切削用烧结体刀头及其制造方法技术

本发明专利技术是可延长寿命且成本低的切削用烧结体刀头。它有由立方晶格的氮化硼或金刚石结构的硬质烧结体构成的第１层２５ａ、３３ａ和第２层２５ｂ、３３ｂ以及夹于其中，由硬质合金或铁系金属或高熔点金属构成的中间层２４、３２。使其正面和背面形成前刀面。在第１层和第２层上形成与切削有关的刀尖Ｒ和后刀面。中间层包含前刀面的重心和刀头整体的重心。在前刀面和后刀面的表面上形成由周期表４ａ，５ａ，６ａ族元素的氮化物等构成的被覆层。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及由使用立方晶氮化硼(以下简略记为＂CBN＂)或金刚石的烧结体和硬质合金等的复合烧结体构成的高硬度切削用烧结体刀头，在该切削用烧结体刀头上被覆耐磨损层的被覆切削用烧结体刀头，以及它们的制造方法。金刚石烧结体和CBN烧结体广泛用作车床用刀头等切削工具。这些烧结体工具使用可产生40kb以上超高压和1300℃高温的非常昂贵的设备制造。以往使用这样的烧结体的刀具，如图7所示那样，将由该烧结体构成的层2接合到硬质合金层1上面，得到圆盘状复合烧结体3，然后用电火花线切割机切割成所希望的切刃形状(图8A所示的3a及图8b所示的3b)，再钎焊到具有所希望形状的硬质合金基材(图8所示的4和5)上。经过研磨加工得到图8A、图8B所示的切削刀头。图8A和图8B中箭头A、B所指示的界面是钎焊面。在图8B所示的三角形切削刀头的中央设有为将切削刀头用螺丝固定在刀具的刀杆上的通孔6。使用这种过去的切削刀头的刀具，虽然在实际的切削中在确保必要而且充分的烧结体面积方面具有经济的优点，但由于具有钎焊部份而存在以下的问题。使用金刚石烧结体和CBN烧结体的刀具，一般适用于进刀量和送刀量小的精加工等，但由于其具有硬度高、耐热性好的特征，所以多适用于切削温度高的高速切削。并且由于近年来加工效率提高的要求，能广泛适用于极为高速的情况。但是，过去的钎焊刀具钎焊温度为700～900℃的情况，而在淬火钢或铸铁的高速切削场合下，切削温度超过900℃，造成钎焊剂熔化，或是在Al-Si合金或淬火钢和铸铁进行粗切削的场合下，切削温度虽在900℃以下，但由于切削阻力增加钎焊强度显得不足，存在发生钎焊脱落的情况。另外，在对金刚石烧结体进行钎焊的场合，为达到充分的钎焊强度而在近900℃的高温下进行钎焊处理时，一部分产生石墨化，或因与合金基材的热膨胀系数差大而发生断裂的情况。此外，形成这种过去的切削刀头的制造工艺包括如图7所示的烧结体形成工序、电火花线切割加工工序，切出的复合烧结体的研磨工序、钎焊工序以及切削刀头的研磨操作工序，因此与硬质合金或陶瓷刀具相比较，需要较长的制造工艺过程。作为没有钎焊部的过去的刀具，市售的有如图9A、图9B和图9C所示形状的切削刀头。其中图9A所示的切削刀头10a是仅整个上面(前面)由CBN或金刚石烧结体构成，图9B所示的切削刀头10b使用叠层状的复合烧结体在整个上下面的前面由CBN或金刚石烧结体构成，图9C的切削刀头10C则是刀头的整体由CBN或金刚石烧结体构成。这些刀具共同的问题是，与前面的切削无关的部份也用昂贵的CBN或金刚石烧结体构成。因此这些过去的切削刀头，在考虑其制造成本时，相对于过去的钎焊刀头而言，在经济上没有优越性。另外，在前面的重心部或刀头整体的重心部设置了硬度高的烧结体层，因此存在有例如要象广为市售的图8B所示那样，在刀头上加工向刀杆上连结固定用的孔有困难这样的问题。CBN烧结体和金刚石烧结体在硬度、强度、热电导率等物性方面具有优良的性质，因此被用作各种切削刀具。CBN烧结体由于与铁的反应性低，所以用于铁系材料的切削刀具，特别是用于淬火钢等高硬度难切削材料的切削。对金刚石烧结体，公知的是，金刚石粒子本身与CBN粒子相比较是高硬度的，由于劈开面少并且缺陷也少，并且同种粒子强固地结合，因而与CBN烧结体相比，硬度高且强度也高。但是这种广为市售的金刚石烧结体有以下的缺点，即一旦金刚石的耐氧性劣化，则因与铁系金属的反应性增强而使耐磨损性降低，不能在实用上用于铁系材料的切削。但由于对于铝等非铁系材料显示出优良的耐磨损性，所以金刚石被利用作为非铁材料系的切削刀具。但是伴随着切削的高速化、高效率化，切削条件越来越严酷，在铁系材料的切削、非铁材料的切削或铁系材料和非铁材料的共切削当中，仅用CBN烧结体或仅用金刚石，耐磨性已不能满足需要。为提高耐磨性，有人提出了在由CBN烧结体和金刚石烧结体构成的过去的切削刀头上，用PVD(Physical Vapor Deposit ion)法或CVD(Chemical Vapor Deposition)法被覆TiN等各种耐磨损层的方法(例如参照特开昭61-183187号公报，特开平1-96083号公报，特开平1-96084号公报)。但是，为了被覆能耐受高速精加工切削和粗切削那样过于严酷的切削条件的被覆层和与烧结体的附着强度优良的耐磨损层，有必要在钎焊剂的熔点以上的高温下进行被覆处理，钎焊的刀具作为被覆切削用刀头的母材是不适宜的。另外，即使将适用于通常的精加工切削等轻切削用刀具作为目的，通过使用成膜温度在钎焊剂熔点以下的各种低温工艺的PVD法和CVD法进行被覆处理，也会在将钎焊刀具作为被覆切削用刀头的母材的场合，钎焊部被腐蚀，或是发生与被覆层的原料气体成分反应而劣化，引起钎焊脱落等，与没有钎焊部的被覆切削用刀头相比存在有稳定性差的问题。另外，CBN烧结体和金刚石烧结体都呈现单纯的黑色或茶色。如前所述，使用这些材料的切削刀具的大多数，主要用途是在进刀量和送刀量小的切削条件下使用的精加工。在这样的切削刀具中，过去一般的钎焊刀头没有必要由刀尖角判断其使用与否，但在以多数的角部作为刀尖使用的切削刀具中，在黑或茶色的烧结表面的情况下，也存在对其使用过或未使用过加以判别有困难的问题，而用TiN、Ni等包覆是有效的。但在使用钎焊刀头的场合，在被覆处理中钎焊部的温度上升，钎焊剂熔化，发生钎焊部的错位，或者钎焊部劣化，使得在过于严酷的切削条件下使用的场合，钎焊部出现脱落。鉴于上面所述的问题，本专利技术的目的是，通过减少制造工序，并采用具有可高效利用CBN烧结体部和金刚石烧结体部几何形状的制造方法，提供一种在提高经济性的同时，可容易地涂敷各种被覆层的高硬度的切削用烧结体刀头。本专利技术的目的还在于，提供一种同时具有CBN烧结体和金刚石烧结体的高硬度和高强度和被覆层的优良耐磨损性的，例如在用于淬火钢切削或铸铁的粗切削、铸铁和铝合金共切削的场合下，比过去的刀具显示出长寿命的理想的被覆CBN烧结体刀头和被覆金刚石烧结体刀头。本专利技术目的还在于，提供一种在切削后通过刀尖角能容易地对使用与否加以判断的烧结体刀头。解决上述课题的本专利技术的切削用烧结体刀头，具有由选自硬质合金、铁系金属和高熔点金属所组成的物组中的材料所构成的中间层，以及与中间层烧结接合的由含立方晶氮化硼或金刚石的硬质烧结体所构成的第1和第2层，将该中间层配置在被该两层由上下两侧夹住的位置，其正面和背面按照构成前面的方式形成。与切削有关的全部刀尖R和后面在第1和第2层上形成，中间层按照包含前面的重心部和刀头整体的重心的方式形成。使用这种切削用烧结体刀头，首先，因为不含有过去的多种刀具中所采用的钎焊部份，所以避免了高速切削和粗切削时的钎焊脱落的问题。另外，由于前面的重心部和刀头整体的重心部用硬质合金、铁系金属和高熔点金属中的任何一种材料构成，所以使得将刀具固定在刀杆上的通孔的加工，和容易地研磨形成将刀头高精度安装在刀杆上的槽等成为可能。并且因为与切削有关的后面全部使用由CBN或金刚石构成的高硬度烧结层构成，所以能延长刀具寿命。由于它使用弹性模量比其它材料高的烧结体层构成后面的全面，所以认为造成切削时所加的应力分布得到改善。此外，不含比高硬度烧结体硬度还低本文档来自技高网...

【技术保护点】
切削用烧结体刀头，其特征在于，它是覆合烧结体刀头，具有由选自硬质合金，铁系金属和高熔点金属的材料构成的中间层以及与上述中间层烧结接合的，由含立方晶氮化硼或金刚石的硬质烧结体构成的第１层和第２层，上述中间层配置在被该两层由上、下两侧夹住的位置，其正面和背面构成前刀面，与切削有关的全部刀尖Ｒ和后刀面在第１层和第２层上形成，上述中间层包含前刀面的重心部和刀头整体的重心。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：后藤光宏，久木野晓，菊谷宽一，中井哲男，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]