CN103128345B - Pcd钻头 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在Al合金、Ti合金及陶瓷等难切削材料的切削加工中，具备高强度，并且发挥优异的耐磨性的PCD钻头。本发明的PCD钻头，其具备：钻头主体；及安装于所述钻头主体的刀尖前端的切削刃刀片，其特征在于，所述切削刃刀片为以超高压烧结金刚石粉末的多晶金刚石基烧结体，所述切削刃刀片从所述切削刃刀片中心部至其外周部由至少多个不同的烧结组织构成，通过所述不同的烧结组织的界面区分的切削刃刀片中心部由微粒组织组成，另一方面，切削刃刀片外周部由平均粒径大于所述微粒组织的粗粒组织组成，在所述PCD钻头的切削刃棱线和与所述切削刃棱线相交的所述烧结组织的界面所呈的交叉角中，所述切削刃刀片中心部侧的交叉角小于90度。

Description

PCD钻头

技术领域

本发明涉及在钻头主体的刀尖前端安装有多晶金刚石基烧结体的钻头（以下，称为“PCD钻头”），尤其涉及在Al合金、Ti合金、陶瓷及CFRP（碳纤维增强塑料）等难切削材料的高能率钻孔加工中，不产生缺损，在长期的使用中，发挥优异的耐磨性的PCD钻头。

本申请基于2011年11月28日在日本申请的专利申请2011-258478号主张优先权，将其内容援用于此。

背景技术

首先，对一般的钻头进行如下说明。

如图1A至图1C所示，通常钻头在以硬质合金、高速钢等制作的钻头主体的长度方向上，以螺旋状形成有刃带部与槽部。

一般的钻头主体1通过硬质合金等硬质材料形成为以轴线Ｏ为中心的外形大致圆柱状，其后端侧（图1A中的右侧）为刀柄部2，通过该刀柄部2安装于机床的旋转轴来向图中以符号T所示的钻头旋转方向旋转而用于钻孔加工。

而且，钻头主体1的前端部（图1A中的左侧部分）为刀尖部3，在该刀尖部3的外周的夹着轴线Ｏ的相反侧，从钻头主体1的前端后刀面3B在刀尖部3的全长上相对轴线Ｏ对称地形成有一对排屑槽4、4。另外，该刀尖部3形成为包括排屑槽4、4且关于轴线Ｏ对称。

如图1C所示，排屑槽4、4在与轴线Ｏ正交的截面中，由壁面4A和壁面4B构成，该壁面4A朝向钻头旋转方向T前方侧，该壁面4B与该壁面4A平滑地连接，朝向钻头旋转方向T后方侧，并且呈向钻头旋转方向T前方侧成为凸状的截面曲线状。而且，这些排屑槽4、4从前端后刀面3B向基端侧呈向钻头旋转方向T的后方侧以恒定的螺旋角扭转的螺旋状。

另一方面，前端后刀面3B由从轴线Ｏ向钻头主体外周侧以朝向轴线Ｏ方向的基端侧的方式倾斜的2个平面构成，并且通过这2个平面，随着从排屑槽4、4的开口部围绕轴线Ｏ朝向钻头旋转方向T的后方侧后退两级台阶，被赋予两段的退刀槽。而且，在该前端后刀面3B与朝向两个排屑槽4、4的钻头旋转方向T前方侧的壁面4A、4A的交叉棱线部，即壁面4A、4A的前端边缘，分别形成有从前端后刀面3B上的轴线Ｏ周边的前端中心部C朝向外周侧延伸的大致直线状的前端切削刃6、6。

而且通过前端后刀面3B被赋予从轴线Ｏ向钻头主体外周侧朝向轴线Ｏ方向的基端侧的倾斜，前端切削刃6、6以随着从前端后刀面3B上的前端中心部C朝向外周侧大致直线状地朝向基端侧的方式倾斜，由此两个前端切削刃6、6被赋予预定的顶角。

接着，下面对一般的PCD钻头进行说明。

以往，已知有将以超高压烧结金刚石粉末的多晶金刚石基烧结体（以下称为“PCD”）安装于钻头主体的刀尖前端，将该PCD的角部的棱线作为切削刃的PCD钻头。该PCD钻头在难切削材料等的钻孔加工中，显示出优异的耐磨性。

例如，如专利文献1及2所示，已知有通过钎焊等在由硬质合金等组成的钻头主体的刀尖前端安装PCD的PCD钻头，由于PCD钻头的耐磨性优异，因此适用于Al合金、Ti合金、陶瓷及CFRP等难切削材料的钻孔加工。

在以往的PCD钻头中，通常如图2A及图2B所示，切削刃刀片17通过钎焊等安装在钻头的刀尖前端。

图2A及图2B表示以往的PCD钻头的安装有切削刃刀片17的刀尖前端的放大概要。以往的PCD钻头21在其前端安装有切削刃刀片这一点上与所述以往的钻头不同。

所述切削刃刀片17由金属或硬质合金等组成，在成型为适当的形状之后，嵌入形成于钻头主体的前端的狭缝（参考图2A）。之后，通过切削、磨削、研磨等处理，以往的PCD钻头的前端成型为钻头前端形状（参考图2B）。

此时的切削刃刀片17的制作如表示于图3A至图3D的其概要进行。例如首先制作在硬质合金等基座上以预定的厚度一体烧结金刚石粉末成型体的PCD（参考图3A）。图3A表示用于制作以往的PCD钻头的烧结体。对于烧结体，可以使用例如圆筒形状的烧结体。该烧结体具有形成为平面的PCD层18和在其上下形成的金属或硬质合金层19、19。

接着，将原材料从中心部切成梯形形状，以便适合于刀尖前端（参考图3B）。而且，根据需要削掉上下的多余的金属或硬质部，由此获得预定形状的烧结体片20（参考图3C）。烧结体片20在厚度方向上由3个层构成。具体而言，由PCD层18和在其两面形成的金属或硬质合金层19、19构成。

然后，如图3D所示，将该烧结体片20插入安装在形成于钻头的刀尖前端的狭缝。之后，通过切削、磨削、研磨等处理，以往的PCD钻头的前端成型为钻头前端形状（参考图2B）。

以往的PCD钻头的前端的两组前端刀尖16、16通过加工烧结体片20而形成为切削刃刀片的端面15与壁面4A的棱线。

专利文献1：日本专利公开昭61-95808号公报

专利文献2：美国专利第4713286号说明书

但是，在将所述以往的PCD钻头用于难切削材料的高能率钻孔加工时，存在因刀尖的缺损等，工具寿命比较短的问题点。尤其在Al合金、Ti合金、陶瓷及CFRP等难切削材料或它们的复合材料等的高能率钻孔加工中，该问题点比较严重，因此要求工具寿命的长寿命化。

这可以说在钻头刀尖中心，由于对被切削材料的按压力较大，因此对刀尖中心要求强度、韧性，另一方面，在钻头刀尖外周，由于切削速度变得较快，因此磨损较易进行，而要求耐磨性，未能获得同时满足强度、韧性及耐磨性的刀尖是其重要原因之一。

而且，在以往的PCD钻头中，磨损进行的同时熔敷较为严重，因此存在在长期的使用中，无法维持优异的精加工面精度的问题点。

发明内容

在此，本发明人等对在用于Al合金、Ti合金、陶瓷及CFRP等难切削材料或它们的复合材料的高能率钻孔加工时，不产生刀尖的缺损等异常损伤，在长期的使用中，发挥优异的耐磨性的PCD钻头进行深入研究的结果，发现了以下的见解。

关于构成PCD钻头的刀尖前端的由PCD组成的切削刃刀片，将其烧结组织设为适应于切削刃刀片的部位的不同的组织，例如，对于切削刃刀片中心部，形成为强度、韧性优异的Co含量相对多的微粒组织，另一方面，对于切削刃刀片外周部，形成为耐磨性优异的Co含量相对少的粗粒组织，由此能够获得强度、韧性优异并且耐磨性优异的PCD钻头。

在PCD钻头的刀尖前端安装切削刃刀片时，在钻头的切削刃棱线和形成于与所述切削刃棱线相交的所述切削刃刀片上的不同的烧结组织相互的界面所呈的交叉角中，将所述切削刃刀片中心部侧的交叉角设为小于90度，由此能够获得强度、韧性、耐磨性更加优异的PCD钻头。

此发明是基于所述见解而完成的，具有以下形态。

（1）一种PCD钻头，其具备：钻头主体；及安装于所述钻头主体的刀尖前端的切削刃刀片，其特征在于，所述切削刃刀片为以超高压烧结金刚石粉末得到的多晶金刚石基烧结体，所述切削刃刀片从所述切削刃刀片中心部至其外周部由至少多个不同的烧结组织构成，通过所述不同的烧结组织的界面区分的切削刃刀片中心部由微粒组织组成，另一方面，切削刃刀片外周部由平均粒径大于所述微粒组织的粗粒组织组成，在所述PCD钻头的切削刃棱线和与所述切削刃棱线相交的所述烧结组织的界面所呈的交叉角中，所述切削刃刀片中心部侧的交叉角小于90度。

（2）上述（1）所述的PCD钻头，其中，所述切削刃刀片中心部的多晶金刚石基烧结组织的Co含量为18面积%以上，所述切削刃刀片外周部的多晶金刚石基烧结组织的Co含量为15面积%以下。

（3）上述（1）或（2）所述的PCD钻头，其中，所述切削刃刀片中心部的多晶金刚石基烧结组织的金刚石晶粒的平均粒径小于5μm，所述切削刃刀片外周部的金刚石晶粒的平均粒径为5μm以上。

（4）上述（1）或（2）所述的PCD钻头，其中，所述切削刃刀片内部的所述烧结组织的界面相对于PCD钻头的轴向平行。

发明效果

对于本发明的PCD钻头的构成PCD钻头的刀尖前端的切削刃刀片，将其烧结组织设为适应于切削刃刀片的部位的不同的组织。对于切削刃刀片中心部，形成为强度、韧性优异的Co含量相对多的微粒组织，另一方面，对于切削刃刀片外周部，形成为耐磨性优异的Co含量相对少的粗粒组织。由此，能够获得强度、韧性优异并且耐磨性优异的PCD钻头。

而且，在PCD钻头的刀尖前端安装切削刃刀片时，钻头的切削刃棱线和形成于所述切削刃刀片上的不同的烧结组织相互的界面所呈的交叉角中，将所述切削刃刀片中心部侧的交叉角设为小于90度，由此能够获得强度、韧性、耐磨性更加优异的PCD钻头。

附图说明

图1A是一般的钻头的侧视图。

图1B是从钻头前端方向观察一般的钻头的刀尖前端的主视图。

图1C是图1B的放大图。

图2A是刀尖前端安装有切削刃刀片的以往的PCD钻头的放大主视图。

图2B是刀尖前端安装有切削刃刀片的以往的PCD钻头的刀尖前端的放大侧视图。

图3A是表示为了制作以往的PCD钻头所使用的多层烧结体的图。

图3B是表示为了制作以往的PCD钻头而切割成梯形的多层烧结体的图。

图3C是表示为了制作以往的PCD钻头而从多层烧结体切出的梯形的烧结体片的图。

图3D是表示为了制作以往的PCD钻头而插入形成于钻头前端的狭缝的梯形的烧结体片的图。

图4A表示本发明的实施方式的PCD钻头的刀尖前端的放大主视图。

图4B表示本发明的实施方式的PCD钻头的刀尖部的放大侧视图。

图5A是为了制作本发明的实施方式的PCD钻头所使用的多层金刚石烧结体。

图5B是表示为了制作本发明的实施方式的PCD钻头而进行的、对不同的PCD层的界面斜向进行的、烧结体片的切割的图。

图5C是表示为了制作本发明的实施方式的PCD钻头而从多层金刚石烧结体倾斜地切出的烧结体片的主视图。

图5D是表示为了制作本发明的实施方式的PCD钻头而从多层金刚石烧结体倾斜地切出的烧结体片进一步切出的梯形的烧结体片的立体图。

图5E是表示为了制作本发明的实施方式的PCD钻头而插入形成于钻头前端的狭缝的梯形的烧结体片的图。

具体实施方式

在以往的PCD钻头中，在使用Co含量较小且显示出粗粒组织的高耐磨性PCD时，由于在刀尖前端的钻头中心部作用有较大的按压力，因此产生缺损等异常损伤，工具寿命较短。

另一方面，在使用Co含量较多且显示出微粒组织的高强度、高韧性PCD时，虽然缺损等的产生有所减少，但因耐磨性不充分，工具寿命仍然较短。

因此，此发明中，为了对应难切削材料的高能率钻孔切削加工，进行了以下说明的PCD钻头的切削刃刀片的改良。其结果，获得了兼备高强度、高韧性和耐磨性，并且在长期的使用中发挥优异的切削性能的PCD钻头。

以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。另外，对与一般的钻头及以往的PCD钻头相同的构成要件附加相同的符号而省略详细说明。

图4A表示本发明的形态的实施方式即PCD钻头31的刀尖前端的放大主视图。图4B表示本实施方式的PCD钻头31的刀尖部的放大侧视图。该PCD钻头31的前端安装有切削刃刀片37。

作为本发明的形态的PCD钻头31在嵌入的切削刃刀片由多个不同的多晶金刚石烧结组织构成这一点上与以往的PCD钻头不同。切削刃刀片37的前端面35由切削刃刀片中心部35B及切削刃刀片外周部35A组成。被所述不同的烧结组织的界面区分的切削刃刀片中心部35B由微粒组织组成，另一方面，切削刃刀片外周部35A由平均粒径大于所述微粒组织的粗粒组织组成。另外，所述PCD钻头的切削刃棱线36和与所述切削刃棱线相交的所述烧结组织的界面所呈的交叉角中，所述切削刃刀片中心部侧的交叉角θ小于90度。

在图5A至图5E表示本发明的切削刃刀片的制作顺序的概要。首先，制作层叠特性不同的多种金刚石粉末成型体，并且将其一体烧结为预定的厚度的复层PCD（参考图5A）。

图5A表示用于制作本发明的PCD钻头的复层PCD基烧结体。例如如图5A所示，该复层PCD基烧结体具有圆筒形状。该复层PCD基烧结体具有形成为平面的高韧性的PCD层38和形成于其上下的高耐磨性PCD层39、39。

沿相对厚度倾斜的方向大致平行地对该复层PCD基烧结体进行切片，制作例如厚度为0.5mm～2.0mm左右的刀片材料（参考图5B及图5C）。另外，从该刀片材料切出预定的形状、例如梯形形状的烧结体片40（参考图5D），由此制作兼备多个特性的由复层PCD组成的切削刃刀片。

即，制作在以通过种类不同的PCD的烧结组织相邻接来形成的界面为边界的切削刃刀片的中心部35B与外周部35A分别具备不同的烧结组织、特性的由复层PCD组成的切削刃刀片37。

如图5E所示，该切削刃刀片37安装在形成于钻头前端部的狭缝。之后，通过切削、磨削、研磨等处理，本发明的PCD钻头31的前端成型为钻头前端形状（参考图4A及图4B）。

如图4A所示，以钻头的切削刃棱线和与所述切削刃棱线相交的所述烧结组织的界面所呈的交叉角中，所述切削刃刀片中心部侧的交叉角θ小于90度的方式在钻头刀尖前端安装该切削刃刀片，由此制作本发明的PCD钻头31。

而且，作为本申请发明的形态的PCD钻头中，形成于切削刃刀片内部的所述烧结组织的界面以相对于PCD钻头31的轴向平行的方式安装于钻头的刀尖前端。

例如，如图5A所示，作为复层PCD，使用2种金刚石粉末成型体，使用Co含量较多（例如，在烧结体中占18面积%以上）且烧结后的组织成为微粒组织的金刚石粉末成型体，来作为内侧的金刚石粉末成型体，另一方面，使用Co含量较少（例如，在烧结体中为15面积%以下）且烧结后的组织成为粗粒组织的金刚石粉末成型体，来作为夹着内侧的金刚石粉末成型体的外侧的金刚石粉末成型体。

当使用由这种层叠结构的复层PCD组成的切削刃刀片制作PCD钻头31时，在钻孔加工时作用有较大的按压力的切削刃刀片的中心部35B，发挥高强度、高韧性，另一方面，在切削速度较快且磨损易进行的切削刃刀片的外周部35A，发挥优异的耐磨性，由此在用于Al合金、Ti合金、陶瓷及CFRP等难切削材料或它们的复合材料的高效钻孔加工时，不会产生刀尖的缺损等异常损伤，在长期的使用中，发挥优异的耐磨性。

将切削刃刀片的中心部中的烧结组织设为微粒组织，而且将Co含量设为18面积%以上的理由在于，通过将Co含量设为18面积%以上，韧性高于金刚石晶粒的Co能够连续性网络状地存在于烧结组织中，能够获得改善烧结体整体的韧性的效果。而且通过设为微粒，Co的网络变得复杂，韧性得到改善。若为粗粒，则当冲击施加于刀尖时，产生金刚石晶粒自身破损而在切削加工中产生问题的程度的崩刀（刀刃掉落），但若为微粒，则即使金刚石晶粒脱落，也能够确保刀尖锋利。

另一方面，将切削刃刀片的外周部中的烧结组织设为粗粒组织，而且将Co含量设为15面积%以下的理由如下。首先，能够通过设为粗粒来发挥金刚石晶粒自身所具有的高耐磨性。而且，能够通过将Co含量设为15面积%以下来使金刚石晶粒之间的缩颈发达，防止金刚石晶粒的脱落。其结果，能够长期确保锋利的刀尖，因此能够在CFRP的切削中防止脱层，且能够在Al合金、Ti合金及陶瓷等难切削材料的切削中降低切削阻力。

另外，本发明的“微粒”是指金刚石晶粒的平均粒径小于5μm的晶粒，另一方面，“粗粒”是指金刚石晶粒的平均粒径为5μm以上。

而且，本发明的形态的PCD钻头中，在将切削刃刀片安装于刀尖前端时，钻头的切削刃棱线和与该切削刃棱线相交的种类不同的PCD的烧结组织相邻接而形成的界面所呈的交叉角中，将所述切削刃刀片中心部侧的交叉角θ设为小于90度。这只要在对复层PCD进行切片加工时，如图5C所示，相对复层PCD的水平面以预定的倾斜角度倾斜地进行切片，获得平行四边形形状的切削刃刀片即可。倾斜地进行切片时的倾斜角度相当于本发明的形态的PCD钻头中所言的所述交叉角θ。

本发明中，相对复层PCD的水平面，倾斜地进行切片来制作平行四边形形状的切削刃刀片（即，本发明所言的将所述交叉角θ设为小于90度）是因为若交叉角θ为90度，则当磨损进行时在不同的组织的边界产生阶梯差而成为因边界的异常损伤的原因。另一方面，将交叉角θ设为锐角的理由在于，即使磨损进行，也只是边界的位置产生变化，而不产生阶梯差，因此不会产生异常损伤。

另外，所述交叉角θ优选为10～60度，更优选为10～30度。原因在于，若成为小于10度，则因磨损进行而无法维持复层PCD结构，若超过60度，则在边界产生阶梯差的可能性变高。

将由复层PCD组成的切削刃刀片37安装于钻头刀尖前端，可例如使用含Ti活性金属钎料（60Ag-24Cu-14In-2Ti）进行钎焊，但不限定于此，还能够使用以往已知的接合方法。

为了将安装于钻头刀尖前端的由复层PCD组成的切削刃刀片37加工成预定的钻头形状，能够例如使用金刚石砂轮进行加工，但由于复层PCD的加工性非常差，因此能够在谋求改善加工效率的基础上，使用带有放电机构的磨削装置。

包含于高韧性的PCD层38的金刚石晶粒具有微粒组织，其平均粒径例如小于5μm。更加优选的包含于高韧性的PCD层38的金刚石晶粒的平均粒径的范围为0.5μm至小于5μm。尤其优选的范围为1μm至3μm。

而且，包含于高韧性的PCD层38的Co含量较高，研磨面中的Co含量例如为18面积%以上。更加优选的包含于高韧性的PCD层38的Co含量的范围为18面积%至30面积%。尤其优选的范围为18面积%至25面积%。

包含于高耐磨性的PCD层39的金刚石晶粒具有比所述高韧性的PCD层38更粗的粗粒组织。其平均粒径例如为5μm以上。更加优选的包含于高耐磨性的PCD层39的金刚石晶粒的平均粒径的范围为5μm至30μm。尤其优选的范围为10μm至20μm。

而且，包含于高耐磨性的PCD层39的Co含量较低，研磨面中的Co含量例如为15面积%以下。更加优选的包含于高耐磨性的PCD层39的Co含量的范围为5面积%至15面积%。尤其优选的范围为8面积%至12面积%。

包含于复层PCD基烧结体的高韧性的PCD层38及高耐磨性PCD层39的平均粒径及Co含量能够用下面的方法进行测量。

首先，通过电火花线切割机切割复层PCD基烧结体或切削刃刀片。接着，将获得的切割面用金刚石砂轮进行研磨加工，获得精加工前研磨面。接着，使用＃5000的砂轮对获得的精加工前研磨面进行精加工，获得精加工后研磨面。测量至少需要纵0.5mm、横0.7mm的精加工后研磨面。

接着，用扫描电子显微镜（SEM）的背散射电子图像观察该精加工后研磨面，获得组织图。分析能够以为了获得试料的表面的背散射电子图像所需的一般条件进行。例如，能够以电子束的输出为15kV、1×10^-8A、观察区域的面积为0.35mm²、检测器使用电子探针显微分析仪（Electron Probe Micro Analyser：EPMA）的条件进行。接着，对获得的组织图进行图像处理来实现二值化处理，获得黑白组织图。

通过SEM获得的背散射电子图像根据原子量附带对比度，因此对于像PCD那样的原子量较小的金刚石与原子量较大的Co的识别而言，比二次电子像更适合。

包含于复层PCD基烧结体的高韧性的PCD层38及高耐磨性PCD层39所含的金刚石晶粒的平均粒径通过在该黑白组织图中画长度为100μm的直线，数该直线内含有几个金刚石晶粒来求出。可通过100μm除以金刚石晶粒的个数，获得金刚石晶粒的平均粒径。

包含于复层PCD基烧结体的高韧性的PCD层38及高耐磨性PCD层39所含的Co含量可通过求出黑白组织图中的200μm×300μm的区域内的相当于Co的部分（白色部）的面积，并求出相当于Co的部分的面积相对于观察区域的面积的比例来获得。

切削刃棱线部36和不同的烧结组织的界面所呈的交叉角θ的测量能够通过使用光学显微镜从PCD钻头前端部侧在PCD钻头的轴向上观察PCD钻头的前端部来进行。该光学显微镜使用一般的光学显微镜即可。测量条件设为钻头前端部的正面整个区域进入视线的条件即可。倍率例如为200倍。不同的烧结组织的界面能够从金刚石晶粒直径的不同与Co含量的不同至光泽等的不同轻松地识别，并能够画出大致直线，因此能够以基于光学显微镜的观察进行确定。确定的烧结组织的界面和与其界面相交的切削刃棱线36所呈的交叉角中，能够通过测量切削刃刀片中心部侧的交叉角来获得交叉角θ的值。

接着，根据实施例对本发明的形态的PCD钻头进行具体的说明。

[实施例]

首先，根据以下的（a）～（g）的工序，制作本发明PCD钻头1～10。

（a）将表1所示的平均粒径及配合比例的金刚石粉末与Co粉末作为原料粉末，使用丙酮来作为溶剂，装入硬质合金制的罐，用相同硬质合金制的球，以湿式法混合24小时。

（b）将在前面获得的混合粉末在真空中进行干燥，之后，在成型模中以200MPa进行加压，制作圆板状的成型体A。

（c）对由表1所示的平均粒径的金刚石粉末与Co粉末组成的原料粉末与所述（a）～（b）同样地制作Co含量与成型体A不同的成型体B。

（d）在成型体A的上下配置成型体B，用成型体B以夹层状态夹入成型体A，并封入Ta密封容器，在压力5.5GPa、温度1600℃、保持时间10分钟的条件下进行超高压高温处理，制作圆板状的复层PCD1～10。（参考图5A）

表2示出在前面获得的复层PCD中的成型体A部分的厚度及成型体B部分的厚度。

（e）对所述圆板状的复层PCD以相对其厚度方向倾斜的方式用电火花线切割机进行切片，由此制作平行四边形的长条状烧结体片（切削刃刀片）。（参考图5B及图5C）

（f）将获得的所述平行四边形的长条状烧结体片（切削刃刀片）插入预先形成于硬质合金制钻头主体或高速钢制钻头主体的前端的狭缝，用含Ti活性金属钎料（60Ag-24Cu-14In-2Ti）进行钎焊（参考图5D及图5E）。

另外，在向狭缝插入时，根据狭缝形状，烧结体片上有时出现裂纹，但此时，可将Cu薄板配设于钎焊部来缓和内部应力的产生，防止烧结体片产生裂纹。

（g）通过用金刚石砂轮将钻头刀尖前端加工成预定钻头形状，制作从切削刃刀片中心部至其外周部具备不同的烧结组织，并且烧结组织的界面相对于切削刃棱线部所呈的角度小于90度的切削刃刀片安装于刀尖前端的本发明PCD钻头1～10。

在表3示出对本发明PCD钻头1～10进行测量的切削刃刀片中心部与外周部的烧结组织。而且，分别示出切削刃棱线部和与该切削刃棱线部相交的烧结组织的界面所呈的交叉角中，所述切削刃刀片中心部侧的交叉角。

如下进行作为烧结组织的金刚石粒径、Co含量的测量。获得用金刚石砂轮对通过电火花线切割机切割的面进行研磨加工的研磨面。精加工使用＃5000的砂轮。获得用扫描电子显微镜（SEM）的背散射电子图像观察研磨面的组织图。进一步使用图像处理软件进行二值化处理，获得黑白组织图。背散射电子图像根据原子量附加对比度，因此对于像PCD那样原子量较小的金刚石与原子量较大的Co的识别而言，比二次电子像更加适合。通过在组织图中画直线，数在长度为100μm的直线包含几个晶粒来求出金刚石粒径。Co含量通过测量组织图中的Co部（白色部）的面积求出。

而且如下进行烧结组织的界面相对于切削刃棱线部所呈的交叉角的测量。对倾斜切割的PCD材料截面进行光学显微镜观察，用获得的图进行角度的测量。

为了比较，如表4所示那样变更圆板状成型体A、圆板状成型体B的配合比例、组合等，而且变更切削刃棱线部和烧结组织的界面所呈的交叉角，根据所述（a）～（g）的工序，制作表5所示的比较例PCD钻头1～10。

与本发明PCD钻头1～10同样地，测量切削刃刀片中心部和外周部的烧结组织、切削刃棱线部和烧结组织的界面所呈的交叉角。

表5中示出各自的测量结果。

[表1]

[表2]

(备注)“成型体B”在“成型体A”的上下使用2个，

但“成型体B”栏的“厚度(mm)”表示每1个的厚度(mm)。

[表3]

[表4]

(备注)“成型体B”在“成型体A”的上下使用2个，

但“成型体B”栏的“厚度(mm)”表示每1个的厚度(mm)。

[表5]

接着，对所述本发明PCD钻头1～10、比较例PCD钻头1～10在以下的切削条件1、2下实施高能率钻孔切削加工实验。

［切削条件1］

如下条件下的Al-30%SiC复合板材的湿式钻孔切削加工实验：

被切削材料-平面尺寸：100mm×250mm、厚度：15mm的Al-30%SiC复合材料板材；

钻头直径：6.4mm；

转速：4976min^-1；

切削速度：100m/min.；

进给速度：0.06mm/rev；

切削油剂：水溶性切削油。

［切削条件2］

如下条件下的氧化铝半烧结体板材的湿式钻孔切削加工实验：

被切削材料-平面尺寸：100mm×250mm，厚度：8mm的氧化铝半烧结体板材；

钻头直径：5mm；

转速：1592min^-1；

切削速度：25m/min.；

进给速度：0.05mm/rev；

切削油剂：水溶性切削油。

分别进行切削条件1和2下的切削加工实验，在任一个切削加工实验中均求出钻孔加工数（孔）。

在表6示出实验结果。

[表6]

从表3、5、6所示的结果可知本发明的PCD钻头，对于构成PCD钻头的刀尖前端的切削刃刀片，使其烧结组织为根据切削刃刀片的部位的不同的组织，对于切削刃刀片中心部形成为强度、韧性优异的Co含量相对多的微粒组织，另一方面，对于切削刃刀片外周部形成为耐磨性优异的Co含量相对少的粗粒组织，因此强度、韧性优异并且在长期的使用中，发挥优异的耐磨性。

此外，伴随在PCD钻头的刀尖前端安装切削刃刀片，将形成于所述切削刃刀片的不同的烧结组织相互的界面相对钻头的切削刃棱线所呈的倾斜角设为小于90度，由此进一步提高强度、韧性、耐磨性。

与此相对，可知从本发明规定的范围超出的比较例PCD钻头中，因刀尖前端的切削刃刀片的缺损产生、耐磨性不足等，在短时间到达使用寿命。

产业上的可利用性

此发明的PCD钻头在Al合金、Ti合金、Cu合金、陶瓷及CFRP等难切削材料的钻孔加工中，在长期的使用中发挥优异的切削性能。

Claims (3)

1.一种PCD钻头，具备：钻头主体；及安装于所述钻头主体的刀尖前端的切削刃刀片，所述切削刃刀片为以超高压烧结金刚石粉末得到的多晶金刚石基烧结体，其特征在于，

所述切削刃刀片从所述切削刃刀片中心部至其外周部由多个不同的烧结组织构成，通过所述不同的烧结组织的界面区分的切削刃刀片中心部由微粒组织组成，另一方面，切削刃刀片外周部由平均粒径大于所述微粒组织的粗粒组织组成，其中，所述微粒是指金刚石晶粒的平均粒径小于5μm的晶粒，所述粗粒是指金刚石晶粒的平均粒径为5μm以上的晶粒，

在所述PCD钻头的切削刃棱线和与所述切削刃棱线相交的所述烧结组织的界面所呈的交叉角中，所述切削刃刀片中心部侧的交叉角小于90度。

2.如权利要求1所述的PCD钻头，其特征在于，

所述切削刃刀片中心部的多晶金刚石基烧结组织的Co含量为18面积％以上，所述切削刃刀片外周部的多晶金刚石基烧结组织的Co含量为15面积％以下。

3.如权利要求1或2所述的PCD钻头，其中，

所述切削刃刀片内部的所述烧结组织的界面相对于PCD钻头的轴向平行。