立方氮化硼切削工具的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及立方氮化硼切削工具，其包括立方氮化硼（cBN)燒結體制成的切削 刃，更具體而言，本發(fā)明涉及用于高速切削耐熱性合金（如Ni類耐熱性合金）的、壽命延長 的立方氮化硼切削工具。
【背景技術】
[0002] 切削加工中難以切削的材料的一個例子是Ni類耐熱性合金。當使用在作為工件 的Ni類耐熱性合金的切削加工中常用的硬質合金工具時，鑒于工具的強度，切削速度被限 制為最快80m/min以下，因此，阻礙了工作效率的提高。
[0003] 因此，研宄了利用包括由具有高熱硬度的立方氮化硼燒結體制成的切削刃的立方 氮化硼切削工具，以200m/min以上的高速進行切削。
[0004] 雖然立方氮化硼的硬度高于硬質合金，但其韌性較低。因此，當將上述立方氮化硼 切削工具用于切削耐熱性合金時，其側切削刃部崩裂，并且，立方氮化硼切削工具在可靠的 壽命可持續(xù)性方面不足。雖然立方氮化硼的韌性高于陶瓷，但不可否認，對于切削耐熱性合 金而言，其韌性不足。
[0005] 如下面專利文獻1所示，作為解決上述問題的措施，嘗試了在利用降低立方氮化 硼燒結體的導熱率從而在由立方氮化硼燒結體所形成的刃處產(chǎn)生的熱（切削熱）將工件軟 化的同時，將工件切削。
[0006] 另一使切削刃強化的措施是，通過形成負前刀面或其他方式，使刃處的前角為負。 此措施在防止由脆性材料制成的切削刃的崩裂方面是有效的。
[0007] 引用列表
[0008] 專利文獻
[0009] 專利文獻1 :日本未審查專利申請公開No. 2011-189421

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 技術問題
[0011] 通常對由韌性低的脆性材料制成的切削刃進行刃強化處理。進行了刃強化處理 (如，形成負刀面）的切削刃會由于其刃被該強化處理鈍化從而降低它們的鋒利程度，由 此，該切削刃將產(chǎn)生更大量的切削熱。
[0012] 因此，據(jù)認為，在將工件通過切削熱而軟化的同時，利用由立方氮化硼燒結體制成 的切削刃切削工件的情況下，刃的鈍化在延長工具壽命的方面是有效的。
[0013] 然而，該措施未能充分延長立方氮化硼切削工具的壽命。
[0014] 鑒于該情況，本發(fā)明的目的在于，利用一直以來被規(guī)避的方法，延長用于切削耐熱 性合金的立方氮化硼切削工具的壽命。
[0015] 問題的解決方案
[0016] 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種立方氮化硼切削工具，包括：由立方氮化硼燒結 體制成的刃尖，其中，所述立方氮化硼燒結體的導熱率在20W/m · K至70W/m · K的范圍內(nèi)， 并且包含平均粒徑在〇.5μπι至2μπι范圍內(nèi)的立方氮化硼顆粒；以及基底金屬，其將所述刃 尖保持在該基底金屬的角部，其中，在所述工具的刃尖上形成的切削刃具有正前角。
[0017] 發(fā)明的有益效果
[0018] 在根據(jù)本發(fā)明的立方氮化硼切削工具中，刃尖由導熱率低的立方氮化硼燒結體制 成，并且在該刃尖上形成的切削刃具有正前角。
[0019] 實驗結果表明，與進行了刃強化處理的、用于切削耐熱性合金的現(xiàn)有的立方氮化 硼切削工具相比，切削刃具有正前角的立方氮化硼切削工具具有較低的側切削刃部邊界磨 損（以下，寫作VN)或后刀面磨損（或后刀面磨損，以下寫作VB)，由此，與現(xiàn)有工具的壽命 相比，延長了立方氮化硼切削工具的壽命。
[0020] 附圖簡要說明
[0021] [圖1]圖1是根據(jù)本發(fā)明的立方氮化硼切削工具的實例的透視圖。
[0022] [圖2]圖2是根據(jù)本發(fā)明的立方氮化硼切削工具的另一實例的透視圖。
[0023] [圖3]圖3是圖1所示的立方氮化硼切削工具的角部的放大的平面圖，在該角部 處設置了刃尖。
[0024] [圖4]圖4是沿圖3所示的棱角的二等分線CL所取的角部的橫截面圖。
[0025] [圖5]圖5是放大的刃部的透視圖。
[0026] [圖6]圖6是用于制造根據(jù)本發(fā)明的工具的研磨機的例子的主要部分的平面圖。
[0027] [圖7]圖7是示出研磨機的卡盤的運動的前視圖。
[0028] [圖8]圖8是示出研磨機的卡盤的運動的平面圖。
[0029] [圖9]圖9示出了前刀面的磨削狀態(tài)。
【具體實施方式】
[0030] 現(xiàn)在，參考圖1至圖9的附圖，對根據(jù)本發(fā)明的實施方案的立方氮化硼切削工具說 明如下。本發(fā)明不限于這些實施例，并由權利要求書的范圍描述。本發(fā)明旨在包括權利要 求書的范圍的同等內(nèi)容以及權利要求書的范圍內(nèi)的所有變型。
[0031] 圖1示出了這樣的例子，其中本發(fā)明應用于三角形立方氮化硼切削刀片，并且圖2 示出了這樣的例子，其中，本發(fā)明應用于四方形立方氮化硼切削刀片。
[0032] 這些立方氮化硼切削工具（立方氮化硼切削刀片）1均包括刃尖3,其由一片立方 氮化硼燒結體制成，并且刃尖3連接在包括硬質合金、陶瓷、金屬陶瓷或燒結的合金的任意 材料制成的基底金屬（呈包括菱形的多邊形的形狀）2的角部上。立方氮化硼燒結體形成 各立方氮化硼切削工具1的切削刃4。參考符號5表示在刃尖3中形成的前刀面，參考符號 6表示后刀面。
[0033] 刃尖3由立方氮化硼燒結體制成，該立方氮化硼燒結體包含平均粒徑在0. 5 μ m至 2 μπι范圍內(nèi)的立方氮化硼顆粒，并且立方氮化硼燒結體的導熱率在20W/m · K至70W/m · K 的范圍內(nèi)，該導熱率通過調(diào)節(jié)立方氮化硼顆粒的含量而設定。
[0034] 將立方氮化硼粉末（充當立方氮化硼燒結體的材料）的平均粒徑設定在0. 5 μm 至2 μm范圍內(nèi)，并且將含有該立方氮化硼粉末的立方氮化硼燒結體的導熱率設定在20W/ m ·Κ至70W/m ·Κ的范圍內(nèi)，從而能夠形成下述正前角，并且防止側切削刃部的崩裂和磨損。
[0035] 圖2所示的工具在所有角部包括這樣的刃尖3。不必要將這種刃尖3設置在所有 角部?？梢匀鐖D1所示的工具的情況那樣，在一個角部設置一個刃尖，或者可以如菱形切削 刀片的情況那樣，在兩個尖的對角部上設置刃尖。
[0036] 立方氮化硼燒結體的刃尖按下述方法制造。例如，該方法在上面引用的專利文獻 1中描述。
[0037] 立方氮化硼燒結體的刃尖按下述步驟制造。首先，以WC:Co:Al = 25:68:7的質 量比，將具有微細粒徑的WC粉末、Co粉末和Al粉末混合在一起。將該混合物在真空下在 l〇〇〇°C熱處理30分鐘，從而形成配混料，并研磨該配混料從而獲得構成粘結劑相的材料粉 末。
[0038] 接著，在氮氣氣氛中，將同樣具有微細粒徑的Al粉末和Zr粉末的混合物在1000°C 熱處理30分鐘，從而獲得第一配混料。將該第一配混料粗研磨。然后，使用直徑小于Imm 的氧化鋯介質，在乙醇溶劑中將該粗研磨的第一配混料和介質微細研磨，然后從所得物中 除去介質從而獲得構成熱絕緣相的材料粉末。
[0039] 接下來，將所得的構成粘結劑相的材料粉末、所得的構成熱絕緣相的材料粉末和 平均粒徑在0.5μπι至2μπι范圍內(nèi)的立方氮化硼粉末合并并混合，以使得在燒結后該混合 物的立方氮化硼含量具有所需的體積％，將該混合物干燥。然后將混合粉末堆疊在金屬支 承板上，并填充到Mo膠囊中，然后通過超高壓發(fā)生器在（例如）1750°C的溫度下，以7GPa燒 結30分鐘。
[0040] 由此，獲得立方氮化硼燒結體。將該立方氮化硼燒結體切成預定形狀，并連接于基 底金屬，從而獲得工具的坯料。然后，根據(jù)需要，對所得物的一些部分進行研磨，從而形成具 有預定形狀的工具。
[0041] 至少在刃尖3上形成的前刀面5和后刀面6上進行研磨。對前刀面5進行研磨， 從而對切削刃4設置正前角。形成圖4所示的前角Θ，使其具有2°至20°范圍內(nèi)的正角 度，更優(yōu)選具有5°至15°范圍的正角度。
[0042] 前角Θ是在切削刃的最前端（刃）處測量的角度。圖4是沿圖3的平面圖中的 棱角的二等分線CL所取的角部的橫截面圖。在圖3中，棱角的二等分線CL穿過切削刃4 的位置為切削刃的最前端。
[0043] 將前角Θ限定在上述范圍的原因是，評價測試的結果表明，5°至15°范圍內(nèi)的 前角Θ表現(xiàn)出了特別高的耐磨效果，而2°至5°或15°至20°范圍內(nèi)的前角Θ表現(xiàn)出 一定程度的耐磨效果。
[0044] 利用用于制造工具的NC研磨機對工具的所需部分進行研磨。用于制造工具的研 磨機包括圖6所示的卡盤11以及在固定位置旋轉的砂輪（所示為環(huán)形砂輪）12,并且該卡 盤的位置和取向以數(shù)字的方式控制。
[0045] 向研磨機或者從該研磨機搬送工件（立方氮化硼切削工具），并通過位置受控的 機器人手臂（未示出）交給卡盤11，或者從卡盤11遞出。
[0046] 如圖7和圖8所示，用于研磨根據(jù)本發(fā)明的