通过增材制造制备的切削工具制造技术

本发明专利技术公开了一种由增材制造工艺制备的切削工具。所述切削工具具有外表面以及由一个或多个朝内的表面限定的封闭的内部腔体。所述内部腔体可具有内部支撑件，诸如晶格或蜂窝结构。所述切削工具可为具有冷却剂孔的刀片、钻头或端铣刀。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属切削工具的制备和设计。
技术介绍
金属切削工具通常由烧结碳化钨或另一种合适的材料(诸如PCD、PcBN、高速钢和其他金属陶瓷)制成。烧结碳化钨部件通过将WC、Co以及可能的其他材料的共混物压制或挤压成生坯形状而制成。然后烧结生坯形状以将粉末压实并熔化在一起。烧结碳化物是金属基质复合材料，该复合材料包含一种或多种过渡金属的碳化物，所述碳化物作为硬颗粒分散并固结在诸如钴、镍和/或铁(或这些金属的合金)的粘结剂中。这样，硬颗粒形成分散相，而粘结剂形成成连续相。对于用作切削工具(包括例如车削刀片和铣削刀片)，烧结碳化物提供强度、韧性和耐磨损性/耐腐蚀性(即，耐磨性)的有吸引力的组合。在可能的不同硬颗粒组合中，由碳化钨作为硬颗粒以及钴作为粘结剂相而组合的烧结碳化物普遍用作对难加工材料(诸如钛和钛合金、镍和镍合金、超合金、不锈钢和球墨铸铁)进行金属加工操作的切削工具。压制和烧结技术或挤压和烧结技术将最终部件的设计仅限为可被压制或挤压的那些几何形状。这可能导致含有更多材料的烧结碳化物部件中掺入次等或不必要的特征。一个不必要的特征通常是使用比所需更多的材料来制备部件。烧结碳化钨是昂贵的材料。在不损害切削工具质量或性能的情况下需要不断减少烧结碳化钨的使用。
技术实现思路
在本专利技术的一种形式中，本专利技术为切削工具，该切削工具包括外表面以及由一个或多个朝内的表面限定的封闭的内部腔体。内部腔体可具有内部支撑件，诸如晶格或蜂窝结构。在本专利技术的另一种形式中，本专利技术为制备切削工具的方法，该方法包括使用粘结剂喷射工艺由起始粉末制备具有内部腔体的生坯切削工具，然后使切削工具脱粘并烧结。在本专利技术的另一种形式中，本专利技术为制备切削工具的方法，该方法包括使用选择性激光烧结工艺由起始粉末制备具有内部腔体的工具的步骤。根据本专利技术制备的工具可具有改善的机械性能和耐磨性、通过消除不必要的材料而降低的总重量，以及节省的制造时间和成本。此外，工具的轻重量设计将由于机械的更快反应而允许高速操作中更精确的工具路径。该设计的另外的益处包括设计灵活性增加的更高质量成品。这些和其他实施例在下文的具体实施方式中更详细地描述。附图说明图1为根据本专利技术的一个实施例的切削刀片的透视图。图2为图1的切削刀片的剖视图。图3为根据本专利技术的另一个实施例的切削刀片的剖视图。图4为根据本专利技术的另一个实施例的钻头的透视图。图5为图4的钻头的剖视图。具体实施方式参考以下具体实施方式和实例以及前述和下述内容可更容易地理解本文所述的实施例。然而，本文所述的元素、设备和方法并不限于具体实施方式和实例中所述的具体实施例。应当认识到，这些实施例仅示例性地说明本专利技术的原理。在不脱离本专利技术精神和范围的情况下，多种修改和变更对于本领域技术人员而言将是显而易见的。如本文所用，术语切削工具是指用于从工件移除材料的硬组件。图1示出根据本专利技术的一个实施例的切削刀片10。在该实施例中，切削刀片呈大致矩形形式，但是该切削刀片可为适用于金属切削的任何所需形状，例如另一种刀片类型、端铣刀或钻头。此外，该切削刀片10可在其一个或多个表面上具有类似断屑槽或孔之类的另外几何形状。切削刀片10具有在前刀面12与后刀面13的交汇处的切削刃11。切削工具10的外表面14
包括前刀面12、后刀面13和切削刃11。该类型的切削刀片通常可根据车削或铣削操作在刀架上转位，并且可以从刀架上拆卸。图2为图1的切削刀片10的剖视图。该剖面展示了刀片10内的内部腔体15。内部腔体15由一个或多个朝内的表面19限定。结合晶格结构17以改善切削刀片10的机械性能。晶格结构17可以是维持工具的机械强度和完整性的任何合适设计，例如，可加入一个或多个内壁或者可结合蜂窝结构。如本文所用，术语“腔体”是指工具内由朝内的表面在所有侧面上限定的内部空间。现在参见图3，根据本专利技术的另一个实施例示出了切削刀片20的剖视图。切削刀片20具有带有支撑晶格结构22的内部腔体21。切削刀片20具有在后刀面24与前刀面25的交汇处的切削刃23。在前刀面25内并且邻近切削刃23的是冷却剂排放孔26，该冷却剂排放孔从内部腔体21延伸至前刀面25。在该实施例中，冷却剂(例如水或切削液)通过刀架(未示出)递送进入到冷却剂入口(未示出)中，该冷却剂入口结合到切削刀片20的底部。刀片的底部是与前刀面25相对的侧面。其他实施例可具有位于后刀面或前刀面的冷却剂入口。图4和图5示出根据本专利技术的另一个实施例的钻头30。图5为钻头30的中心部分的剖视图。该剖面沿着与钻头30的纵向轴线相交的平面。该钻头具有在切削刀头32的一端处的柄部31以及在相对端处的切削刃33。如图5所示，钻头30具有由一个或多个朝内的表面35限定的内部腔体34。晶格结构36为钻头30提供机械支撑。本专利技术的切削工具通过增材制造(例如粘结剂喷射、选择性激光烧结(SLS)、或选择性激光熔化(SLM))来制造。如本文所用，“粘结剂喷射”是指生产部件的以下方法：将液体粘结剂选择性地喷射到基于部件3D模型的粉末床上，将粘结剂和粉末凝固成剖面，接着依次放置额外的粉末和粘合剂以形成物件的下一层，然后重复该过程直到完成生坯部件。在粘结剂喷射之后，将部件脱粘并烧结。在一些实施例中，将切削工具在介于2000至3000℉之间的温度以及10,000至30,000psi的压力下热等静压(HIP)30至500分钟之间的时间段以获得高度致密和可靠的结构。工具的最终密度为>95％，例如>99.5％。合适的粉末包括水雾化和气雾化的粉末，该雾化粉末包含硬颗粒组分和金属粘结剂组分。现在转到特定组分，硬颗粒相可以不违背本专利技术目的的任何量存在于烧结硬质碳化物制品中。在一些实施例中，例如，硬颗粒相以烧结硬质碳化物制品的至少70重量％或至少80重量％的量存在。硬颗粒相还可以选自表I的量存在。表I-硬颗粒相含量重量％烧结硬质碳化物制品70-9880-9885-9688-9589-9890-97如本文所述，硬颗粒相包括碳化钨。在一些实施例中，硬颗粒相仅由碳化钨形成。作为另外一种选择，硬颗粒相还可包括选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的一种或多种金属的碳化物、氮化物和/或碳氮化物。例如，在一些实施例中，除了碳化钨以外，硬颗粒相包括碳化钽、碳化铌、碳化钒、碳化铬、碳化锆、碳化铪、碳化钛及其固溶体中的至少一种。另外的金属碳化物、氮化物和/或碳氮化物可以不违背本专利技术目的的任何量存在于硬颗粒相中。在一些实施例中，另外的金属碳化物、氮化物和/或碳氮化物以最多至硬颗粒相的50重量％的量存在。例如，另外的金属碳化物、氮化物和/或碳氮化物可以硬颗粒相的1-10重量％的量存在。另外，硬颗粒相可通常表现出小于30μm的平均粒径。例如，硬颗粒相的平均粒径可小于10μm，诸如0.5-3μm。如本文所述，烧结硬质碳化物制品包括金属粘结剂相，所述金属粘结剂相包括一种或多种合金化添加剂以及余量的钴、镍和/或铁。如本文所用，“金属粘结剂”是指金属组分，该金属组分在烧结期间软化并且将硬颗粒固结在一起。金属粘结剂是粉末共混物的一部分，该粉末共混物用于形成生坯部件。一般来讲，金属粘结剂相以烧结硬质碳化物制品的1-30重量％的量存在。在一些实施例中，金属粘结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种切削工具，所述切削工具包括：外表面，以及封闭的内部腔体，所述封闭的内部腔体由一个或多个朝内的表面限定。

【技术特征摘要】
2015.05.13 US 14/710,6441.一种切削工具，所述切削工具包括：外表面，以及封闭的内部腔体，所述封闭的内部腔体由一个或多个朝内的表面限定。2.根据权利要求1所述的带涂层的切削工具，还包括位于所述内部腔体内部并且支撑所述内部腔体的一个或多个晶格结构。3.根据权利要求2所述的带涂层的切削工具，其中所述切削工具包括烧结碳化钨。4.根据权利要求1所述的带涂层的切削工具，还包括：前刀面；后刀面；以及在所述前刀面和所述后刀面的交汇处的切削刃。5.根据权利要求4所述的带涂层的切削工具，所述前刀面、后刀面或另一个包含冷却剂入口的表面，并且其中所述前刀面包括邻近所述切削刃的冷却剂排放孔。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：P斯托亚诺夫，
申请(专利权)人：肯纳金属公司，
类型：发明
国别省市：美国;US