專利名稱：表面包覆切削工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用釬焊將構(gòu)成刀刃的立方晶氮化硼(以下以cBN表示)基超高壓燒結(jié)材料(以下以cBN燒結(jié)材料表示)接合在硬質(zhì)合金母材，并且，通過物理蒸鍍在cBN燒結(jié)材料與硬質(zhì)合金母材的表面形成硬質(zhì)包覆層的表面包覆切削工具(以下稱為cBN包覆工具)。
背景技術(shù)：
以往，公知有在鋼、鑄鐵等鐵類被切削材料的切削加工中將cBN燒結(jié)材料作為與被切削材料的親和性低的工具材料來利用，并也廣泛公知有從耐磨性的提高、工具壽命的改善等觀點考慮，通過物理蒸鍍在工具表面形成硬質(zhì)包覆層的cBN包覆工具。例如，如專利文獻1所示，公知有在cBN燒結(jié)材料的表面形成如族金屬氮化物、碳氮化物等硬質(zhì)薄膜層的高溫耐塑性變形性、耐磨性、耐缺損性優(yōu)異的cBN包覆工具。并且，如專利文獻2所示，也公知有耐磨性、耐缺損性優(yōu)異的cBN包覆工具，該包覆工具在cBN燒結(jié)材料的表面形成有由選自^、5a、6a族金屬、Al及Si中的至少1種金屬元素的碳化物、氮化物等構(gòu)成的硬質(zhì)包覆層。但是，在上述以往cBN包覆工具中，存在如下問題點cBN燒結(jié)材料一般用釬焊接合于硬質(zhì)合金母材，但例如在高負荷作用于刀刃的切削條件中使用時，由釬焊部產(chǎn)生裂紋， 因此工具壽命短。并且，用釬焊接合cBN燒結(jié)材料和硬質(zhì)合金母材的cBN工具中，例如，如專利文獻 3所示，公知有如下cBN工具通過將cBN燒結(jié)材料和硬質(zhì)合金母材的釬焊部的豎立側(cè)面與底面的交叉角設(shè)成小于cBN燒結(jié)材料的背面與底面的交叉角，無需戳進釬焊部的角落而形成收納cBN燒結(jié)材料的背面下側(cè)邊緣部的凹部，從而防止釬焊時在cBN燒結(jié)材料上產(chǎn)生龜裂、碎裂。專利文獻1 日本專利公開平6-330321號公報專利文獻2 日本專利公開2006-263857號公報專利文獻3 日本專利公開2000-52112號公報近幾年的切削加工裝置的FA化非常顯著，另一方面對切削加工的節(jié)省勞力化及節(jié)能化以及低成本化的要求強烈，伴隨此，切削加工有除了在一般的切削條件以外還在更嚴峻的條件下進行切削加工的傾向，尤其在通過物理蒸鍍形成硬質(zhì)膜的上述以往cBN包覆工具中，在一般條件下的切削加工中使用時沒有產(chǎn)生特別的問題，但是，將此用于高負荷作用于刀刃的高速斷續(xù)切削中時，在cBN燒結(jié)材料與硬質(zhì)合金母材的釬焊部產(chǎn)生裂紋，由裂紋的進展造成cBN包覆工具破損，因此，壽命比較短，經(jīng)長期使用中無法發(fā)揮充分的切削性能。并且，存在如下問題點對CBN燒結(jié)材料與硬質(zhì)合金母材的釬焊部嘗試所述專利文獻3所示的改善，盡管能夠防止釬焊時的裂紋產(chǎn)生，但是，無法抑制切削加工時的裂紋產(chǎn)生、龜裂的進展，依然無法謀求工具壽命的延長壽命化。

發(fā)明內(nèi)容
因此，經(jīng)長期使用中，為了發(fā)揮優(yōu)異的切削性能，在cBN包覆工具中，防止來自釬焊部的裂紋的產(chǎn)生的同時，抑制龜裂的進展就成了重大課題。本發(fā)明人們從防止通過物理蒸鍍形成硬質(zhì)膜的cBN包覆工具的來自釬焊部的裂紋產(chǎn)生、抑制龜裂的進展的觀點考慮進行深刻研究的結(jié)果，得到如下見解。首先，本發(fā)明人們查明了如下為引起破損的主要原因，即通過物理蒸鍍形成硬質(zhì)膜的cBN包覆工具的釬焊部的破損，在高負荷作用于刀刃的切削時，首先，在硬質(zhì)膜上產(chǎn)生的裂紋成為起點，這傳播到釬焊部的釬料上，存在于通過物理蒸鍍所形成的硬質(zhì)膜與釬焊部的釬料的界面的殘留應(yīng)力成為原因而引起向釬焊部釬料的裂紋、龜裂的進展。因此，本發(fā)明人們考慮到，為了抑制向釬焊部的釬料的裂紋傳播、龜裂的進展，預(yù)先緩和硬質(zhì)膜與釬焊部的釬料的界面的殘留應(yīng)力是有效的，進行進一步研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)如下見解用釬焊部接合cBN燒結(jié)材料與硬質(zhì)合金母材，通過物理蒸鍍在其表面形成硬質(zhì)膜之后，通過面處理技術(shù)、例如濕式噴射或噴丸處理去除與暴露在釬焊部表面的釬料接合的硬質(zhì)膜的一部分，從而產(chǎn)生在硬質(zhì)膜與釬料的界面的殘留應(yīng)力被緩和，其結(jié)果，即使在高負荷作用的切削條件下，也抑制向釬料中的裂紋，龜裂的進展，并謀求工具壽命的延長壽命化。本發(fā)明是基于上述見解而完成的，其特征為，(1) 一種表面包覆切削工具，用釬焊部的釬料接合由立方晶氮化硼基超高壓燒結(jié)材料構(gòu)成的工具基體合硬質(zhì)合金母材，并且，通過物理蒸鍍在工具基體與硬質(zhì)合金母材的表面形成硬質(zhì)膜，其特征在于，將暴露在上述釬焊部表面的釬料的整個表面積設(shè)為A，將暴露在該表面的釬料中與硬質(zhì)膜接觸的釬料的整個表面積設(shè)為B時，B/A為0. 05彡B/A ( 0. 8。(2)如上述(1)記載的表面包覆工具，其中上述硬質(zhì)膜由Ti的氮化物層、Ti的碳氮化物層及Ti與Al的復(fù)合氮化物層中的任意1層或2層以上構(gòu)成。以下與圖1、圖2 —同對本發(fā)明進行說明。立方晶氮化硼基超高壓燒結(jié)材料(cBN 燒結(jié)材料)在圖1中，cBN燒結(jié)材料(1)中的立方晶氮化硼(cBN)極其硬質(zhì)，在燒結(jié)材料中形成分散相，并且通過該分散相有助于提高耐磨性。cBN燒結(jié)材料(1)中的其它構(gòu)成成分，例如作為結(jié)合相等能夠使用選自由周期表 Via、Va, IVa族元素的氮化物、碳化物、硼化物、氧化物、及它們的固溶體構(gòu)成的組中的至少 1種和鋁化合物的陶瓷類結(jié)合材料。對cBN燒結(jié)材料(1)的cBN的組成、其它的構(gòu)成成分的種類、組成沒有特別限制， 能夠使用一般使用的cBN燒結(jié)材料。硬質(zhì)合金母材作為硬質(zhì)合金母材(2)例如能夠使用由Co :5質(zhì)量％、TaC :5質(zhì)量％、WC 剩余的組合構(gòu)成的碳化鎢基硬質(zhì)合金，但是只要是通常所使用的硬質(zhì)合金母材O)即可，對其成分、 組成等無特別限制。硬質(zhì)合金母材(2)例如作為具有CIS規(guī)格SNGA120412的形狀(厚度4. 76mmX一邊長度12. 7mm的正方形)的WC基硬質(zhì)合金制刀片而制作，在其釬焊部(3)中使用釬料 (4)來釬焊接合上述cBN燒結(jié)材料。釬料作為釬料(4)能夠使用如下釬料由已眾所周知的釬料、例如以重量％計，含有 20 30%的Ti、20 30%的Zr (或者進而10 30%的Ni)的Cu合金構(gòu)成的釬料，或者由含有0. 5 20%的Ti、0. 5 20%的Zr、10 40%的Cu的Ag合金構(gòu)成的釬料。并且，通過釬料(4)來粘附上述cBN燒結(jié)材料(1)和硬質(zhì)合金母材( ，在真空氣氛中，Ar氣氛中加熱，從而在釬焊部(3)中，通過釬料(4)接合上述cBN燒結(jié)材料(1)和硬質(zhì)合金母材(2)。硬質(zhì)膜的成膜如圖2所示，通過物理蒸鍍，例如電弧離子鍍在用釬焊部(3)所接合的cBN燒結(jié)材料(1)與硬質(zhì)合金母材O)的表面，首先成膜硬質(zhì)膜(6)。另外，在用釬焊部(3)接合的cBN燒結(jié)材料(1)與硬質(zhì)合金母材(2)之間，通常填充200 μ m以下寬度的釬料，并且，形成暴露在表面的接合界面( ，但是上述所說的“用釬焊部C3)接合的cBN燒結(jié)材料(1)與硬質(zhì)合金母材O)的表面”是指也包含釬焊部(3)中釬料(4)暴露在表面的接合界面(5)的表面。作為硬質(zhì)膜(6)，例如可以設(shè)置Ti氮化物層、Ti碳氮化物層及Ti與Al的復(fù)合氮化物層中的任意1層或2層以上，但是成膜的硬質(zhì)膜的種類并不限于上述硬質(zhì)膜，也可以為其它任何硬質(zhì)膜。另外，形成Ti與Al的復(fù)合氮化物層時，將此以組成式=(TigAlx)N表示時，若X的值(其中為原子比)超過0. 65，則由晶體結(jié)構(gòu)的變化而膜的高溫強度下降并容易產(chǎn)生缺損， 并且，若X的值(其中為原子比)不到0.15時，膜的高溫硬度和耐熱性下降，其結(jié)果，耐磨性會下降，從而X的值(其中為原子比)優(yōu)選設(shè)在0. 15 0. 65的范圍內(nèi)。并且，對硬質(zhì)膜(6)的層厚也無特別限制，但是從耐崩刀性、耐磨性的觀點考慮優(yōu)選設(shè)為1 5 μ m的層厚。釬料(4)與硬質(zhì)膜(6)的接觸面積在該發(fā)明中，釬料(4)與硬質(zhì)膜(6)的接觸面積的大小具有重大意義。S卩，在通過物理蒸鍍包覆有硬質(zhì)膜(6)的cBN包覆工具中，如已作為本發(fā)明的見解敘述，為了抑制向釬焊部⑶的釬料⑷的裂紋傳播、龜裂的進展，預(yù)先緩和硬質(zhì)膜(6)與釬焊部(3)的釬料(4)的界面的殘留應(yīng)力是有效果的，并且，由此在高負荷作用的切削條件下，也抑制向釬料中的裂紋、龜裂的進展、謀求工具壽命的延長壽命化。而且，硬質(zhì)膜(6)與釬焊部(3)的釬料的界面處的殘留應(yīng)力的緩和通過表面處理技術(shù)、例如濕式噴射或噴丸處理來去除與在釬焊部(3)的表面暴露的釬料(4)接觸的硬質(zhì)膜(6)的一部分，能夠減少釬料(4)與硬質(zhì)膜(6)的接觸面積來實現(xiàn)。具體來講，將暴露在釬焊部(3)的表面的釬料(4)的整個表面積設(shè)為A，并且，將暴露在釬焊部(3)的表面的釬料(4)中與硬質(zhì)膜(6)接觸的釬料(4)的整個表面積設(shè)為B 時，將B/A的值(相當(dāng)于接觸面積比)設(shè)在0.05 0.8的范圍內(nèi)。B/A的值超過0.8，暴露在釬焊部(3)的表面的釬料的大部分處于與硬質(zhì)膜 (6)接觸的以往接觸狀態(tài)時，釬料(4)與通過物理蒸鍍成膜的硬質(zhì)膜(6)的界面處的殘留應(yīng)力大，所以產(chǎn)生在硬質(zhì)膜(6)的裂紋向釬料(4)傳播，龜裂在釬料中進展，而產(chǎn)生來自釬焊部⑶的破損。從這樣的觀點考慮，B/A的值盡量以小為佳，0時可稱為最佳，但是B/A 的值小于0. 05時，由于表面處理條件過強，所以釬焊部之外的薄膜，例如形成于刀刃前端、 前刀面表面的硬質(zhì)包覆層也被去除，從而，作為cBN包覆工具整體的耐磨性下降，工具壽命也變短，所以將B/A的值設(shè)在0. 05 0. 8的范圍?；诒砻嫣幚砑夹g(shù)，例如基于濕式噴射的處理時，在以下條件下進行即可。將噴射的噴射壓力設(shè)為0. 2 0. 24MPa，噴射時間設(shè)為10 20sec，將濕式噴射處理重復(fù)3 5次。若壓力不到0. 2MPa、時間不到lOsec、或者重復(fù)次數(shù)為2次以下，則噴射效果弱，若B/A大于0. 8，并且，壓力大于0. 24MPa,時間長于20sec，重復(fù)次數(shù)為6次以上，則由于噴射過強，所以形成于刀刃前端、前刀面表面的硬質(zhì)包覆層也被去除掉。另外，在噴射中使用的液漿使用氧化鋁顆粒，顆粒直徑為220 1500號，液漿濃度為 15 60wt%。發(fā)明效果如上所述，本發(fā)明的cBN包覆工具為如下用釬料接合由cNBC燒結(jié)材料構(gòu)成的工具基體與硬質(zhì)合金母材，并且，通過物理蒸鍍在工具基體與硬質(zhì)合金母材的表面形成硬質(zhì)膜的表面包覆切削工具中，將暴露在釬焊部表面的釬料的整個表面積A、與暴露在該表面的釬料中與硬質(zhì)膜接合的釬料的整個表面積B之比的值B/A設(shè)為0. 05 0.8，從而，緩和硬質(zhì)膜與釬焊部的釬料的界面處的殘留應(yīng)力，由此，在高負荷作用的切削條件下，也抑制向釬料中的裂紋、龜裂的進展，其結(jié)果，能夠謀求工具壽命的延長壽命化。


圖1為表示本發(fā)明的表面包覆切削工具的釬焊部附近的概觀的立體圖。圖2為本發(fā)明的表面包覆切削工具的釬焊部的局部放大圖。圖3為表示本發(fā)明的表面包覆切削工具的釬焊部上的硬質(zhì)膜剝離部的立體圖。符號說明(1) cBN燒結(jié)材料，(2)硬質(zhì)合金母材，(3)釬焊部，(4)釬料，(5)接合界面，(6)硬質(zhì)膜，(7)釬焊部的硬質(zhì)膜剝離部。
具體實施例方式以下根據(jù)實施例說明本發(fā)明的表面包覆切削工具。[實施例]作為原料粉末準備均具有0. 5 4μπι范圍內(nèi)的平均粒徑的cBN粉末、TiN粉末、 AlN粉末、Ni粉末、Al粉末、Co粉末、及W粉末，將這些原料粉末配合成表1所示的配合組成， 并用球磨機濕式混合80小時并干燥之后，以120MPa的壓力沖壓成型為具有直徑50mmX 厚度1. 5mm尺寸的壓坯，接著在壓力11 的真空氣氛中，在900 1300°C范圍內(nèi)的預(yù)定溫度中保持60分鐘的條件下燒結(jié)該壓坯后作為刀刃片用備用燒結(jié)體，在將該備用燒結(jié)體與另外準備的Co 8質(zhì)量％、WC 殘余的組成、及具有直徑50mmX厚度2mm尺寸的WC基硬質(zhì)合金制支承片重疊的狀態(tài)下，裝入常規(guī)的超高壓燒結(jié)裝置中，并在常規(guī)條件下即壓力 4GPa、溫度1200 1400°C范圍內(nèi)的預(yù)定溫度中保持時間0. 8小時的條件下超高壓燒結(jié)， 燒結(jié)后利用金剛石磨刀石研磨上下面，用電線放電加工裝置或金剛石切割機分割成一個邊為3mm的正三角形狀，另外在Co 5質(zhì)量％、TaC 5質(zhì)量％、WC 殘余的組成及具有CIS規(guī)格 SNGA120412形狀(厚度4. 76mmX 一邊長度12. 7mm的正方形)的WC基硬質(zhì)合金制刀片主體的釬焊部(角落部)，用以質(zhì)量％計、具有由Cu J6%、Ti :5%、Ni :2. 5%、Ag 殘余構(gòu)成的組成的Ag合金的釬料進行釬焊，并在外周加工成預(yù)定尺寸之后，對刀刃部施以寬度 0. 13mm、角度25°的珩磨加工，另外通過施以精磨，從而制造了具有ISO規(guī)格SNGA120412 的刀片形狀的本發(fā)明cBN工具基體1 10。[表 1]
權(quán)利要求
1.一種表面包覆切削工具，用釬焊部的釬料接合由立方晶氮化硼基超高壓燒結(jié)材料構(gòu)成的工具基體和硬質(zhì)合金母材，并且，通過物理蒸鍍在工具基體與硬質(zhì)合金母材的表面形成硬質(zhì)膜，其特征在于，將暴露在上述釬焊部表面的釬料的整個表面積設(shè)為A，將暴露在該表面的釬料中與硬質(zhì)膜接觸的釬料的整個表面積設(shè)為B時，B/A為0. 05彡B/A ( 0. 8。
2.如權(quán)利要求1所述的表面包覆切削工具，其中，上述硬質(zhì)膜由Ti的氮化物層、Ti的碳氮化物層及Ti與Al的復(fù)合氮化物層中的任意1層或2層以上構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種表面包覆切削工具，在釬焊接合工具基體和硬質(zhì)合金母材的表面包覆切削工具中，防止釬焊部的破損。用釬焊部的釬料接合由立方晶氮化硼基超高壓燒結(jié)材料構(gòu)成的工具基體和硬質(zhì)合金母材，并且，通過物理蒸鍍在工具基體與硬質(zhì)合金母材的表面形成硬質(zhì)膜的表面包覆切削工具中，將暴露在釬焊部表面的釬料的整個表面積設(shè)為A，將暴露在該表面的釬料中與硬質(zhì)膜接觸的釬料的整個表面積設(shè)為B時，通過將B/A設(shè)為0.05≤B/A≤0.8，從而緩和產(chǎn)生在硬質(zhì)膜與釬焊部之間的應(yīng)力，并防止裂紋的產(chǎn)生、龜裂的進展。
文檔編號B23B27/14GK102198519SQ20111004869
公開日2011年9月28日 申請日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者佐伯卓司, 岡田義一, 西山滿康, 高岡秀充 申請人:三菱綜合材料株式會社