從耐磨的材料區(qū)至堅(jiān)韌的材料區(qū)的過渡區(qū)(10，10c，10d，10e)設(shè)置在一個(gè)在橫斷面上增強(qiáng)的區(qū)域內(nèi)。
4.按權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的工具，其特征在于為工作部(11，lib ；7c至7e，7h)中的碳化鎢添加的鈷在大約8至大約12重量百分比的范圍內(nèi)。
5.按權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的工具，其特征在于為夾持部0，2^2(至加)中的碳化鎢添加的鈷在大約12至大約16重量百分比的范圍內(nèi)。
6.按權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的工具，其特征在于耐磨的材料的粒度變化與堅(jiān)韌的材料的粒度變化相比在工具的一個(gè)較大的軸向長度上實(shí)現(xiàn)。
7.按權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的工具，其特征在于該工具是一種螺紋成型工具或一種銑刀/螺紋銑刀或一種鉆頭。
8.按權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的工具，其特征在于它具有至少一個(gè)冷卻通道(12，12b，12f至12h)。
9.按權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的工具，其特征在于工作部(11，1讓；7(至76)在其軸向延伸長度上具有大致相同的硬度。
10.按權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的工具，其特征在于夾持部0，2a，2c至2e)在其軸向長度上具有基本上大致相同的硬度。
全文摘要
該工具有一個(gè)夾持部(2)和一個(gè)工作部(11)。工作部是用一種含有碳化鎢的耐磨材料制成的，其具有的粒度在大約0.2至大約0.5μm的范圍內(nèi)。夾持部(2)是用一種堅(jiān)韌材料制成的，其含有的碳化鎢的粒度在大約0.8至大約1.3μm的范圍內(nèi)。在工作部(11)和夾持部(2)之間的過渡區(qū)(10)中，耐磨碳化鎢的份額朝向夾持部(2)減小直至為0；堅(jiān)韌碳化鎢的份額朝向工作部(11)減小直至為0。耐磨的碳化鎢和堅(jiān)韌的碳化鎢之間的混合比在過渡區(qū)(10)中大致持續(xù)變化。
文檔編號(hào)B23G5/00GK102333610SQ201080009548
公開日2012年1月25日 申請日期2010年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月16日
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