專利名稱：：切削元件的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及工具部件。
背景技術：
：復合耐磨坯塊形式的工具部件，尤其是切削元件，在現(xiàn)有技術中是公知的并且專門用于各種切削、鉆孔、車削和其它研磨操作。工具部件通常包括一層或一片(table)粘合至硬質(zhì)合金基質(zhì)的超硬耐磨材料。工具部件具有大致圓柱形形狀，并且超硬耐磨材料層或片粘合至圓柱形基質(zhì)的兩個平面端之一。超硬耐磨材料通常為多晶金剛石(PCD)或多晶立方氮化硼(PCBN)。在使用中，超硬耐磨材料層或片的上部暴露周邊邊緣是為部件提供切削邊緣的邊緣。在鉆孔中，例如，切削元件通常安裝為相對于部件穿過巖石的前進方向成負傾角，如附圖中的圖1所示。參考圖1，現(xiàn)有技術的切削元件包括粘合至硬質(zhì)合金基質(zhì)12的超硬耐磨材料層10。切削元件為圓周形形狀。層10的周邊邊緣14為元件提供了切削邊緣。圖1示出了在箭頭16方向上前進進入巖石面或其它工件18的切削元件。在這種前進中，相當?shù)呢摵煞胖迷趯?0的前平面20上。這樣就在切削元件上產(chǎn)生了顯著的彎曲力矩并且因此在該元件上產(chǎn)生了應力。這種應力導致了破裂和剝落。美國專利4,109,737公開了一種用于對巖石鉆孔的旋轉鉆，其包括多個安裝在鉆頭冠部中的多個切削元件。每個切削元件包括有細長銷，該銷具有一薄層粘合至銷自由端的晶態(tài)金剛石。該層晶態(tài)金剛石為鉆頭提供了弧形的切削表面。
發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明，一種工具部件包括有粘合至基質(zhì)的超硬耐磨材料層，該超硬耐磨材料層包括一對相對的端面、限定在端面之間的上表面、以及至少一個限定在各個端面和上表面的相交處的弧形且錐形的切削邊緣。端面優(yōu)選地是與切削邊緣互補的錐形。工具部件的各個切削邊緣以及通向切削邊緣的各個端面通常為楔形。這意味著切削邊緣和端面將具有通常匯聚的區(qū)域。優(yōu)選地匯聚區(qū)域在想象中位于切削邊緣之上，因而提供了弧形的切削邊緣。該層的上表面通常遵循與各個切削邊緣相同或類似的輪廓，至少在切削邊緣的區(qū)域。在本發(fā)明的一個形式中，工具部件具有表現(xiàn)有相對端部和弧形側面的基本上圓柱形形狀，該超硬耐磨材料層位于弧形側面中并且表現(xiàn)出弧形上表面。在本發(fā)明的另一個形式中，工具部件具有基本上矩形或圓柱形的基質(zhì)，表現(xiàn)出弧形上表面的超硬耐磨材料層粘合至所述基質(zhì)。超硬耐磨材料層和基質(zhì)之間的界面是平面、弧形或其它輪廓。超硬耐磨材料層為PCD、PCBN或CVD金剛石。基質(zhì)典型地為硬質(zhì)合金基質(zhì)，并且優(yōu)選地為硬質(zhì)碳化鎢基質(zhì)。本發(fā)明的工具部件可用于多種研磨操作。優(yōu)選地，工具部件用作用于地下巖石鉆孔的鉆頭中的切削元件或側刃金剛石?，F(xiàn)在將結合附圖以舉例的方式更詳細地描述本發(fā)明，在附圖中圖1是現(xiàn)有技術的切削元件在使用中的側面剖視圖；圖2至5是本發(fā)明的工具部件的不同實施例的透視圖；圖6是本發(fā)明的工具部件在用來切削工件時的透視圖；圖7是圖6的側視圖；和圖8是從中能制造出本發(fā)明的工具部件的本體的透視圖。具體實施例方式現(xiàn)在將結合附圖描述本發(fā)明的實施例。附圖中的圖2至5示出了不同的實施例。首先參考圖2，通常為圓柱形的工具部件30包括結合至基質(zhì)34的超硬耐磨材料層32。層32和基質(zhì)34之間的界面是平面的。工具部件30具有匯聚的端面38、40以及弧形側面42。超硬耐磨材料層32在工具部件中縱向地定位。層32呈現(xiàn)出弧形上表面44以及限定在上表面44和各個端面38、40處的弧形且基本上楔形的切削邊緣46、48。本發(fā)明的第二實施例由圖3示出。參考該附圖，工具部件包括通常圓柱形的硬質(zhì)合金基質(zhì)50?；|(zhì)50具有平的基面52、弧形側面54和匯聚表面56、58。在匯聚表面56、58里位于基質(zhì)中并與之相粘合的是超硬耐磨材料層60。層60沿著輪廓界面62粘合至基質(zhì)50。層60具有楔形上表面64和楔形切削邊緣64、66。本發(fā)明的第三實施例由圖4示出。這個實施例類似于圖3的實施例并且同樣的部件帶有同樣的附圖標記。與這個實施例的不同之處在于輪廓界面62基本上為月牙形。本發(fā)明的第四實施例由圖5示出。參考該附圖，工具部件包括通常矩形的硬質(zhì)合金基質(zhì)70，其具有平的下表面72和平的上表面74。粘合至平的上表面72的是超硬耐磨材料層76。層76具有上部弧形表面78。而且，層76還在其相對的端部具有會聚表面80、82和基本上楔形的切削邊緣84、86。圖2至5所示的工具部件僅僅是舉例而非限制。不同表面的曲線可以根據(jù)超硬耐磨材料層和基質(zhì)之間的界面形狀而變化。切削邊緣可以是尖銳的或圓角的。在所有變型中，工具部件將保持其基本上弧形和楔形的切削邊緣以及通向切削邊緣的表面。工具部件具有特殊的應用，用作旋轉鉆頭的切削元件以及這種鉆頭的側刃金剛石。圖6和7示意性地示出了圖2的工具部件用在旋轉鉆頭中用作切削元件。參考這些附圖，切削元件90安裝在鉆頭的冠部中。在使用時，主要切削邊緣92在巖層或基質(zhì)94上進行切削動作。工具部件在箭頭96方向上前進進入工具。切削邊緣的切削動作類似于圖1所示現(xiàn)有技術中的切削元件的動作。然而，基本上楔形的切削邊緣92、通向該切削邊緣的弧形表面以及弧形上表面98很大程度地減小了當其以類似于船頭穿過水體的方式前進穿過基質(zhì)時施加在超硬耐磨材料層上的負荷。于是，其相當?shù)販p小了切削元件所受到的彎曲力矩。本發(fā)明的工具部件可以由如圖8中示意性示出的已知的超硬耐磨材料/基質(zhì)本體所制造。本體100包括基質(zhì)、通常為具有平的下表面104和平的上表面106的硬質(zhì)合金基質(zhì)102。粘合至平的上表面106的是超硬耐磨材料的層108。本體為圓柱形形狀。坯料110可以從本體100中如虛線112所示那樣切割出來。如所示，切割橫向于本體100的縱軸并且穿過層108和基質(zhì)102之間的界面。然后坯料110可以被成形以產(chǎn)生例如如圖2所示的工具部件。這僅僅是一種制造本發(fā)明的工具部件的方法的舉例。各種變型，比如層108與基質(zhì)104之間的界面輪廓的變型，也將落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。權利要求1.一種包括有粘合至基質(zhì)的超硬耐磨材料層的工具部件，該超硬耐磨材料層包括一對相對的端面、限定在端面之間的上表面、以及至少一個限定在各個端面和上表面的相交處的弧形且錐形的切削邊緣。2.根據(jù)權利要求1的工具部件，其特征在于，端面是與切削邊緣互補的錐形。3.根據(jù)權利要求2的工具部件，其特征在于，各個切削邊緣和端面通常為楔形。4.根據(jù)權利要求1至3中任一的工具部件，其特征在于，至少在切削邊緣的區(qū)域，上表面大致遵循與各個切削邊緣相同或類似的輪廓。5.根據(jù)權利要求1的工具部件，其特征在于，工具部件具有呈現(xiàn)有相對端部和弧形側面的基本上圓柱形形狀，該超硬耐磨材料層位于弧形側面中并且呈現(xiàn)出弧形上表面。6.根據(jù)權利要求1的工具部件，其特征在于，包括基本上矩形或圓柱形的基質(zhì)，該超硬耐磨材料層粘合至基質(zhì)，該超硬耐磨材料層呈現(xiàn)出弧形上表面。7.根據(jù)前述任一權利要求的工具部件，其特征在于，超硬耐磨材料層與基質(zhì)之間的界面是平面、弧形或其它輪廓。8.根據(jù)前述任一權利要求的工具部件，其特征在于，超硬耐磨材料層為PCD、PCBN或CVD金剛石。9.根據(jù)前述任一權利要求的工具部件，其特征在于，基質(zhì)為硬質(zhì)合金基質(zhì)。10.根據(jù)權利要求9的工具部件，其特征在于，基質(zhì)為硬質(zhì)碳化鎢基質(zhì)。11.一種切削或研磨工件或基質(zhì)的方法，該方法包括步驟1)提供根據(jù)前述任一權利要求的工具部件；2)提供工件或基質(zhì)；3)將工件或基質(zhì)與工具部件的弧形且錐形切削邊緣相接觸；和4)使切削邊緣前進進入工件或基質(zhì)。12.根據(jù)權利要求11的方法，其特征在于，工具部件是用于地下巖石鉆孔的鉆頭中的切削元件或側刃金剛石。13.一種制造根據(jù)權利要求1至10中任一的工具部件的方法，該方法包括步驟1)提供包括有粘合至基質(zhì)的超硬耐磨材料層的本體；2)從本體橫向于本體的縱軸且穿過超硬耐磨材料層與基質(zhì)的界面切割出坯料；和3)將坯料成形為工具部件所需要的形狀。全文摘要一種工具部件，其典型地為旋轉鉆頭中的切削元件或側刃金剛石，包括有粘合至基質(zhì)的超硬耐磨材料層，該超硬耐磨材料層包括一對相對的端面、限定在端面之間的上表面、以及至少一個限定在各個端面和上表面的相交處的弧形且錐形的切削邊緣。工具部件的各個切削邊緣以及通向切削邊緣的各個端面通常為楔形，該層的上表面通常遵循相同或類似的輪廓，至少在切削邊緣的區(qū)域如此。文檔編號B22F5/00GK1759226SQ200480006292公開日2006年4月12日申請日期2004年2月11日優(yōu)先權日2003年2月11日發(fā)明者克勞斯·坦克申請人:六號元素(控股)公司