CN108463303B - 切削工具及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

根据本公开的一方面的切削工具包括包含立方氮化硼和多晶金刚石中的至少一种的切削刃部分。切削刃部分包括后刀面、与后刀面相接的负倒棱以及由后刀面与负倒棱之间的棱线形成的切削刃。负倒棱和后刀面中的至少一个设置有多个凹部以及突出部。突出部通过使相邻凹部的边缘彼此接触地布置而形成。

Description

切削工具及其制造方法
技术领域
本公开涉及切削工具及其制造方法。本申请要求2016年12月20日提交的日本专利申请No.2016-246683的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。
背景技术
作为传统的切削工具，日本专利公报特开2013-212572(PTD1)公开了一种切削工具。PTD 1中公开的切削工具包括切削刃以及与切削刃相接的前刀面。前刀面设置有包含多个凹部的表面纹理。凹部在切屑排出方向(与切削刃基本垂直的方向)上断续地设置。利用这样的构造，PTD 1中描述的切削工具可以大大减小切削力和推力，并且可以高效地排出比较薄的切屑。
引用列表
专利文献：
PTD1：日本专利公报特开2013-212572
发明内容
根据本公开的一方面的切削工具包括包含立方氮化硼和多晶金刚石中的至少一种的切削刃部分。所述切削刃部分包括后刀面、与所述后刀面相接的负倒棱以及由所述后刀面与所述负倒棱之间的棱线形成的切削刃。所述负倒棱和所述后刀面中的至少一个设置有多个凹部以及突出部。所述突出部通过使相邻凹部的边缘彼此接触地布置而形成。
附图说明
图1是示出根据第一实施例的切削工具的立体图；
图2A是示出根据第一实施例的切削工具的负倒棱的放大平面图；
图2B是示出图2A的主要部分的放大图；
图3是沿着图2A的线III-III截取的截面图；
图4是沿着图2A的线IV-IV截取的截面图；
图5是示出根据第一实施例的切削工具的制造方法的流程图；
图6是示出根据第一实施例的切削工具的制造方法中使用的加工设备的示意图；
图7是示出根据第一实施例的切削刃部分形成步骤中的切削工具的切削刃部分附近的部分的截面图；
图8是示出根据第一实施例的纹理形成步骤中的切削工具的切削刃部分附近的部分的截面图；
图9是示出根据第一实施例的纹理形成步骤中的切削工具的放大俯视图；以及
图10是示出根据第二实施例的切削工具的后刀面的放大平面图。
具体实施例
[本公开要解决的问题]
考虑到切削工件的困难，不能说PTD 1中公开的切削工具的切削阻力足够低，而是存在着减小切削阻力的改进空间。
本公开是鉴于现有技术中的上述问题而做出的。更具体地说，本公开提供一种具有减小的切削阻力的切削工具及该切削工具的制造方法。
[本公开的有益效果]
根据本公开的一方面的切削工具，能够减小切削阻力。
[实施例的描述]
首先，将在下文中描述本公开的多个方面。
(1)根据本公开的一个方面的切削工具包括包含立方氮化硼和多晶金刚石中的至少一种的切削刃部分。所述切削刃部分包括后刀面、与所述后刀面相接的负倒棱以及由所述后刀面与所述负倒棱之间的棱线形成的切削刃。所述负倒棱和所述后刀面中的至少一个设置有多个凹部以及突出部。所述突出部通过使相邻凹部的边缘彼此接触地布置而形成。在本公开中，表述“负倒棱和后刀面中的至少一个设置有多个凹部和突出部”是指存在着用于设置多个凹部和突出部的3种可能性，具体地说，多个凹部和突出部仅设置在负倒棱上(没有同时设置在后刀面上)，多个凹部和突出部仅设置在后刀面上(没有同时设置在负倒棱上)，多个凹部和突出部设置在负倒棱和后刀面两者上。
根据上述(1)所描述的切削工具，能够减小切削阻力。此外，根据上述(1)中所描述的切削工具，能够改善切削液的冷却效果。
(2)在上述(1)所描述的切削工具中，所述多个凹部和所述突出部可以仅设置在所述负倒棱上。根据上述(2)所描述的切削工具，能够减小负倒棱的切削阻力。
(3)在上述(2)所描述的切削工具中，所述多个凹部中的最靠近所述切削刃设置的凹部可以与所述切削刃分开一距离。根据上述(3)所描述的切削工具，能够精细地切断切屑。
(4)在上述(1)所描述的切削工具中，所述多个凹部和所述突出部可以仅设置在所述后刀面上。根据上述(4)所描述的切削工具，能够减小后刀面的切削阻力。
(5)在上述(1)所描述的切削工具中，所述多个凹部可以设置在所述负倒棱和所述后刀面两者上。根据上述(5)所描述的切削工具，能够减小负倒棱和后刀面两者的切削阻力。
(6)在上述(1)至(5)所描述的切削工具中，每个凹部的深度可以为0.05μm以上且20μm以下。根据上述(6)所描述的切削工具，能够在改善切削液的冷却效果的同时防止突出部破裂。
(7)在上述(1)至(6)所描述的切削工具中，每个凹部的表面的算术平均粗糙度可以为0.05μm以上且1.5μm以下。根据上述(7)所描述的切削工具，能够抑制从工件切下的切屑附着在凹部上。
(8)在上述(1)至(7)所描述的切削工具中，所述多个凹部中的最靠近所述切削刃设置的凹部与所述切削刃之间的距离可以为5μm以下。根据上述(8)所描述的切削工具，即使以小的切削深度进行切削时，也能够减小切削阻力。
(9)根据本公开的一个方面的切削工具的制造方法是一种用于制造包括包含立方氮化硼和多晶金刚石中的至少一种的切削刃部分的切削工具的方法。所述切削刃部分包括后刀面、与所述后刀面相接的负倒棱以及由所述后刀面与所述负倒棱之间的棱线形成的切削刃。根据本公开的一个方面的切削工具的制造方法包括如下步骤：用激光照射所述负倒棱和所述后刀面中的至少一个，以在被激光照射的表面上形成多个凹部以及通过使相邻凹部的边缘彼此接触地布置而形成的多个突出部。根据上述(9)所描述的制造方法，能够获得具有减小的切削阻力的切削工具。
(10)根据(9)的切削工具的制造方法可以进一步包括如下步骤：用激光照射所述切削工具，以形成所述后刀面、所述负倒棱和所述切削刃。根据上述(10)所描述的制造方法，能够使凹部相对于切削刃精确地布置。
[本公开实施例的细节]
在下文中，将参考附图详细描述本公开的实施例。应该注意的是，在附图中，相同或相应的部件用相同的附图标记来表示。另外，下面描述的实施例中的至少一些可以任意组合。
(第一实施例)
在下文中，将描述根据第一实施例的切削工具的构造。
图1是示出根据第一实施例的切削工具的立体图。如图1所示，根据第一实施例的切削工具例如为切削刀具。然而，根据第一实施例的切削工具不限于切削刀具。根据第一实施例的切削工具可以例如为立铣刀或铰刀。
根据第一实施例的切削工具包括切削刃部分1。切削刃部分1包括后刀面11、负倒棱12以及切削刃13。负倒棱12与顶面14相接以相对于顶面14形成负角。负倒棱12相对于顶面14形成负角的表述意味着在顶面14朝上并且切削刃13朝左的状态下，负倒棱12相对于顶面14逆时针旋转。负倒棱12和顶面14构成根据第一实施例的切削工具的前刀面。负倒棱12与后刀面11相接。切削刃13由后刀面11与负倒棱12之间的棱线形成。
切削刃部分1是例如由包含立方氮化硼(CBN)和多晶金刚石(PCD)中的至少一种的烧结材料制成的切削刃片10的一部分。切削刃部分1可以是由包含CBN和PCD中的至少一种的烧结材料制成的切削工具的一部分。此外，切削刃部分1可以是由诸如硬质合金等的基体材料以及涂覆在基体材料的表面上的CBN和PCD中的至少一种制成的切削工具的一部分。总之，切削刃部分1可仅需要至少在其表面上包含CBN和PCD中的一种。切削刃部分1中所含的CBN的体积比、PCD的体积比或CBN和PCD的总体积比优选为20体积％以上。如果切削刃部分1是由包含CBN和PCD中的至少一种的烧结材料制成的切削刃片10的一部分，则切削刃片10通过例如钎焊被附接至由硬质合金等制成的金属基体2。
图2A是示出根据第一实施例的切削工具的负倒棱的放大平面图。图2B是示出图2A的主要部分的放大图。图3是沿着图2A的线III-III截取的截面图。图4是沿着图2A的线IV-IV截取的截面图。应该注意的是，线III-III与后面将描述的第一方向DR1处于相同的方向，并且线IV-IV与后面将描述的第二方向DR2处于相同的方向。
如图2A、图2B、图3和图4所示，在负倒棱12上设置有多个凹部15。由此，负倒棱12在设有凹部15的地方凹入。多个凹部15以在相邻凹部15之间不存在平坦表面的方式布置。换言之，每个凹部15具有边缘15a，并且相邻凹部15的边缘15a彼此相接。多个凹部15例如以Z字形的方式布置。
从另一观点来看，多个凹部15可以以使得在平面图中为圆形的相邻凹部15的一部分依次彼此重叠的方式设置(重叠部分在图2B中用虚线表示)。如后面将描述的，突出部16形成在重叠部分中。
更具体地说，多个凹部15沿着第一方向DR1成列地布置并沿着第二方向DR2成排地布置，并且相邻的凹部15彼此相接。第一方向DR1是与切削刃13交叉的方向。第一方向DR1优选为与切削刃13正交。第二方向DR2可以是与切削刃13平行的方向。第二方向DR2可以与第一方向DR1正交。
优选的是，最靠近切削刃13设置的凹部15布置成与切削刃13分开。优选的是，最靠近切削刃13设置的凹部15与切削刃13分开一距离DIS。距离DIS优选为5μm以下。
如图3所示，优选的是，凹部15的截面为圆形或椭圆形，但凹部15的截面形状不限于此。
凹部15具有在第一方向DR1上的第一宽度W1。第一宽度W1是凹部15在第一方向DR1上的最大宽度。第一宽度W1优选为大于10μm且小于100μm。凹部15具有在第二方向DR2上的第二宽度W2。第二宽度W2是凹部15在第二方向DR2上的最大宽度。第二宽度W2优选为不小于第一宽度W1且不大于第一宽度W1的十倍。
凹部15具有深度D。深度D是负倒棱12的既未设置凹部15又未设置突起部16的部分的表面与凹部15的底部之间的距离。深度D优选为0.05μm以上且20μm以下。
凹部15的表面的算术平均粗糙度Ra优选为0.05μm以上且1.5μm以下。凹部15的表面的算术平均粗糙度Ra使用激光位移计来测量。
负倒棱12设置有突起部16。优选的是，设置多个突起部16。突起部16在与负倒棱12交叉的方向上突出。突起部16通过使相邻凹部15的边缘15a彼此接触地布置而形成。从另一观点来看，突起部16形成在相邻凹部15在平面图中部分重叠的部分中。因此，突起部16设置在形成有多个凹部15的区域中。由于突起部16是通过使相邻凹部15的边缘15a彼此接触地布置而形成的(突起部16形成在相邻凹部15(每个相邻凹部在平面图中均为圆形)部分重叠的部分中)，所以突起部16在顶端16a是尖锐的。换言之，突起部16在顶端16a没有平坦表面。
如上所述，由于突起部16是通过使相邻凹部15的边缘15a彼此接触地布置而形成的，所以突起部16的顶端16a与凹部15的边缘15a相匹配。由于突起部16包含CBN和PCD中的至少一种，所以与突起部16由硬质合金等制成的情况相比，不太容易由于与工件接触而磨损。
如上所述，由于凹部15沿着第一方向DR1布置，所以突起部16包括在与第一方向DR1正交的方向上延伸的部分。由于第一方向DR1是与切削刃13交叉的方向，所以突起部16包括在与正交于切削刃13的方向交叉的方向上延伸的部分。
在下文中，将描述根据第一实施例的切削工具的制造方法。
图5是示出根据第一实施例的切削工具的制造方法的流程图。如图5所示，制造方法包括切削刃部分形成步骤S1和纹理形成步骤S2。
图6是示出根据第一实施例的切削工具的制造方法中使用的加工设备的示意图。如图6所示，根据第一实施例的切削工具的制造方法中使用的加工设备3包括光源31、扫描头32和加工台33。
光源31将激光L供应给扫描头32。工件W放置在加工台33上。扫描头32用从光源31供应的激光L扫描工件W的表面。扫描头32是例如检流计扫描仪。
使用加工设备3来进行纹理形成步骤S2。优选的是，切削刃部分形成步骤S1也使用加工设备3来进行。换言之，优选的是，切削刃部分形成步骤S1和纹理形成方法均通过激光L的照射来进行。
图7是示出根据第一实施例的切削刃部分形成步骤中的切削工具的切削刃部分附近的部分的截面图。如图7所示，在切削刃部分形成步骤S1中形成具有后刀面11、负倒棱12和切削刃13的切削刃部分1。通过经由扫描头32将从光源31供应的激光L照射在工件W的表面(将在加工后成为后刀面11和负倒棱12的表面)上，来执行具有后刀面11、负倒棱12和切削刃13的切削刃部分1的形成。
图8是示出根据第一实施例的纹理形成步骤中的切削工具的切削刃部分附近的部分的截面图。如图8所示，通过经由扫描头32将从光源31供应的激光L照射在负倒棱12上来执行纹理形成步骤S2。
图9是示出根据第一实施例的纹理形成步骤中的切削工具的放大俯视图。在图9中，用虚线表示激光L的扫描范围。如图9所示，当形成每个凹部15时，用激光L在平面图中以圆形图案对负倒棱12进行扫描。当形成相邻凹部15时，以使得激光L的照射范围彼此部分地重叠的方式来照射激光L。在重叠区域中形成突起部16。通过反复地照射激光L，在形成有多个凹部15的区域中形成具有尖锐顶端16a的突起部16，从而负倒棱12在相邻凹部15之间不具有平坦部分。
下面将描述根据第一实施例的切削工具及切削工具的制造方法的效果。
在根据第一实施例的切削工具中，如上所述，多个凹部15设置在负倒棱12上，并且多个凹部15以使得相邻凹部15的边缘15a彼此接触的方式来布置。因此，在根据第一实施例的切削工具中，在相邻凹部15之间不存在平坦表面，这减小了从工件切削的切屑与负倒棱12之间的接触面积。
此外，在根据第一实施例的切削工具中，在负倒棱12上设置有突起部16。在根据第一实施例的切削工具中，不仅切削刃13用作切削刃，而且突起部16也用作切削刃。因此，在根据第一实施例的切削工具中，提高了切削工具的尖锐度。结果，根据第一实施例的切削工具，减小了切削阻力。
在根据第一实施例的切削工具中，由于负倒棱12在设有各凹部15的地方凹入，所以切削液易于进入负倒棱12。因此，在根据第一实施例的切削工具中，改善了切削液的冷却效果。
当最靠近切削刃13设置的凹部15与切削刃13分开时，由于负倒棱12在设有各凹部15的地方凹入，所以凹部15用作断屑器。因此，能够精细地切断切屑并且能提高切削工具的切屑处理性。
如果凹部15的深度D是深的，则切削液更容易进入负倒棱，从而进一步改善了冷却效果。然而，如果凹部15的深度太深，则突起部16变得过于尖锐，容易断裂。因此，当凹部的深度D为0.05μm以上且20μm以下时，能够在改善切削工具的冷却效果的同时防止突起部16断裂。
当凹部15的表面的算术平均粗糙度Ra为0.05μm以上且1.5μm以下时，从工件切下的切屑不太可能附着在凹部15的表面上。因此，可以抑制切屑附着在工件上。
如果最靠近切削刃13设置的凹部15与切削刃13之间的距离DIS是大的，则在以小切削深度使用根据第一实施例的切削工具时，凹部15与工件不会彼此接触。当最靠近切削刃13设置的凹部15与切削刃13之间的距离DIS为5μm以下时，即使以微小切削深度进行切削，也能够减小切削阻力。
根据第一实施例的切削工具的制造方法，能够获得具有减小的切削阻力、改善的切削液冷却效果和提高的切屑处理性的切削工具。
根据第一实施例的切削工具，当通过照射激光L不仅进行纹理形成步骤S2而且进行切削刃部分形成步骤S1时，不需要使工件W在加工期间移动(在将工件从切削刃形成步骤S1转移到纹理形成步骤S2时，不必对工件进行定位)。因此，能够相对于切削刃13精确地形成凹部15。结果，能够使得最靠近切削刃13设置的凹部15与切削刃13之间的距离DIS等于例如5μm以下。
(第二实施例)
在下文中，将描述根据第二实施例的切削工具。下面将主要针对与根据第一实施例的切削工具的不同点进行描述，并且不会重述重复的内容。
根据第二实施例的切削工具包括切削刃部分1。切削刃部分1包括后刀面11、负倒棱12、由后刀面11和负倒棱12的棱线形成的切削刃13。切削刃部分1包含CBN和PCD中的至少一种。在这些方面，根据第二实施例的切削工具与根据第一实施例的切削工具相同。
图10是示出根据第二实施例的切削工具的后刀面的放大平面图。如图10所示，在根据第二实施例的切削工具中，凹部15和突起部16设置在后刀面11上。在这方面，根据第二实施例的切削工具与根据第一实施例的切削工具相同。
根据第二实施例的切削工具中的凹部15和突起部16的构造除了未设置在负倒棱12上而是设置在后刀面11上之外，其余部分与根据第一实施例的切削工具中的凹部15和突起部16的构造相同。换言之，多个凹部15以如下方式设置在后刀面11中：使得相邻凹部15的边缘15a彼此接触，并且通过使相邻凹部15的边缘15a彼此接触地布置而形成突起部16。
根据第二实施例的切削工具的制造方法与根据第一实施例的切削工具的制造方法的相似之处在于，包括切削刃部分形成步骤S1和纹理形成步骤S2。然而，根据第二实施例的切削工具的制造方法中的纹理形成步骤S2与根据第一实施例的切削工具的制造方法中的纹理形成步骤S2的不同之处在于，通过用激光L照射后刀面11而在后刀面11上形成凹部15。
在根据第二实施例的切削工具的制造方法中，在后刀面11上设置多个凹部15，并且多个凹部15布置成使得相邻凹部15的边缘15a彼此接触。因此，在根据第二实施例的切削工具中，在相邻凹部15之间不存在平坦表面，这减小了工件表面与后刀面11之间的接触面积。在根据第二实施例的切削工具中，由于后刀面11在设有各凹部15的地方凹入，所以切削液易于进入后刀面11。因此，根据第二实施例的切削工具，能够减小切削阻力并且能够改善切削液的冷却效果。
(第三实施例)
在下文中，将描述根据第三实施例的切削工具。下面将主要针对与根据第一实施例的切削工具和根据第二实施例的切削工具的不同点进行描述，并且不会重述重复的内容。
根据第三实施例的切削工具包括切削刃部分1。切削刃部分1包括后刀面11、负倒棱12、由后刀面11和负倒棱12的棱线形成的切削刃13。切削刃部分1包含CBN和PCD中的至少一种。在这些方面，根据第三实施例的切削工具与根据第一实施例的切削工具和根据第二实施例的切削工具相同。
在根据第三实施例的切削工具中，凹部15和突起部16设置在后刀面11上。在这方面，根据第三实施例的切削工具不同于根据第一实施例的切削工具。在根据第三实施例的切削工具中，凹部15和突起部16还设置在负倒棱12上。在这方面，根据第三实施例的切削工具不同于根据第二实施例的切削工具。换言之，根据第三实施例的切削工具具有将根据第一实施例的切削工具和根据第二实施例的切削工具组合起来的构造。
根据第三实施例的切削工具的制造方法与根据第一实施例的切削工具的制造方法和根据第二实施例的切削工具的制造方法的类似之处在于，包括切削刃部分形成步骤S1和纹理形成步骤S2。然而，根据第三实施例的切削工具的制造方法中的纹理形成步骤S2与根据第一实施例的切削工具的制造方法和根据第二实施例的切削工具的制造方法中的纹理形成步骤S2的不同之处在于，用激光L照射后刀面11和负倒棱12两者，从而在后刀面11和负倒棱12上都形成凹部15。
如上所述，根据第三实施例的切削工具具有将根据第一实施例的切削工具和根据第二实施例的切削工具组合起来的构造。因此，根据第三实施例的切削工具，能够减小切削阻力并且能够改善切削液的冷却效果。
应该理解，本文公开的实施例是为了说明和描述的目的而呈现的，但在所有方面都不受限制。旨在本公开的范围不受以上描述的限制，而是由权利要求书的范围限定并且涵盖了在意义和范围上等同于权利要求书的所有修改。
附图标记列表
1：切削刃部分；2：金属基体；3：加工设备；10：切削刃片；11：后刀面；12：负倒棱；13：切削刃；14：顶面；15：凹部；15a：边缘；16：突出部；16a：顶端；31：光源；32：扫描头；33：加工台；D：深度；DIS：距离；DR1：第一方向；DR2：第二方向；L：激光；S1：切削刃部分形成步骤；S2：纹理形成步骤；W：工件；W1：第一宽度；W2：第二宽度。

Claims (10)

1.一种切削工具，包括包含立方氮化硼和多晶金刚石中的至少一种的切削刃部分，
所述切削刃部分包括后刀面、与所述后刀面相接的负倒棱以及由所述后刀面与所述负倒棱之间的棱线形成的切削刃，
所述负倒棱和所述后刀面中的至少一个设置有多个凹部以及通过使相邻凹部的边缘彼此接触地布置而形成的突出部，
其中，所述突出部的顶端不包括平坦表面，并且
所述多个凹部沿着与所述切削刃交叉的第一方向成列地布置并沿着与所述第一方向交叉的第二方向成排地布置。
2.根据权利要求1所述的切削工具，其中，所述多个凹部和所述突出部仅设置在所述负倒棱上。
3.根据权利要求2所述的切削工具，其中，所述多个凹部中的最靠近所述切削刃设置的凹部与所述切削刃分开一距离。
4.根据权利要求1所述的切削工具，其中，所述多个凹部和所述突出部仅设置在所述后刀面上。
5.根据权利要求1所述的切削工具，其中，所述多个凹部设置在所述负倒棱和所述后刀面两者上。
6.根据权利要求1所述的切削工具，其中，每个凹部的深度为0.05μm以上且20μm以下。
7.根据权利要求1所述的切削工具，其中，每个凹部的表面的算术平均粗糙度为0.05μm以上且1.5μm以下。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的切削工具，其中，所述多个凹部中的最靠近所述切削刃设置的凹部与所述切削刃之间的距离为5μm以下。
9.一种切削工具的制造方法，所述切削工具包括包含立方氮化硼和多晶金刚石中的至少一种的切削刃部分，
所述切削刃部分包括后刀面、与所述后刀面相接的负倒棱以及由所述后刀面与所述负倒棱之间的棱线形成的切削刃，
所述方法包括如下步骤：用激光照射所述负倒棱和所述后刀面中的至少一个，以在被激光照射的表面上形成多个凹部以及通过使相邻凹部的边缘彼此接触地布置而形成的多个突出部，
其中，所述突出部的顶端不包括平坦表面，并且
所述多个凹部沿着与所述切削刃交叉的第一方向成列地布置并沿着与所述第一方向交叉的第二方向成排地布置。
10.根据权利要求9所述的切削工具的制造方法，进一步包括如下步骤：用激光照射所述切削工具，以形成所述后刀面、所述负倒棱和所述切削刃。
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