專利名稱：具有超硬磨料體的金屬切削鑲?cè)屑捌渲圃旆椒?br> 背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及其切削刃由比方說多晶立方氮化硼(即PCBN)或多晶金剛石(即PCD)之類超硬磨料構(gòu)成的金屬切削鑲?cè)屑捌渲圃旆椒ā?br> 其切削刃由PCD構(gòu)成的金屬切削鑲?cè)型ǔＳ脕砬邢骷庸S銅、鎂和鋁之類的有色合金，而其切削刃由PCBN構(gòu)成的金屬切削鑲?cè)型ǔＳ脕砬邢骷庸よT鐵和淬火鋼等。鑲?cè)杏脙煞N方法制造，即(i)把PCBN或PCD材料在高溫、高壓下燒結(jié)成一體后精加工成最終形狀，或(ii)在高溫、高壓下把一層PCBN或PCD粘接到一基體(通常為硬質(zhì)合金圓片)上后切成更小的一片片(薄片)。然后把這些薄片釬焊到一普通硬質(zhì)合金鑲?cè)猩虾笱心コ勺罱K形狀。鑲?cè)性谕瓿汕坝捎谥谱鞴ば蚨喽杀据^高。此外，每一鑲?cè)型ǔＶ挥幸粋€(gè)或兩個(gè)超硬棱可用。
US4,866,885公開了一種金屬切削鑲?cè)兄圃旆椒ǎ渲?，在一硬質(zhì)合金基體的一表面上與該基體外周向里間距的各部位做成凹槽。每一凹槽填滿PCD或PCBN之類的磨料硬粒。然后在高溫、高壓下燒結(jié)基體和磨料粒子，從而磨料粒子燒結(jié)在一起并粘接到硬質(zhì)合金體上。然后沿與磨料體平行、穿過磨料體的直線切割基體而制成具有硬質(zhì)合金基體和其一面上的磨料切削體的多棱切削鑲?cè)?。這種方法的一個(gè)缺點(diǎn)是，鑲?cè)兄辉谝幻嫔嫌心チ象w。如要在另一面上形成磨料體，必須在另一面上也做出凹槽后填滿超硬磨料。此外，還須使用絲切坯工序。
因此，希望提高一鑲?cè)猩系哪チ象w的數(shù)量以便降低每一切削棱的成本而又不增加工序和制造總成本。
本發(fā)明概述本發(fā)明涉及金屬切削鑲?cè)械闹圃旆椒?，包括下列步驟，在高溫、高壓下形成一具有一縱向軸線的基體和在縱向相間距位置上粘接到基體上的各超硬磨料體，然后在縱向相間距位置上對基體和超硬磨料體進(jìn)行切片。在與該縱向軸線正交的方向上進(jìn)行切片而形成至少一個(gè)由具有縱向相間距的兩面的一基體和該兩面上的縱向相間距超硬磨料體部構(gòu)成的鑲?cè)小?br> 最好是，該基體在每一縱向位置上具有多個(gè)超硬磨料體，從而鑲?cè)性谄涿恳幻嫔暇哂卸鄠€(gè)超硬磨料體部。
該基體可是多棱體，從而其各棱上都有超硬磨料體。
對一由多個(gè)縱向鄰接層構(gòu)成的基體結(jié)構(gòu)進(jìn)行高溫、高壓處理，所述的多個(gè)層包括位于一對第二層中間的第一層。每一第二層在其外周邊上有至少一個(gè)伸展在該第二層的整個(gè)厚度上的凹槽。每一凹槽構(gòu)成用超硬磨料粒子填滿的空隙。該基體結(jié)構(gòu)的各層可以是一整體，也可以由上下疊置的片狀件構(gòu)成。
附圖的簡要說明從結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的下述詳細(xì)說明中可清楚看出本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)，附圖中相同部件用同一標(biāo)號(hào)表示，附圖中

圖1-5示出本發(fā)明第一實(shí)施例的金屬切削鑲?cè)械闹圃觳襟E；圖6-11示出本發(fā)明第二實(shí)施例的金屬切削鑲?cè)械闹圃觳襟E。
圖1為本發(fā)明所使用的一基體的立體圖；圖2示出圖1基體除去其局部而形成垂直交替基體層；圖2A為圖2頂部的側(cè)視圖；圖2B為沿圖2A中2B-2B線剖取的剖視圖；圖3為圖2的側(cè)視圖，示出該基體放置在一容器中，該基體的凹槽用超硬磨料填滿；圖3A為沿圖3中3A-3A線剖取的剖面圖；圖4為進(jìn)行高溫、高壓步驟后所得基體和磨料的立體圖，示出進(jìn)行切片的平面；圖5為從圖4所示切片所得一切削鑲?cè)械牧Ⅲw圖6為第二實(shí)施例中用作一種基體層的一圓片的俯視圖；圖7為用作另一種基體層的圓片的俯視圖；圖8為其中放置有圖6和圖7圓片的一燒結(jié)容器的剖面圖，圖6圓片中的空間已用超硬磨料填滿；圖9為經(jīng)燒結(jié)步驟所得基體的側(cè)視圖，示出對基體進(jìn)行切片以便形成一鑲?cè)械钠矫?；圖10為經(jīng)切片所得基體的立體圖；圖11為切削加工圖10基體后所得一鑲?cè)械牧Ⅲw圖。
對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明圖1示出用硬質(zhì)合金之類基體材料制成的一長方體毛坯或基體10。切削掉該基體的局部而形成圖2、2A和2B所示一由交替的第一和第二基體層構(gòu)成的基體結(jié)構(gòu)。第一層12呈正方體，而第二層14呈圓柱體，所有第二層的外周在四角16處相對第一層的外周凹進(jìn)。
在把該基體放置到圖3和3A所示容器18中后四個(gè)凹槽形成可用PCD或PCBN之類超硬磨料粒子材料20填滿的空間。材料20可以是粉末，也可以是形狀與這些空間相同的預(yù)先壓制成的片狀毛坯。
然后，對該容器及其容物進(jìn)行公知的燒結(jié)(高溫/高壓)步驟，從而各空間中的磨料粒子燒結(jié)在一起而形成粘接到其第二層14上和其正反兩面上的第一層12上的一超硬體。
然后從容器中取出經(jīng)燒結(jié)的基體結(jié)構(gòu)而沿圖4所示與第二層14的平面平行(即與基體的縱向軸線L垂直)、平分第二層14的平面進(jìn)行切片而形成各鑲?cè)?。因此，每一超硬體20分成上半部和下半部20A，20B，所有第二層分成上半層和下半層14A，14B(見圖4)。在用比方說EDN絲切片后，生成許多鑲?cè)?4，每一鑲?cè)邪ㄒ坏谝粚?2、一第二層的半層14A(其上有四個(gè)磨料體半部20A)和另一第二層的半層14B(其上有四個(gè)磨料體半部20B)。從而該鑲?cè)械拿恳幻嫔嫌惺艿谝粚?2支撐的四個(gè)超硬體。
可以看出，本發(fā)明可制成其每一面上有選定數(shù)量的超硬體的任何所需形狀的鑲?cè)?。磨料體的數(shù)量及其位置可根據(jù)所要生成的鑲?cè)械念愋瓦x擇。磨料體的數(shù)量最好盡可能多，以使每一鑲?cè)械那邢魅械臄?shù)量最大。
只要所得鑲?cè)械那邢鞴ぷ髦饕赡チ象w擔(dān)任，鑲?cè)猩系哪チ象w可呈任何形狀，其位置也任意。盡管四角處的磨料體相對四角對稱，但這些磨料體也可不對稱。同一鑲?cè)猩系哪チ象w的形狀可以相同，也可不同。磨料體需要時(shí)可在粘接到基體上后重新成形(例如研磨)。
磨料材料20最好如所公知的為與其他堅(jiān)硬、耐磨成分，例如周期表中IVa-VIa類金屬、最好是鈦的碳化物、氮化物、氮化碳物、氧化物、硼化物混合的PCBN或PCD粒子?？墒褂肕N90混合物。該混合物然后經(jīng)比方說(本申請的參考材料)US4,991,467和5,115,697所公開的公知的高溫、高壓處理而生成高壓材料。
由于硬質(zhì)合金基體大致不參與所制成的鑲?cè)械那邢鞴ぷ?，因此其成分的選擇標(biāo)準(zhǔn)是與PCD或PCBN的粘接性良好、容易研磨、成本低廉、具有合適的防斷裂性。最好使用Co的重量百分比含量為10-20％、最好為15-17％的WC-Co硬質(zhì)合金。使用Co的重量百分比含量為16％的WC-Co硬質(zhì)合金表明可獲得特別好的結(jié)果。除了硬質(zhì)合金，也可使用基于鈦的氮化碳(所謂的金屬陶瓷)。本發(fā)明鑲?cè)羞€可有最好用公知的PVD或CVD法噴涂的耐磨薄涂層。CVD涂層通常在約950-1000℃下噴涂，PVD涂層最好為用一鈦源在氮?dú)庵性诩s500℃下噴涂成的一層TiN。用這一工藝生成的PVD層上廣泛分布有殘余應(yīng)力。
下面結(jié)合圖6-11說明本發(fā)明第二實(shí)施例。該實(shí)施例優(yōu)于圖1-5實(shí)施例之處在于，燒結(jié)成的基體的棱不會(huì)因應(yīng)力而斷裂。此外，基體的各層不是整體結(jié)構(gòu)，而是分別由圖6和圖7所示圓片構(gòu)成?；w層40和50為大小和形狀相同的圓片，只是層40的外周邊上有四個(gè)凹槽42。
層40，50交替放置到一容器60(圖8)中，從而凹槽42形成空間62?？臻g62用PCD或PCBN之類超硬磨料粒子材料64填滿。該材料可以是粉末，也可以是預(yù)先壓制成的毛坯。
經(jīng)公知的高溫、高壓步驟后磨料粒子燒結(jié)在一起而形成縱向相間距、即沿該組件(見圖9)的縱向軸線L相平行、相間距的、粘接在其第二層40和鄰接的第一層50上的超硬體。而且，第一與第二層粘接在一起而形成一整體基體65(見圖9)。然后用比方說EDM絲沿方向與基體層的原平面平行(即與該整體基體的軸線L’垂直)的平行平面P’對該整體基體進(jìn)行切片。平面P’平分該整體基體中的原來的第二層40。因此，超硬體64分成圖9所示的半部64A和64B。
切片后生成一鑲?cè)?6，包括(i)一基體65(由一原來的第一層50和兩個(gè)原來的第二層40的兩個(gè)半層構(gòu)成)，(ii)該鑲?cè)幸槐砻嫔系膬蓚€(gè)超硬體64B的半部以及(iii)該鑲?cè)械牧硪幻嫔系膬蓚€(gè)超硬體64A。
然后，沿線70切削加工該鑲?cè)卸纬蓤D11所示多棱鑲?cè)?2。超硬體部64A、64B在用于切削操作時(shí)受下方基體部分的支撐。
可以看出，按照結(jié)合圖6-11所述實(shí)施例可制成具有選定數(shù)量的超硬體、大小和形狀任意的鑲?cè)小?br> 可以看出，本發(fā)明可用簡單步驟制成磨料棱數(shù)增加的鑲?cè)小?br> 盡管上面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例說明了本發(fā)明，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員不難看出，在由后附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)可作出種種增減、修正和替代。
權(quán)利要求
1.一種金屬切削鑲?cè)兄圃旆椒?，包括下列步驟A)在高溫、高壓下形成一具有一縱向軸線的基體和在縱向相間距位置上粘接到基體上的各超硬磨料體，以及B)在縱向相間距位置上以與該縱向軸線正交的方向?qū)λ龌w和超硬磨料體進(jìn)行切片而形成至少一個(gè)由具有縱向相間距的兩面的一基體和該兩面上的縱向相間距超硬磨料體部構(gòu)成的鑲?cè)小?br> 2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，這些超硬體為PCD。
3.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，這些超硬體為PCBN。
4.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟A所形成的基體在各縱向位置上有多個(gè)超硬體，從而鑲?cè)械拿總€(gè)面上有多個(gè)超硬磨料體部。
5.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟A形成一圓形基體，該方法還包括把該鑲?cè)星邢骷庸こ啥嗬庑螤畹牟襟E。
6.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鑲?cè)猩贤坑蠵VD涂層。
7.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鑲?cè)猩贤坑蠧VD涂層。
8.一種制造其兩面上都有超硬切削刃的金屬切削鑲?cè)械姆椒?，包括下列步驟A)把一由多個(gè)基體層構(gòu)成的基體結(jié)構(gòu)放置到一容器中，所述的多個(gè)基體層包括位于一對第二層中間的第一層，每一所述第二層的外周邊上有至少一個(gè)伸展在第二層的整個(gè)寬度上的凹槽，每一凹槽在所述容器中形成一空間；B)用超硬磨料粒子材料填滿所述空間；C)把該容器置于高溫、高壓下而使各空間中的所述超硬粒子燒結(jié)在一起而成為粘接到所述第一層和所述第二層上的一超硬體；以及D)沿方向與第二層平行、穿過第二層的直線對所述基體結(jié)構(gòu)進(jìn)行切片而形成由所述第一層、每一第二層的一部分和每一超硬體的一部分構(gòu)成的鑲?cè)校瑥亩恳坏诙有纬伤鲨側(cè)械囊槐砻?，該表面上有由超硬體的所述部分構(gòu)成的超硬切削刃。
9.按權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，步驟A包括把其中的第一層與第二層為整體結(jié)構(gòu)的一基體結(jié)構(gòu)放置到所述容器中。
10.按權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述第二層呈圓柱形，所述第一層呈多邊形。
11.按權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，步驟A包括把其中的第一層與第二層為分開的片狀件的一基體結(jié)構(gòu)放置到所述容器中；步驟C包括使所述第二層粘接到所述第一層上。
12.按權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，步驟A包括把第一層與第二層交錯(cuò)的一基體結(jié)構(gòu)放置到所述容器中。
13.按權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，步驟A包括把其中的第一層與第二層為圓片的一基體結(jié)構(gòu)放置到所述容器中。
14.按權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，步驟D包括沿所述第二層的中間平面進(jìn)行切片。
15.按權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，步驟B包括用粉末狀的所述材料填滿所述空間。
16.按權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，步驟B包括用預(yù)先壓制成的片狀毛坯填滿所述空間。
17.按權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，步驟A包括把由硬質(zhì)合金制成的基體結(jié)構(gòu)放置到所述容器中。
18.按權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，步驟B包括用PCD超硬磨料粒子材料填滿所述空間。
19.接權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，步驟B包括用PCBN超硬磨料粒子材料填滿所述空間。
20.一種制造其兩面上都有超硬切削刃的多棱金屬切削鑲?cè)械姆椒?，包括下列步驟A)把一由一圓形第一層和圓形第二層交錯(cuò)的多個(gè)基體層構(gòu)成的基體結(jié)構(gòu)放置到一容器中，每一所述第二層的外周邊上至少有兩個(gè)凹槽與所述第一層疊置，所述凹槽在所述容器中形成空間；B)用超硬磨料粒子材料填滿所述空間；C)把所述容器置于高溫、高壓下而使各空間中的所述超硬粒子燒結(jié)在一起而成為粘接到第二層上和所述第一層上的一超硬體；以及D)沿方向與第二層平面平行、穿過各第二層中間平面的直線對所述基體結(jié)構(gòu)進(jìn)行切片而形成由所述第一層的一半、所述第二層的半層和所述超硬體的半部構(gòu)成的鑲?cè)?，從而所述鑲?cè)邪ㄓ缮舷碌诙有纬傻膬蓚€(gè)表面，此兩個(gè)表面上都有由所述超硬體的半部構(gòu)成的超硬切削刃；以及E)把所述鑲?cè)星邢骷庸こ啥嗬庑?，從而所述超硬體的半部位于所述鑲?cè)袃擅嫔系母鹘巧稀?br> 全文摘要
用燒結(jié)工藝制成一金屬切削鑲?cè)卸纬梢痪哂锌v向軸線的基體和在縱向相間距位置上粘接到該基體上的超硬磨料體。沿與該軸線垂直的方向?qū)υ摶w和超硬體進(jìn)行切片而形成其兩面上都有超硬體部的鑲?cè)小?br> 文檔編號(hào)B24D3/16GK1185127SQ9619406
公開日1998年6月17日 申請日期1996年5月22日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月22日
發(fā)明者彼得·利特克, 羅納德·B·克羅克特, 安德斯·特林 申請人:桑德維克公司, 史密斯國際公司