CN109715324A

CN109715324A - Pcd钻头及其制造方法

Info

Publication number: CN109715324A
Application number: CN201780058076.1A
Authority: CN
Inventors: 福岛宏之; 小野濑淳也; 五十岚裕; 大泽明浩; 保坂真树; 黑田友也
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2016-09-20
Filing date: 2017-09-20
Publication date: 2019-05-03
Anticipated expiration: 2037-09-20
Also published as: JPWO2018056288A1; WO2018056288A1; US20220410286A1; JP6655193B2; US20210283695A1; MX2019003164A; CN109715324B

Abstract

在圆柱形状体(16)的PCD层(22)上形成第一预排屑槽(70)时，以使第一螺旋角为α的方式设定电极的姿势，来进行放电加工。接着，在圆柱形状体(16)的基板(20)和圆棒(62)上形成第二预排屑槽(74)时，以成为比第一螺旋角(α)大的第二螺旋角(β)的方式设定金刚石磨具(72)的磨削姿势和方向，来进行磨削加工。

Description

PCD钻头及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于实施切削加工的PCD钻头及其制造方法。

背景技术

作为用于切削加工的钻头的一种，已知具有包含金刚石烧结体(PCD)的顶端的PCD钻头。该顶端是通过将在由超硬合金制成的基板上设置有PCD的顶端刀具的一部分切出而获得的。然后，将该顶端接合于钻体主体，进而形成切削刃和修磨面(Thinning surface)，之后，形成排屑槽(flute)(切削屑排出槽)，由此制作出主体。另外，钻体主体例如由超硬合金构成。

排屑槽一般通过使用金刚石磨具的磨削加工或放电加工而形成(例如，参照日本发明专利公开公报特开2009-226539号)。在此，在磨削加工的情况下，虽然加工时间短，但是在PCD上形成排屑槽时的金刚石磨具的磨损量多，因此，存在不容易多次进行磨削加工的问题。另一方面，在放电加工中，与磨削加工相比加工效率低，因此，形成排屑槽需要较长时间。

出于这样的理由，考虑在顶端刀具形成排屑槽时进行线切割放电加工，在钻体主体形成排屑槽时利用金刚石磨具进行磨削加工。

发明内容

如果如上述那样变更在顶端侧和钻体主体侧形成排屑槽的加工工具的话，在排屑槽中会产生微小的台阶。因此，存在切削屑卡在台阶上，而使切削屑无法排出的担忧。

本发明的主要目的在于提供一种能够高效地制作的PCD钻头。

本发明的另一目的在于提供一种消除了切削屑无法排出的担忧的PCD钻头。

本发明的又一目的在于提供一种上述PCD钻头的制造方法。

根据本发明的一技术方案，提供一种PCD钻头，其具有钻体主体和在由超硬合金构成的基板上设置有金刚石层的顶端刀具，通过将所述顶端刀具以使所述基板面对所述钻体主体的方式配设于该钻体主体的顶端，从而构成钻体，在所述PCD钻头中，所述金刚石层和所述超硬合金这两者露出于形成在所述顶端刀具上的前倾面和修磨面，并且，所述金刚石层的第一螺旋角被设定为比所述基板和所述钻体主体的第二螺旋角小。在此，本发明中的“金刚石层”除了仅由金刚石构成的层之外，还包括含有金刚石和超硬合金的复合层。

通过采用这种结构，避免了在形成于金刚石层中的排屑槽与形成于基板和钻体主体的排屑槽之间产生台阶。因此，切削屑容易通过排屑槽。换言之，避免了切削屑在排屑槽内卡住而停留。因此，消除了切削屑无法排出的担忧。

优选在修磨面上，排屑槽的最顶端位于所述金刚石层与所述基板之间的边界附近。据此，排屑槽的开口面积和截面积变得比较大。因此，切削屑更容易通过排屑槽。

此外，钻体主体例如可以与基板同样地由超硬合金构成。在这种情况下，具有容易在基板和钻体主体上形成排屑槽的优点。

另外，根据本发明的另一技术方案，提供一种PCD钻头的制造方法，该PCD钻头具有钻体主体和在由超硬合金构成的基板上设置有金刚石层的顶端刀具，所述制造方法包括如下工序：将用于形成所述顶端刀具的圆柱形状体以使所述基板面对所述钻体主体侧的方式接合在所述钻体主体的顶端；对所述圆柱形状体实施放电加工，形成切削刃和修磨面，并且使所述金刚石层和所述基板这两者露出于前倾面和所述修磨面；对所述金刚石层实施放电加工，以成为第一螺旋角的方式形成第一预排屑槽；对所述钻体主体和所述基板实施磨削加工，以使得与所述第一预排屑槽相连，并且以成为比所述第一螺旋角大的第二螺旋角的方式形成第二预排屑槽。

通过如此使螺旋角发生变化，能够在避免磨具与第一预排屑槽发生干涉的同时，形成被避免了与第一预排屑槽之间产生台阶的第二预排屑槽。即，能够获得内表面平滑的排屑槽。因此，消除了排屑槽卡在台阶上而难以排出的担忧。

而且，由于对硬质的金刚石层进行放电加工，因而，能够避免用于对基板和钻体主体进行磨削加工的磨具在短时间内发生磨损。因此，当在多个钻体主体上形成第二预排屑槽时，可以重复使用磨具。

另一方面，用磨具对基板和钻体主体进行磨削加工。因此，能够高效地形成第二预排屑槽。因此，提高了PCD钻头的生产效率。

优选第二预排屑槽形成为其最顶端位于所述金刚石层与所述基板之间的边界附近。通过如此形成，能够形成开口面积和截面积较大且切削屑容易通过的排屑槽。

可以使用于进行形成第一预排屑槽的放电加工的电极从金刚石层侧向基板侧行进，然后，使用于进行形成第二预排屑槽的磨削加工的磨具从钻体主体侧向基板侧行进。据此，容易形成螺旋角不同的第一预排屑槽和第二预排屑槽。

此外，基于用于进行磨削加工的磨具硬度高且不易产生磨损的原因，优选金刚石磨具。

根据本发明，将基板和钻体主体的螺旋角设定为比金刚石层的螺旋角大。因此，金刚石层中的排屑槽(第一预排屑槽)与基板及钻体主体中的排屑槽(第二预排屑槽)平滑地连通，从而避免了在基板和钻体主体之间产生台阶。

因此，避免了由于存在台阶而使切削屑难以排出的情况，从而使切削屑容易通过排屑槽。因此，消除了切削屑停留在排屑槽内而无法排出的担忧。

而且，由于通过放电加工形成硬质金刚石层中的排屑槽(第一预排屑槽)，另一方面，通过磨削加工形成相对软质的基板和钻体主体中的排屑槽(第二预排屑槽)，因而，能够在避免磨具在短时间内发生磨损的情况的同时，高效地形成排屑槽。因此，PCD钻头的生产效率提高。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的PCD钻头的沿着长度方向的概略整体侧视图。

图2是图1的PCD钻头的顶端主视图。

图3是图1的PCD钻头的顶端侧视图。

图4是表示从晶圆(Wafer)切出用于得到顶端刀具的圆柱形状体的状态的概略立体图。

图5是表示在圆柱形状体上形成V字状槽，并且在圆棒上形成V字型端部的状态的概略侧视图。

图6是示意性地表示通过对圆柱形状体实施放电加工而形成修磨面等的状态的概略立体图。

图7是示意性地表示通过对圆柱形状体实施放电加工而形成成为排屑槽的第一预排屑槽的状态的概略立体图。

图8是示意性地表示通过对圆棒和基板实施磨削加工而形成成为排屑槽的第二预排屑槽的状态的概略立体图。

具体实施方式

下面，对于本发明所涉及的PCD钻头的制造方法，以与通过此方法所得到的PCD钻头的关系，列举优选的实施方式，参照附图详细地进行说明。

图1是本实施方式所涉及的PCD钻头10的沿着长度方向的概略整体侧视图。该PCD钻头10具有顶端刀具12和长条状的钻体主体14。其中的顶端刀具12是将图4所示的圆柱形状体16加工成适于钻头的顶端的形状的刀具，其由基板20和作为金刚石层的金刚石烧结体层(以下也记为“PCD层”)22构成。

基板20是由超硬合金构成的盘状体。另一方面，PCD层22包含多晶金刚石烧结体(PCD)，是以覆盖基板20的一端面的方式设置的盘状体。另外，PCD层22可以是仅由PCD构成的单一材料层，也可以是由PCD和超硬合金的复合材料构成的复合材料层。作为基板20或PCD层22所包含的超硬合金，可例示WC-Co等。另外，PCD与超硬合金的比例例如可以按照体积比设定在PCD：超硬合金＝90：10～10：90的范围内。

在基板20上形成有图5所示的V字状槽24。另一方面，在钻体主体14的顶端形成有与V字状槽24对应的V字型端部26。V字状槽24的内壁与V字型端部26的倾斜壁例如通过钎焊接合。

钻体主体14的大部分与顶端刀具12一起构成钻体30，呈大致圆柱形状的一端部构成钻柄32。在钻体30上，以隔着钻尖34且相位差约为180°的方式形成有两个排屑槽36a、36b。即，PCD钻头10是所谓的麻花钻。排屑槽36a、36b也被称为扭槽，并且沿着钻体30的长度方向螺旋状地延伸。此外，排屑槽36a、36b不会彼此交叉。

如PCD钻头10的顶端主视图、即图2和PCD钻头10的顶端侧视图、即图3所示，在由顶端刀具12构成的顶端面上形成有第二后刀面42a、42b、第三后刀面44a、44b和修磨面46a、46b。在第三后刀面44a、44b上分别贯穿设置有导出孔48a、48b，该导出孔48a、48b用于导出发挥润滑作用或冷却作用的切削油等冷却剂。导出孔48a、48b与贯穿设置于钻柄32内的一个引导孔(未图示)合流。即，在使用PCD钻头10进行切削加工时，冷却剂经引导孔分支为两个导出孔48a、48b，并从该导出孔48a、48b被供给到切削加工部位。

在第二后刀面42a的面对排屑槽36b侧的棱线上形成有切削刃50a。如图3所示，在切削刃50a上连接有前倾面52a。同样地，在第二后刀面42b的面对排屑槽36a侧的棱线上形成有切削刃50b，并且在该切削刃50b上连接有前倾面52b。

图2所示的阴影表示构成顶端刀具12的PCD层22露出的第一区域54a、54b。未标注阴影的区域是超硬合金露出的第二区域56a、56b。即，第一区域54a、54b是包含钻尖34的顶端侧，换言之，是顶部侧，第二区域56a、56b是钻尖周边侧。此外，为了方便，而标注了阴影，以容易区别第一区域54a、54b和第二区域56a、56b。

排屑槽36a的最顶端58a位于第一区域54a与第二区域56a之间的边界附近。同样地，排屑槽36b的最顶端58b位于第一区域54b和第二区域56b之间的边界附近。

如图3所示，排屑槽36a、36b的螺旋角在由超硬合金构成的钻体主体14和基板20与以PCD为主要成分的PCD层22上不同。具体而言，PCD层22处的螺旋角α被设定为小于由超硬合金构成的部位处的螺旋角β。即，α＜β成立。并且，排屑槽36a、36b未形成有台阶而平滑地延伸。

接着，对基本上如上述那样构成的PCD钻头10的制造方法进行说明。

首先，如图4所示，从以超硬合金为基板20且在该基板20上形成有PCD层22的晶圆60切出圆柱形状体16。此外，这种晶圆60可作为市售品而获得。由于圆柱形状体16是从晶圆60的一部切出而成的，因此，理所当然，圆柱形状体16由基板20(超硬合金)和PCD层22构成。

接着，在该圆柱形状体16的基板20侧形成图5所示的V字状槽24。另一方面，在由超硬合金等构成的圆棒62的一端部形成与V字状槽24对应的V字型端部26。然后，例如通过钎焊将V字状槽24的内壁和插入到该V字状槽24内的V字型端部26的倾斜壁接合。

接着，如图6所示，使用电极64a、64b进行放电加工。通过该放电加工，在圆柱形状体16上形成第二后刀面42a、42b、第三后刀面44a、44b、修磨面46a、46b、切削刃50a、50b和前倾面52a、52b。另外，形成有PCD层22露出的第一区域54a、54b，并且形成有超硬合金(基板20)露出的第二区域56a、56b。

接着，如图7所示，通过使用电极64a进行放电加工，在PCD层22上形成第一预排屑槽70。在此，电极64a如箭头X所示那样从PCD层22侧向基板20侧移动。此时，以使第一螺旋角为α的方式设定电极64a的姿势。

在电极64a到达基板20后，立即停止电极64a的移动。然后，使电极64a离开第一预排屑槽70。

接着，如图8所示，通过使用金刚石磨具72进行磨削加工，形成第二预排屑槽74。此时，使金刚石磨具72如箭头Y所示那样从圆棒62(钻体主体14)侧向基板20侧移动。另外，此时，以使第二螺旋角为比α大的β的方式设定金刚石磨具72的姿势和方向。最后，第二预排屑槽74与第一预排屑槽70相连，从而形成一个排屑槽36a。同样地，形成排屑槽36b，从而获得钻体30。

如此，在本实施方式中，对硬质的PCD层22进行放电加工来形成第一预排屑槽70。因此，避免了金刚石磨具72在短时间内磨损，从而能够重复使用金刚石磨具72。即，能够利用同一金刚石磨具72实施多次磨削加工。

另一方面，通过使用金刚石磨具72对由超硬合金等相对软质的材料制成的基板20和钻体主体14(圆棒62)进行磨削加工而形成第二预排屑槽74。虽然第二预排屑槽74比第一预排屑槽70长，但是，与放电加工相比，通过磨削加工能够在短时间内形成第二预排屑槽74。因此，能够高效地形成排屑槽36a、36b。

并且，在本实施方式中，在进行上述的磨削加工时，使第二螺旋角β大于第一螺旋角α。因此，在金刚石磨具72对基板20进行磨削加工时，避免了与PCD层22发生干涉。因此，容易在基板20上形成第二预排屑槽74，并且能够避免金刚石磨具72磨削PCD层22而发生磨损。

另外，由于使第二螺旋角β大于第一螺旋角α，因而，能够避免在第一预排屑槽70与第二预排屑槽74之间形成台阶。因此，能够获得没有台阶的排屑槽36a、36b。

在使用这样的PCD钻头10进行切削加工的情况下，切削屑容易通过排屑槽36a、36b而被排出。因此，消除了切削屑停留在排屑槽36a、36b内的担忧。这是因为如上所述，避免了在排屑槽36a、36b内形成有台阶。

本发明不特别限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种变更。

例如，用于形成第二预排屑槽74的磨削加工不是必须利用金刚石磨具72来进行，也可以利用其他磨削工具来进行。

Claims

1.一种PCD钻头(10)，其具有钻体主体(14)和在由超硬合金构成的基板(20)上设置有金刚石层(22)的顶端刀具(12)，通过将所述顶端刀具(12)以使所述基板(20)面对所述钻体主体(14)的方式配设于该钻体主体(14)的顶端，从而构成钻体(30)，所述PCD钻头(10)的特征在于，

所述金刚石层(22)和所述超硬合金这两者露出于形成在所述顶端刀具(12)上的前倾面(52a、52b)和修磨面(46a、46b)，并且，

所述金刚石层(22)的第一螺旋角(α)被设定为比所述基板(20)和所述钻体主体(14)的第二螺旋角(β)小。

2.根据权利要求1所述的PCD钻头(10)，其特征在于，

在所述修磨面(46a、46b)上，排屑槽(36a、36b)的最顶端位于所述金刚石层(22)与所述基板(20)之间的边界附近。

3.根据权利要求1或2所述的PCD钻头(10)，其特征在于，

所述钻体主体(14)由超硬合金制成。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的PCD钻头(10)，其特征在于，

在所述顶端刀具(12)和所述钻体主体(14)中的任一方设置有卡合部(26)，并且，在其余一方设置有与所述卡合部(26)卡合的被卡合部(24)。

5.一种PCD钻头(10)的制造方法，该PCD钻头(10)具有钻体主体(14)和在由超硬合金构成的基板(20)上设置有金刚石层(22)的顶端刀具(12)，所述制造方法的特征在于，

包括如下工序：

将用于形成所述顶端刀具(12)的圆柱形状体以使所述基板(20)面对所述钻体主体(14)侧的方式接合在所述钻体主体(14)的顶端；

对所述圆柱形状体实施放电加工，形成切削刃(50a、50b)和修磨面(46a、46b)，并且使所述金刚石层(22)和所述基板(20)这两者露出于前倾面(52a、52b)和所述修磨面(46a、46b)；

对所述金刚石层(22)实施放电加工，以成为第一螺旋角(α)的方式形成第一预排屑槽(70)；

对所述钻体主体(14)和所述基板(20)实施磨削加工，以使得与所述第一预排屑槽(70)相连，并且以成为比所述第一螺旋角(α)大的第二螺旋角(β)的方式形成第二预排屑槽(74)。

6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，

在形成所述第二预排屑槽(74)时，使该第二预排屑槽(74)的最顶端位于所述金刚石层(22)与所述基板(20)之间的边界附近。

7.根据权利要求5或6所述的制造方法，其特征在于，

使用于进行形成所述第一预排屑槽(70)的放电加工的电极(64a)从所述金刚石层(22)侧向所述基板(20)侧行进，然后，使用于进行形成所述第二预排屑槽(74)的磨削加工的磨具从所述钻体主体(14)侧向所述基板(20)侧行进。

8.根据权利要求5～7中任一项所述的制造方法，其特征在于，

使用金刚石磨具(72)进行所述磨削加工。

9.根据权利要求5～8中任一项所述的制造方法，其特征在于，

在所述顶端刀具(12)和所述钻体主体(14)中的任一方设置卡合部(26)，并且在其余一方设置与所述卡合部(26)卡合的被卡合部(24)，在使所述卡合部(26)与所述被卡合部(24)卡合的状态下，将所述顶端刀具(12)接合于所述钻体主体(14)。