被覆切削工具制造技术

本发明专利技术涉及一种被覆切削工具，其中在硬质合金基体上形成有陶瓷膜。该基体具有已经进行过圆角珩磨或组合式珩磨的切削刃脊线、被设置在与该切削刃脊线连接的前刀面上的断屑槽、基面，以及用于固定到刀夹上的刀头孔。刀尖半径被设定为至少１．６ｍｍ。该陶瓷膜具有α型氧化铝膜。珩磨区内部、珩磨区后刀面侧以及珩磨区前刀面侧的１０个点的平均表面粗糙度Ｒｚ（基准长度为５微米）都被设定为不超过０．２微米。断屑槽上部、基面和刀头孔周围区域的１０个点的平均表面粗糙度Ｒｚ都被设定为不超过０．５微米。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种适合于高负荷切削加工(例如在快速进给条件下的切削以及以大的切削深度进行的切削)的被覆切削工具，并涉及使用这种被覆切削工具的切削方法。更具体地说，本专利技术涉及这样一种被覆切削工具以及使用该被覆切削工具的切削方法，其中该切削工具具有优异的抗热裂纹性能，使其可以具有很长的切削工具使用寿命并且可以进行高效率的切削。
技术介绍
通常公知的是这样的切削工具该切削工具在硬质合金基体上形成有由陶瓷形成的涂膜。在用于粗切削火车轮等工件的切削工具中，使用高强度的刀头(insert)。更具体地说，使用刀尖半径(刀尖圆弧半径)大的、沿切削刃的脊线进行了珩磨处理的刀头，例如，圆型刀头。因为诸如火车轮之类的工件较大，所以在进行切削时，往往就会由于生产过程中淬火造成的硬度变化以及热锻造成的尺寸变化而出现机械加工裕量发生变化的情况。因此，要求刀头具有足够的强度以实现稳定切削。而且，刀尖半径大的刀头使得切屑较薄并且进给较快，因此可以进行高效率的切削。还公知这样的被覆切削工具对该切削工具的切削刃进行了表面处理以获得稳定的切削工具使用寿命。例如，在专利文献1到专利文献4所披露的结构中，未在切削刃的脊线上形成陶瓷膜，或者从切削刃的脊线上去除了陶瓷膜。在专利文献5和专利文献6所披露的被覆切削工具中，在切削刃脊线上的陶瓷膜较薄。在专利文献7中，由细小晶体形成的氧化铝膜涂敷最外层。在专利文献8中，陶瓷膜的表面是光滑的。在专利文献9和专利文献10中，用于切削刃脊线的最外层以及其它部分的最外层的陶瓷膜是由不同类型的膜形成的。日本专利公告No.昭48-37553日本专利申请公开No.昭48-58470日本专利申请公开No.昭55-150941日本专利申请公开No.昭60-24371日本专利申请公开No.昭59-219122日本专利技术专利No.1805360日本专利技术专利No.2138025日本专利技术专利No.2105396日本专利技术专利No.2825693日本专利技术专利No.300645
技术实现思路
但是，对于传统切削工具而言，在进行高负荷切削加工(例如，粗切削诸如火车轮之类的大工件)时，难以整体提高切削工具的性能。因此，需要一种切削工具使用寿命较长、可以稳定切削的切削工具。上述粗切削火车轮之类的加工是在大的切削深度和快速进给条件下进行的高负荷加工(例如切削深度约3.5mm、进给速度为2.0mm)。因此，对于上述这类粗切削加工，通常已使用刀尖半径大的切削工具，例如高强度圆型刀头。而且，为了防止在进行这类高负荷切削加工中切削工具破损，人们已经使用在切削刃的脊线上进行了组合式珩磨处理或圆角珩磨处理的切削工具。大的刀尖半径以及对切削刃脊线进行珩磨处理增大了主分力和背分力。在这种情况下，再加上较宽的公称切削宽度，就会导致切削发热量增大，而容易出现热裂纹。在很多情况下，由这些热裂纹导致的破损会使切削工具使用寿命缩短。并且，由于较大的公称切削宽度产生较大的切屑，因此使切屑控制变难，并且这些切屑可能会导致切削工具破损。特别是，切屑可能冲击刀头孔(其用于将刀头固定在刀夹上)周围的区域而造成破损。因此，当进行诸如粗切削火车轮之类的高负荷切削加工时，要求切削工具能延长切削工具使用寿命，并进行稳定的切削，同时抑制切削工具破损，例如，由上述热裂纹和切屑接触而造成的切削工具破损。在上述专利文献1到专利文献6所述的被覆切削工具中，在切削刃的脊线上没有涂膜或者涂膜较薄。这样就导致在进行上述高负荷切削加工时耐磨性不够。在上述专利文献7所述的被覆切削工具中，在涂膜的最外层上形成氧化铝膜。这样不但使已经用过的部分(刀角)难以辨别，而且在进行上述高负荷切削加工时，由于氧化铝晶体过于细小而产生热裂纹，所以也难以控制切屑。在专利文献10所述的被覆切削工具中，从切削刃脊线上去除导热率低的氧化物膜，露出非氧化物膜。这样就难以防止由热裂纹造成的损坏。在专利文献8和专利文献9所述的被覆切削工具中，可以在一定程度上防止切削刃脊线受到损坏，但是该结构并未采取任何防止刀头孔或断屑槽的周围区域受损的措施。本专利技术的目的是(特别是在高负荷切削加工的条件下)提供一种切削工具使用寿命延长的、综合性能得到提高的被覆切削工具。本专利技术的另一个目的是提供使用上述被覆切削工具的切削方法，以进行高效切削加工。在本专利技术中，优化了基体的组成以及陶瓷膜的质量和厚度。另外，找出易于受损的部位，并对这些部位进行表面处理，更具体地说，是对其进行光滑处理。本专利技术是一种在基体上形成有陶瓷膜的被覆切削工具，并且具有以下结构。(基体)<组成> 硬质相由WC和选自元素周期表4a、5a或6a族金属的碳化物(除WC以外)、氮化物或碳氮化物中的至少一种金属化合物形成。所述金属化合物的总体积与WC体积的比率1.5％-20％。WC的平均晶粒尺寸1-5微米。粘结相由至少一种过渡金属构成。至少包含Co。粘结相体积占整个基体体积的比率7％-20％。<形状> 由以下部分形成具有珩磨区的切削刃脊线；被设置在与切削刃脊线连接的前刀面上的基面和断屑槽；以及用于固定到刀夹上的刀头孔。珩磨区进行了圆角珩磨或组合式珩磨。刀尖半径至少为1.6mm。(陶瓷膜)<膜的类型> 由α型氧化铝膜以及至少一种下述金属化合物膜形成，该金属化合物膜选自元素周期表4a、5a或6a族金属的碳化物、氮化物、氧化物、碳氮化物、碳氧化物、碳氮氧化物、硼氮化物和硼碳氮氧化物以及氧化铝中。<膜的厚度> α型氧化铝膜的厚度2-12微米。陶瓷膜的总厚度3-25微米。<组成> 在形成α型氧化铝膜的晶粒中，晶粒尺寸为3-5微米的晶粒存在于占该膜表面积的5％-80％的表面上。(表面处理)珩磨区内部、珩磨区后刀面侧和珩磨区前刀面侧的表面粗糙度10个点的平均表面粗糙度Rz(基准长度为5微米)不超过0.2微米。断屑槽上部、基面和刀头孔周围区域的表面粗糙度10个点的平均表面粗糙度Rz(基准长度为5微米)不超过0.5微米。在根据本专利技术所述的切削方法中，使用上述被覆切削工具，以至少0.5mm/转的进给速度来切削工件。下面将更加详细地描述本专利技术。首先描述根据本专利技术制备的被覆切削工具。(基体)本专利技术中的基体是由硬质合金制成的，其包括由WC和上述金属化合物形成的硬质相；以及由至少一种过渡金属形成的粘结相。更具体地说，在本专利技术中，金属合金的总体积与WC体积的比率为至少1.5％并且不超过20％。如果该比率小于1.5％，则切削工具不能被用于高负荷切削并且可能会造成塑性变形。如果该比率超过20％，则容易出现热裂纹。更优选的是，该比率为至少3.0％并且不超过16.0％。WC晶粒的平均晶粒尺寸为至少1微米并且不超过5微米。如果平均晶粒尺寸小于1微米，则难以防止热裂纹出现。如果晶粒尺寸超过5微米，则晶粒变得太大。这可能会导致WC本身被破坏，并且也容易出现热裂纹。更优选的是，平均晶粒尺寸为至少1.5微米并且不超过4.0微米。例如，可以通过调节原料粉末的晶粒尺寸或者调节烧结温度来调节WC的晶粒尺寸。基体中WC的平均晶粒尺寸可以通过测量预定区域的WC晶粒尺寸并计算其平均值而得到。测量WC晶粒尺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在基体上形成有陶瓷膜的被覆切削工具，其中：所述基体是由硬质相和粘结相形成的，所述硬质相是由ＷＣ和选自元素周期表４ａ、５ａ或６ａ族金属的碳化物、氮化物和碳氮化物中的至少一种金属化合物形成的，所述碳化物不包括ＷＣ；并且所述粘结相是由 至少一种过渡金属形成的；在所述硬质相中，所述金属化合物的总体积与所述ＷＣ的体积的比率为１．５％－２０％，并且所述ＷＣ的平均晶粒尺寸为１－５微米；所述粘结相至少包含Ｃｏ，并且所述粘结相的体积占所述基体总体积的７％－２０％； 所述基体包括：具有珩磨区的切削刃脊线、被设置在与所述切削刃的所述脊线连接的前刀面上的基面和断屑槽，以及用于固定到刀夹上的刀头孔；对所述珩磨区进行圆角珩磨或组合式珩磨，并且刀尖半径最小为１．６ｍｍ；所述陶瓷膜包含α型氧化铝 膜，并包含选自元素周期表４ａ、５ａ或６ａ族金属的碳化物、氮化物、氧化物、碳氮化物、碳氧化物、碳氮氧化物、硼氮化物和硼碳氮氧化物以及氧化铝中的至少一种金属化合物膜；所述α型氧化铝膜的厚度为２－１２微米；晶粒尺寸为３－５微米的晶 粒存在于占所述α型氧化铝膜表面积的５％－８０％的表面上；所述陶瓷膜的总厚度为３－２５微米；所述珩磨区内部、所述珩磨区后刀面侧以及所述珩磨区前刀面侧的１０个点的平均表面粗糙度Ｒｚ（基准长度为５微米）都不超过０．２微米；以及 所述断屑槽上部、所述基面和所述刀头孔周围区域的１０个点的平均表面粗糙度Ｒｚ（基准长度为５微米）都不超过０．５微米。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊藤实，森口秀树，坂本明，
申请(专利权)人：住友电工硬质合金株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]