CN109996632A

CN109996632A - 切削工具

Info

Publication number: CN109996632A
Application number: CN201680090839.6A
Authority: CN
Inventors: 东泰助; 松田裕介; 久木野晓; 神田孝; 冈村克己
Original assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2016-11-15
Filing date: 2016-11-15
Publication date: 2019-07-09
Anticipated expiration: 2036-11-15
Also published as: WO2018092187A1; EP3542934A1; US20180369924A1; JPWO2018092187A1; US10293411B2; EP3542934B1; JP6629990B2; KR20190069475A; EP3542934A4; CN109996632B; KR102188627B1

Abstract

根据本公开一方面的切削工具包括：附接部；具有芯部和表面部的切削部；以及接合部。附接部包括硬质成分和硬质材料。硬质成分从由TiC、TiCN、W、WC、Al₂O₃和CBN以及金刚石中的至少一种与W和WC中的至少一种的组合构成的组中选择而获得。硬质材料包括一种或多种铁族元素并具有350GPa以下的杨氏模量。芯部包括硬质合金材料。表面部包括PCD或CBN。切削部具有倒角部。表面部包括槽、后刀面和切削刃。切削刃朝向附接部延伸。后刀面由倒角后刀面和外周后刀面形成。倒角后刀面相对于中心轴线的倾斜度大于外周后刀面相对于中心轴线的倾斜度。

Description

切削工具

技术领域

本公开涉及切削工具。

背景技术

诸如钻头和端铣刀等的旋转切削工具的切削刀片在使用时受到磨损。因此，在切削性能降低或过了规定的使用时间之后，用新的切削头来替换至少包括切削刀片的切削头。此时，如果切削头以不可拆卸的方式附接至超硬刀柄，则即使因为超硬刀柄未达到使用寿命的终点而不必更换超硬刀柄，在更换切削刀片时也必须一起更换超硬刀柄。这样更换超硬刀柄在成本方面不是优选的，因为超硬刀柄相对昂贵。

因此，可以想到将切削头可拆卸地附接至超硬刀柄，以便在切削刀片磨坏时能够仅更换切削头。PTD1描述了具有加工成切削刀片的超硬结构的构造被附接至工具承载件。具体来说，例如，在上述构造中设有诸如螺纹槽等的附接装置，用于将上述构造与工具承载件钎焊起来，这使得可以将上述构造附接至工具承载件。

引用列表

专利文献

PTD 1：日本国家专利公开号No.2015-520661

发明内容

根据本公开的一个方面的切削工具包括刀柄、附接至刀柄的附接部、具有芯部和围绕中心轴线覆盖芯部的表面部的切削部、以及将附接部与切削部接合起来的接合部。附接部包括硬质成分和硬质材料。硬质成分是选自如下组中的至少一种：组由TiC(碳化钛)、TiCN(碳氮化钛)、W(钨)、WC(碳化钨)、Al₂O₃(氧化铝)、以及CBN(立方氮化硼)和金刚石中的至少一种与W和WC中的至少一种的组合构成。硬质材料包括一种或两种或更多种铁族元素，并且具有不大于350GPa的杨氏模量。芯部包括硬质合金材料。表面部包括PCD(多晶金刚石)或CBN。切削部具有倒角部，倒角部位于切削部的与附接部相反的端部。表面部包括槽、后刀面以及由槽与后刀面之间的棱线形成的切削刃。切削刃从端部朝向附接部延伸。后刀面由位于倒角部处的倒角后刀面以及位于除倒角部以外的部分处的外周后刀面形成。倒角后刀面相对于中心轴线的倾斜度大于外周后刀面相对于中心轴线的倾斜度。

根据本公开另一方面的用于制造切削工具材料的方法具有：通过使用用于形成附接结构形成部的第一前体、用于形成芯部的第二前体和用于形成表面部的第三前体而组装出切削工具材料的前体的组装步骤；以及烧结切削工具材料的前体的烧结步骤。

附图说明

图1A是示出本实施例的一个方面的切削工具材料的透视图。

图1B是沿图1A中的线A-A截取的纵截面图。

图2A是示出本实施例的另一方面的切削工具材料的纵截面图。

图2B是示出本实施例的另一方面的切削工具材料的纵截面图。

图2C是示出本实施例的另一方面的切削工具材料的纵截面图。

图3是示出本实施例的又一方面的切削工具材料的纵截面图。

图4是示出本实施例的进一步方面的切削工具材料的透视图。

图5是由本实施例的切削工具材料1获得的切削工具的透视图。

图6是使用本公开中的切削工具材料1的旋转切削工具的第一实例的透视图。

图7是图6中的区域VII的放大图。

图8是使用本公开中的切削工具材料1的旋转切削工具的第二实例的透视图。

图9是使用本公开中的切削工具材料1的旋转切削工具的第三实例的透视图。

图10是示出本公开的旋转切削工具的内部供油结构的纵截面图。

具体实施方式

[本公开要解决的问题]

PTD 1中描述的构造在用于将该构造附接至工具承载件的附接装置的形成和钎焊方面具有进一步改进的空间。

本公开是鉴于上述情况而完成的，并且本公开的目的在于提供一种附接至刀柄的附接性能优异的切削工具材料及其制造方法。

[本公开的有益效果]

根据以上所述，能够提供一种附接至刀柄的附接性能优异的切削工具材料及其制造方法。

[本公开的实施例的描述]

首先，将列出和描述本公开的实施例。

[1]根据本公开的一个方面的切削工具材料是用于附接至刀柄以供使用的切削工具的切削工具材料，切削工具材料具有用作附接至刀柄的附接部的附接结构形成部、用作切削刀片的切削结构形成部、以及接合部，切削结构形成部具有芯部和表面部，芯部和表面部设置在附接结构形成部上而使接合部介于芯部和表面部与附接结构形成部之间，表面部覆盖芯部的表面的至少一部分，附接结构形成部包括硬质材料，硬质材料含有硬质成分和一种或两种或更多种铁族元素，硬质材料具有不大于350GPa的杨氏模量，芯部包括硬质合金材料，表面部包括PCD(多晶金刚石)或CBN(立方氮化硼)，硬质成分是选自如下组中的至少一种：所述组由W(钨)、WC(碳化钨)、TiC(碳化钛)、TiCN(碳氮化钛)、Al₂O₃(氧化铝)、以及CBN(立方氮化硼)和金刚石中的至少一种与W和WC中的至少一种的组合构成。

[2]表面部覆盖芯部，使得芯部不暴露于外部。

[3]在切削工具材料中，接合部的至少一部分包括一种或两种或更多种铁族元素。

[4]在切削工具材料中，附接结构形成部与表面部之间的接合部的一部分包括一种或两种或更多种铁族元素。

[5]在切削工具材料中，芯部中具有中空部，并且附接结构形成部具有布置在中空部中的内芯部。

[6]在切削工具材料中，硬质材料具有小于300GPa的杨氏模量。

[7]在切削工具材料中，硬质材料具有不大于5％的伸长率。

[8]切削工具材料是用于附接至刀柄以供使用的切削工具的切削工具材料，切削工具材料具有用作附接至刀柄的附接部的附接结构形成部、用作切削刀片的切削结构形成部、以及接合部，切削结构形成部具有芯部和表面部，芯部和表面部设置在附接结构形成部上而使接合部介于芯部和表面部与附接结构形成部之间，表面部覆盖芯部的表面的至少一部分，附接结构形成部包括含有W(钨)、铁和镍的硬质材料，硬质材料具有小于300GPa的杨氏模量和小于5％的伸长率，芯部包括硬质合金材料，表面部包括CBN(立方氮化硼)，附接结构形成部与表面部之间的接合部的一部分是包括一种或两种或更多种铁族元素的材料。

[9]根据本公开的另一方面的用于制造切削工具材料的方法具有：通过使用用于形成附接结构形成部的第一前体、用于形成芯部的第二前体和用于形成表面部的第三前体而组装出切削工具材料的前体的组装步骤；以及烧结切削工具材料的前体的烧结步骤。

[10]在用于制造切削工具材料的方法中，在组装步骤中，第二前体和第三前体布置在第一前体上而使包括一种或两种或更多种铁族元素的材料介于第二前体、第三前体与第一前体之间。

[11]根据本公开的一个方面的切削工具包括：附接部，其附接至刀柄；切削部，其具有芯部和围绕中心轴线覆盖芯部的表面部；以及接合部，其将附接部和切削部接合起来。附接部包括硬质成分和硬质材料。硬质成分是选自如下组中的至少一种：组由TiC(碳化钛)、TiCN(碳氮化钛)、W(钨)、WC(碳化钨)、Al₂O₃(氧化铝)、以及CBN(立方氮化硼)和金刚石中的至少一种与W和WC中的至少一种的组合构成。硬质材料包括一种或两种或更多种铁族元素，并且具有不大于350GPa的杨氏模量。芯部包括硬质合金材料。表面部包括PCD(多晶金刚石)或CBN。切削部具有倒角部，倒角部位于切削部的与附接部相反的端部。表面部包括槽、后刀面以及由槽与后刀面之间的棱线形成的切削刃。切削刃从端部朝向附接部延伸。后刀面由位于倒角部处的倒角后刀面以及位于除倒角部以外的部分处的外周后刀面形成。倒角后刀面相对于中心轴线的倾斜度大于外周后刀面相对于中心轴线的倾斜度。

[12]在切削工具中，在从端部观看时切削刃在围绕中心轴线逆时针旋转的同时从端部朝向附接部延伸。

[13]根据本公开的一个方面的切削工具包括：附接部，其附接至刀柄；切削部，其具有芯部和围绕中心轴线覆盖芯部的表面部；以及接合部，其将附接部和切削部接合起来。附接部包括硬质成分和硬质材料。硬质成分是选自如下组中的至少一种：组由W(钨)、TiC(碳化钛)、TiCN(碳氮化钛)、WC(碳化钨)、Al₂O₃(氧化铝)、以及CBN(立方氮化硼)和金刚石中的至少一种与W和WC中的至少一种的组合构成。硬质材料包括一种或两种或更多种铁族元素，并且具有不大于350GPa的杨氏模量。芯部包括硬质合金材料。表面部包括PCD(多晶金刚石)或CBN。表面部具有切削刃。切削刃在相对于中心轴线扭转的同时从切削刃的与附接部相反的端部朝向附接部延伸。

[14]在切削工具中，切削刃包括沿周向交替布置的多个第一切削刃和多个第二切削刃，并且第一切削刃在沿与第二切削刃相反的方向相对于中心轴线扭转的同时延伸。

[15]在切削工具中，切削部中具有第一通道。芯部包括凹部。附接部具有突出部。附接部中具有第二通道。凹部和突出部界定出位于切削部内部的空间。第一通道将空间与切削部的外周面连接起来。第二通道将空间与外部连接起来。

[本公开的实施例的细节]

将参考附图来描述根据本实施例的切削工具材料及其制造方法的具体实例。图1A是示出本实施例的一个方面的切削工具材料的透视图。图1B是沿图1A中的线A-A截取的纵截面图。图2A至图2C是示出本实施例的其它方面的切削工具材料的纵截面图。图3是示出本实施例的另一方面的切削工具材料的纵截面图。图4是示出本实施例的进一步方面的切削工具材料的透视图。图5是由本实施例的切削工具材料1获得的切削工具的透视图。

[切削工具材料的结构]

本实施例中的切削工具材料1是用于附接至刀柄5以供使用的切削工具的材料。如图1A和图1B所示，本实施例中的切削工具材料1具有用作附接至刀柄5的附接部2的附接结构形成部20、用作切削刀片的切削结构形成部30、以及接合部40。如图5所示，附接部2由附接结构形成部20获得，并且切削部3由切削结构形成部30获得，因此，具有切削部3和附接部2且通过附接部2附接至刀柄5以供使用的切削工具(切削头)10由切削工具材料1获得。

(附接结构形成部)

附接结构形成部20用作通过加工上述切削工具材料1而获得的切削工具10中的用于附接至刀柄5的附接部2(图5)。当切削工具10通过诸如螺钉紧固、销连接、其它类型的接合以及压配合等的机械紧固方式附接至刀柄5时，在附接结构形成部20中形成附接部2，附接部2经受切削加工或磨削加工以便加工成预定形状的螺纹槽、销孔等。当切削工具10通过钎焊附接至刀柄5时，附接结构形成部20本身可以用作附接部2，或者可以根据需要加工成规定的形状以用作附接部2。

附接结构形成部20的形状和尺寸选择为：使得可以执行用于形成诸如螺钉紧固、销连接、其它类型的接合以及压配合等机械紧固所用的结构的切削加工或磨削加工，或者使得可以执行焊接到刀柄5的焊接。

如图1A所示，本实施例中的附接结构形成部20具有这样的圆柱形状，使得附接结构形成部20接合至切削结构形成部30的接合表面具有与切削结构形成部30接合到附接结构形成部20的接合表面相同的圆形形状。

尽管图1A示出了具有圆形接合表面的圆柱形附接结构形成部20，但是附接结构形成部20的形状不限于圆柱形状，并且可以是任何形状，如椭圆柱形状、多边形棱柱形状(包括三棱柱形状、四棱柱形状等)、圆锥形状和多边形棱锥形状。尽管图1B示出了具有矩形纵向截面(这是在与切削结构形成部30的接合表面垂直的方向上的截面，并且对应于沿图1A中的线A-A截取的纵截面)的附接结构形成部20，但是纵向截面的形状不限于此，可以是任何形状，如梯形形状和三角形形状。另外，附接结构形成部20的接合表面可以具有与切削结构形成部30的接合表面相同的形状和尺寸，如图1B所示，或者可以具有与切削结构形成部30的接合表面不同的形状和尺寸，例如如图4所示。

附接结构形成部20的高度(在与切削结构形成部30的接合表面垂直的方向上的长度)没有特别限制，只要附接结构形成部20具有如下的高度即可：允许为了形成用于机械紧固的结构而进行切削加工或磨削加工的高度，允许钎焊的高度，以及允许在通过加工附接结构形成部20获得的附接部2中提供减振效果的高度。例如，在具有图1A所示形状的附接结构形成部20中，接合表面的直径可以设定为5mm至30mm，并且附接结构形成部20的高度可以设定为1mm至20mm。

附接结构形成部20由包括硬质成分及选自铁族元素的至少一种元素的硬质材料制成。硬质成分是选自如下组中的至少一种：所述组由W(钨)、WC(碳化钨)、TiC(碳化钛)、TiCN(碳氮化钛)、Al₂O₃(氧化铝)、以及CBN(立方氮化硼)和金刚石中的至少一种与W和WC中的至少一种的组合构成。铁族元素是钴、铁和镍中的任何一种。铁族元素用作用于由硬质成分形成烧结材料时的烧结助剂。

硬质材料优选地包括上述硬质成分中的W(钨)，并且优选地包括上述铁族元素中的铁和镍中的至少一种。

硬质材料可以包括诸如铜等的另一成分作为除上述硬质成分和上述铁族元素之外的成分。

硬质材料中所含的硬质成分的含量相对于硬质材料的总质量优选地不低于50质量％(质量百分比)，更优选地不低于80质量％，并且进一步优选地不低于90质量％。硬质材料中所含的铁、镍和钴的总含量相对于硬质材料的总质量优选地不高于50质量％，更优选地不高于20质量％，并且进一步优选地不高于10质量％。

当选自由W(钨)、WC(碳化钨)、TiC(碳化钛)、TiCN(碳氮化钛)、Al₂O₃(氧化铝)、以及CBN(立方氮化硼)和金刚石中的至少一种与W和WC中的至少一种的组合所构成的组的至少一种硬质材料作为附接结构形成部20的硬质成分时，可以使附接结构形成部20的硬度低于包括硬质合金材料的芯部31和包括PCD(多晶金刚石)或CBN(立方氮化硼)的表面部32的硬度，因此，可以为附接结构形成部20提供优异的自由切削性。结果，可以便于在附接结构形成部20上执行用于螺钉紧固、销连接和其它类型的接合的切削加工或磨削加工。当使用金属材料W(钨)作为上述硬质成分时，可以在将附接结构形成部20加工成附接部2以及将附接部2钎焊至刀柄5时提高附接部2的钎焊润湿性。

本发明的发明人最新发现，由于附接结构形成部20包括具有特定性质的硬质材料，因此，在将切削工具10附接至刀柄5以供使用时，由附接结构形成部20形成的附接部2产生了抑制颤动和破损的减振效果，因此，可以延长切削工具10的使用寿命。

其原因估计如下。由于附接结构形成部20包括具有特定性质的硬质材料，因此可以使附接结构形成部20的刚度小于包括硬质合金材料的芯部31和包括PCD或CBN的表面部32的刚度。结果，当使用本实施例中的切削工具材料获得切削工具10时，由附接结构形成部20形成的附接至刀柄5的附接部2也倾向于弹性变形。因此，可以减小当切削工具10用作旋转切削工具时施加至上述附接部2的载荷，因此，可以抑制切削工具10的破损。

另外，当切削工具10用作旋转切削工具时，切削工具10的附接部2容易受到振动的影响。然而，当附接部2由如上所述倾向于变形的材料制成时，附接部2倾向于吸收振动，因此，可以提供具有减小的颤动和优异的减振性能(抗振性能)的旋转切削工具。

为了形成这样的附接结构形成部20，优选地使用在25℃的温度具有小于500GPa的杨氏模量的材料作为硬质材料，更优选地使用在25℃的温度具有小于400GPa的杨氏模量的材料作为硬质材料，进一步优选地使用在25℃的温度具有不大于350GPa的杨氏模量的材料作为硬质材料，并且最优选地使用在25℃的温度具有小于300GPa的杨氏模量的材料作为硬质材料。上述杨氏模量是根据拉伸试验测得的值。

另外，如下所述，附接结构形成部20以及形成切削结构形成部30的芯部31和表面部32通过烧结而成为一体。本发明的发明人发现，在使用包括硬质材料的附接结构形成部20、包括硬质合金材料的芯部31和包括PCD或CBN的表面部32的情况下，当如上所述通过烧结进行一体化时，烧结期间附接结构形成部20与芯部31、表面部32之间的接合性能在某些情况下会降低。

其原因估计如下。具体地，由于烧结期间的温度变化，在附接结构形成部20、芯部31和表面部32中的每一个中发生变形(热膨胀)。附接结构形成部20、芯部31和表面部32的变形程度根据形成每个部分的材料的差异而变化。形成附接结构形成部20的硬质材料比形成芯部31的硬质合金材料和形成表面部32的包括PCD或CBN的材料更可能变形。烧结期间的这种变形差异可能导致烧结期间附接结构形成部20与芯部31、表面部32之间的接合性能降低。

本发明的发明人发现，调节上述硬质材料的伸长率可以抑制烧结期间接合性能的降低。具体地，上述硬质材料的伸长率优选地不大于5％，更优选地不大于1％，并且进一步优选地不大于0.5％。当硬质材料的伸长率不大于5％时，由上述硬质材料制成的附接结构形成部20的塑性变形性可以得到降低。结果，由烧结期间温度变化引起的附接结构形成部20的变形减小，因此，可以减小烧结期间附接结构形成部20与切削结构形成部30的芯部31、表面部32之间的变形差异。结果，可以抑制由于附接结构形成部20与切削结构形成部30之间的变形差异而引起的附接结构形成部20与表面部32之间的接合性能的降低。上述伸长率是根据拉伸试验测得的值。

如上所述，本实施例中的附接结构形成部20使用包括硬质成分和铁族元素且具有特定性质的硬质材料，因此，可以便于进行用于附接至刀柄5的机械紧固的切削加工或磨削加工和用于附接至刀柄5的钎焊。另外，可以获得在将切削工具10附接至刀柄5上以供使用时抑制颤动和破损的减振效果。此外，通过调节硬质材料的伸长率，还可以实现烧结期间附接结构形成部20与切削结构形成部30的芯部31、表面部32之间的优异的接合性能。

可以根据硬质材料中的硬质成分和铁族元素的类型和含量来调节硬质材料的杨氏模量和伸长率。

(切削结构形成部)

切削结构形成部30被加工以形成通过加工切削工具材料1而获得的切削工具10中的具有切削刀片的切削部3(图5)。如图1A所示，本实施例中的切削结构形成部30具有圆柱形状。形成切削结构形成部30的圆柱体的底表面的尺寸和圆柱体的高度没有特别限制，只要具有切削刀片的切削部3可以通过切削加工或磨削加工形成即可。例如，在具有图1A所示形状的切削结构形成部30中，底表面的直径可以设定为5mm至30mm，并且高度可以设定为5mm至30mm。

尽管图1A示出了圆柱形切削结构形成部30，但是切削结构形成部30的形状不限于圆柱形状，并且可以是任何形状，如椭圆柱形状、多边形棱柱形状(包括三棱柱形状、四棱柱形状等)、圆锥形状和多边形棱锥形状。尽管图1B示出了具有矩形纵向截面(这是在与附接结构形成部20的接合表面垂直的方向上的截面，并且对应于沿图1A中的线A-A截取的纵截面)的切削结构形成部30，但是纵向截面的形状不限于此，可以是任何形状，如梯形形状和三角形形状。另外，切削结构形成部30附接至附接结构形成部20的接合表面可以具有与附接结构形成部20的附接表面相同或不同的形状和尺寸。

本实施例中的切削结构形成部30具有芯部31和表面部32，芯部31和表面部32设置在附接结构形成部20上而接合部40介于芯部31和表面部32与附接结构形成部20之间。表面部32覆盖芯部的表面的一部分。具体地，如图1B所示，表面部32设置成覆盖芯部31的表面的除了与接合部40接触的表面之外的至少一部分。在表面部32覆盖芯部31的部分中，芯部31和表面部32通过下面描述的烧结接合起来。芯部31和表面部32中的每一个的尺寸可以选择为使得可以通过切削加工或磨削加工来形成期望的切削刀片，并且芯部31和表面部32中的每一个的底表面直径和高度可以考虑所形成的切削刀片的尺寸和形状以及用于接合至附接结构形成部20所需的尺寸进行选择。例如，在具有图1B所示形状的切削结构形成部30中，芯部31的底表面的直径可以设定为3mm至27mm，并且芯部31的高度可以设定为5mm至30mm。另外，表面部32的底表面的外径可以设定为5mm至30mm，并且表面部32的高度可以设定为5mm至30mm。

(芯部)

如图1A和图1B所示，本实施例中的芯部31设置在切削结构形成部30的中心部分中并且具有实心圆柱形状。尽管图1A和图1B示出了实心圆柱形芯部31，但是芯部31的形状不限于圆柱形状，并且可以是任何形状，如椭圆柱形状、多边形棱柱形状(包括三棱柱形状、四棱柱形状等)、圆锥形状和多边形棱锥形状。芯部31可以具有实心形状或中空形状。

形成在芯部31中的中空部分可以成形为从芯部31的位于芯部31接合至附接结构形成部20所在侧的表面贯穿至芯部31的位于与芯部31接合至附接结构形成部20所在侧相反一侧的表面，或者可以成形为仅贯穿这些表面中的一个，或者可以成形为不贯穿这些表面中的任何一个。

如图2A所示，当芯部31具有中空形状时，可以在芯部31的中空部分中设置内芯部33，内芯部33由形成附接结构形成部20的硬质材料或与形成芯部31和附接结构形成部20的材料不同的诸如钢等的任何材料制成。如何设置内芯部33没有特别限制。例如，如图2A所示，具有与芯部31的中空部分相同的形状的内芯部33可以通过旋入、收缩配合或钎焊被固定至上述中空部分。作为替代方案，如图2B所示，内芯部33可以成形为在内芯部33的位于附接结构形成部20侧的末端处具有螺纹槽的类似销的形状，使得内芯部33和附接结构形成部20通过诸如螺钉或销等的固定装置固定。在这种情况下，内芯部33的另一末端形成为具有螺钉或销的头部的形状。

当在芯部31的中空部分中布置有由与形成附接结构形成部20的硬质材料相同的材料制成的内芯部33时，设置在芯部31的中空部分中的内芯部33与附接结构形成部20可以形成为一体，并且附接结构形成部20和切削结构形成部30可以组装为使得内芯部33布置在芯部31的中空部分中，如图2C所示。当由与形成附接结构形成部20的硬质材料相同的材料制成的内芯部33如上所述与附接结构形成部20形成为一体时，可以进一步提高所获得的切削工具10的减振性能。

图1B和图2A至图2C示出了各具有矩形纵向截面(这是在与附接结构形成部20的接合表面垂直的方向上的截面，并且对应于沿图1A中的线A-A截取的纵截面)的芯部31和内芯部33。然而，芯部31和内芯部33可以具有相同的纵向截面形状或不同的纵向截面形状，并且纵向截面的形状可以是任何形状，如梯形形状和三角形形状。

芯部31由硬质合金材料制成。硬质合金材料例如是包括碳化钨和钴的材料。由于硬质合金材料用于芯部31，因此可以使芯部31的硬度低于由PCD或CBN制成的表面部32的硬度。结果，可以使具有上述芯部31的切削结构形成部30的硬度低于切削结构形成部30作为整体仅由PCD或CBN形成的情况下的硬度。因此，可以便于用于形成切削刀片的切削加工和磨削加工，并且可以提供切削刀片的加工性能优异的切削结构形成部30。

由于硬质合金材料用于芯部31，因此当芯部31的成型体和表面部32的成型体组装起来并如下所述烧结时，可以获得芯部31和包括PCD或CBN的表面部32的优异的接合状态。

形成芯部31的硬质合金材料中所包含的碳化钨和钴之间的含量比没有特别限制。然而，碳化钨的含量相对于碳化钨和钴的总质量优选地不低于75质量％，并且更优选地不低于85质量％。另外，碳化钨的含量相对于碳化钨和钴的总质量优选地不高于98质量％，并且更优选地不高于95质量％。当碳化钨的含量相对于碳化钨和钴的总质量不低于75质量％时，可以确保芯部的强度。当碳化钨的含量相对于碳化钨和钴的总质量不高于98质量％时，可以实现与表面部32的优异接合。

硬质合金材料可包括除碳化钨和钴之外的成分。其它成分的实例可以包括TiC、TaC、Ni等中的一种或两种或更多种。其它成分的含量相对于硬质合金材料的总质量优选地不高于10质量％，并且更优选地不高于5质量％。

(表面部)

如图1A和图1B所示，本实施例中的表面部32具有圆筒形状，该圆筒形状具有在中心容纳上述芯部31的中空部分。如图1B所示，表面部32接合至附接结构形成部20并且同心地设置在圆柱形芯部31的侧表面的外周上，从而与芯部31一起形成作为整体具有圆柱形状的切削结构形成部30。在表面部32覆盖芯部31的部分中，表面部32通过下面描述的烧结接合至芯部31。

表面部32具有接合至附接结构形成部的接合表面，并且设置成覆盖芯部31的表面的至少一部分。具体地，表面部32可以仅设置在芯部31的表面的侧表面部分上，如图1B和图2A至图2C所示，或者可以设置在芯部31的侧表面和顶表面上，使得芯部31的表面不暴露于外部，如图3所示。结果，也可以在切削部3的末端部分处制造具有形成在表面部32上的切削刀片的切削工具10。

表面部32的形状和尺寸没有特别限制，只要表面部32可以接合至芯部31并且切削刀片可以通过在切削结构形成部30上执行切削加工或磨削加工来形成即可。因此，表面部32可以形成为具有与芯部31不同的外形，并且切削结构形成部30的外形可以形成为任何形状，如椭圆柱形状、多边形棱柱形状(包括三棱柱形状、四棱柱形状等)、圆锥形状和多边形棱锥形状。用于形成切削刀片的切削加工或磨削加工可以仅在表面部32上执行，或者可以在表面部32和芯部31两者上执行。

表面部32由包括PCD(多晶金刚石)或CBN(立方氮化硼)的材料制成。由于表面部32由包括PCD或CBN的材料制成，因此可以形成耐磨性和耐破损性优异的旋转切削工具。表面部32优选地由包括CBN的材料制成。

(接合部)

接合部40形成在附接结构形成部20与切削结构形成部30之间的接合表面上。接合部40至少具有第一接合部和第二接合部，第一接合部将附接结构形成部20的接合表面与切削结构形成部30的芯部31接合起来，第二接合部将附接结构形成部20的接合表面与切削结构形成部30的表面部32接合起来。接合部40的厚度没有特别限制，只要获得必要的接合强度即可。例如，接合部40的厚度可以设定为5μm至200μm。

通过设置接合部40，附接结构形成部20和切削结构形成部30可以牢固地接合起来。结果，当将本实施例中的切削工具材料加工成切削工具10以供使用时，可以防止由切削结构形成部30形成的切削部3与由附接结构形成部20形成的附接部2之间的分离，并且可以防止在切削部3和附接部2中产生裂缝，因此，可以确保用作切削工具10时的强度。为了允许适于用作切削工具10，根据剪切试验测得的接合部40的强度优选地不小于25kgf/mm²，并且优选地不小于30kgf/mm²。

为了将附接结构形成部20和切削结构形成部30接合起来，接合部40可以由包括钴、铁和镍所组成的铁族元素中的一种或两种或更多种在内的材料制成。由于接合部的将附接结构形成部20和表面部32接合起来的第二接合部是由包括铁族元素中的一种或两种或更多种在内的材料制成的接合部，所以可以提高附接结构形成部20与切削结构形成部30的表面部32之间的接合性能。

接合部40可以通过将附接结构形成部20和切削结构形成部30烧结来形成。具体地，在烧结期间，附接结构形成部20和切削结构形成部30的芯部31可以由于附接结构形成部20中所含的铁族元素和芯部31中所含的少量钴成分而形成接合部40。当PCD用作切削结构形成部30的表面部32时，也可以在烧结期间在附接结构形成部20与表面部32之间形成接合部40。然而，当使用钴成分含量低的CBN作为表面部32时，接合性能的降低可能成为问题。因此，当表面部32包括CBN时，优选地提供包括上述铁族元素的接合部40。结果，附接结构形成部20和包括CBN的表面部32可以以不小于30kgf/mm²的接合强度接合。

接合部40可以包括由包括一种或两种或更多种铁族元素的材料制成的接合部和通过烧结形成的接合部两者，或者可以仅包括这些接合部中的一个。例如，将附接结构形成部20和芯部31接合起来的第一接合部可以通过烧结形成，并且将附接结构形成部20和表面部32接合起来的第二接合部可以由包括一种或两种或更多种铁族元素的材料制成。

[用于制造切削工具材料的方法]

本实施例中的切削工具材料通过如下步骤来制造：组装步骤，形成用作附接结构形成部20的第一前体、用作芯部31的第二前体和用作表面部32的第三前体，并将这些第一至第三前体组装起来；以及烧结步骤，对组装步骤中组装起来的切削工具材料的前体进行烧结。附接结构形成部20、芯部31和表面部32的前体中的每一个可以根据常规已知的方法制造，例如可以使用通过将原材料粉末放入模具中并进行加压成型而获得的成型体，或者可以使用通过用切削加工或磨削加工将每种材料的坯料等加工成规定形状而获得的坯件。由于每个前体通过烧结而收缩，因此优选地制备用于形成成型体的模具以及尺寸设计成考虑每个前体的收缩程度的坯件。

芯部31的前体通过推入而被配合到如上所述获得的表面部32的前体的中空部分中，从而形成用作切削结构形成部30的前体。接下来，组装用作切削结构形成部30的前体，使得芯部31的前体和表面部32的前体布置成与附接结构形成部20的前体接触，从而获得切削工具材料的前体，并且将该前体烧结。作为该烧结步骤的结果，芯部31和表面部32被接合起来，并且包括钴的接合部40形成在芯部31与附接结构形成部20之间。当表面部32由PCD制成时，包括钴的接合部40形成在表面部32与附接结构形成部20之间。

另一方面，当在上述前体的组装期间，芯部31的前体和表面部32的前体布置在附接结构形成部20的前体上而使包括由镍、铁和钴组成的铁族元素中的一种或两种或更多种的材料介于芯部31的前体和表面部32的前体与附接结构形成部20的前体之间，然后进行烧结时，形成包括上述铁族元素的接合部40。包括铁族元素的材料可以以粉末形式或箔的形式布置在前体之间。

烧结步骤可以在常规已知的条件下进行。然而，在本实施例中，不同材料用于附接结构形成部20、芯部31和表面部32，因此，烧结期间的变形程度是不同的。由于这种变形差异，可能会在附接结构形成部20、芯部31和表面部32的成型体彼此接触的部分中产生裂缝。因此，在烧结步骤中，在压力为4.5GPa至7.5GPa且温度为1200℃至1700℃的条件下进行烧结，此后，保持温度不变，将压力降低到3GPa至4GPa以释放芯部31的压缩，然后，将压力设定为常压并将温度设定为常温。结果，在成型体彼此接触的部分中不会产生裂缝，因此，可以在成型体彼此接触的部分中获得优异的接合性能。

[预期用途]

如图5所示，本公开的切削工具材料可以适合用作诸如钻头和端铣刀等的旋转切削工具的切削工具10。

实例

在下面描述的实例和比较例中，如下进行测量和评价。

[杨氏模量和伸长率]

制备长度为30mm、宽度为5mm的条形试件，并使用自动绘图(Autograph)(岛津公司(Shimadzu Corporation)制造)以0.1mm/min的拉伸速度对试件进行拉伸试验，从而根据应变仪方法测量杨氏模量和伸长率。

[振动评价]

使用在每个实例和比较例中获得的旋转切削工具，以600m/min的切削速度V、0.1mm的进给量fz、0.2mm的切削量Ae、以及2.5mm的Ap对模具钢进行切削，从而用振动计(基恩士(KEYENCE)制造)来评价振动。

A：用振动计测得的值小(小于1.5m/s²)并且在旋转切削工具的使用期间减振性能非常优异。

B：用振动计测得的值中等(不小于1.5m/s²且小于3m/s²)并且在旋转切削工具的使用期间减振性能优异。

C：用振动计测得的值大(不小于3.0m/s²)并且在旋转切削工具的使用期间减振性能不足。

[破损评价]

使用在每个实例和比较例中获得的旋转切削工具，以600m/min的切削速度V、0.3mm的进给量fz、0.2mm的切削量Ae、以及2.5mm的Ap对模具钢进行切削，从而评价切削工具(切削头)是否存在破损。

[实例1]

首先，为了通过烧结形成图1A和图1B所示的圆柱形附接结构形成部20、圆柱形芯部31和中空圆筒形表面部32中的每一者，使用下述粉末材料并用模具进行加压成型，从而获得用于附接结构形成部的成型体、用于芯部的成型体和用于表面部的成型体。

·用于附接结构形成部的成型体

材料：硬质材料(杨氏模量：280GPa，伸长率：0.4％)，包括90质量％的钨和10质量％的包括铁、镍和铜的金属粘合剂

·用于芯部的成型体

材料：包括94质量％的碳化钨和6质量％的钴的硬质合金材料的粉末

加压成型期间的压力：100MPa至200MPa

·用于表面部的模压体

粉末材料：包括CBN和不可避免的杂质的材料的粉末

加压成型期间的压力：100MPa至200MPa

接下来，将用于芯部的成型体通过推入而被配合到如上所述获得的用于表面部的成型体的中空部分中，从而获得用于切削结构形成部的成型体。接下来，将包括100质量％的镍的薄板布置在用于附接结构形成部的成型体的接合表面上以形成接合部40，并且将用于芯部的成型体和用于表面部的成型体布置在该薄板上。由此将上述成型体组装起来。

在温度为1400℃且压力为5GPa的条件下将如上所述组装起来的成型体烧结，从而获得切削工具材料1。如此获得的切削工具材料1的直径为8mm，高度为20mm，附接结构形成部20的高度为12mm，芯部31的直径为5mm，表面部32在周向上的厚度为1.5mm，并且芯部31和表面部32的高度为5mm。

在所获得的切削工具材料1的切削结构形成部30上形成四刀片(45°扭转角(torsion angle))切削刀片，并且在附接结构形成部20中形成螺纹槽，以便紧固到直径为7.5mm且长度为75mm的超硬刀柄5的螺纹上，从而获得旋转切削工具。对于如此获得的旋转切削工具，对旋转切削操作期间的振动和破损进行了评价。结果如表1所示。

[比较例1]

除了使用在实例1中用作用于芯部的成型体的材料的硬质合金材料(杨氏模量：620GPa，伸长率：0.5％)作为用于附接结构形成部的成型体的材料之外，与实例1类似地获得切削工具材料和旋转切削工具。

对于如此获得的旋转切削工具，对旋转切削操作期间的振动和破损进行了评价。结果如表1所示。

基于实例1和比较例1之间的比较，可以清楚地看到，当附接结构形成部由硬质材料制成时，可以实现旋转切削操作期间优异的减振性能并且可以抑制破损。

[实例2至实例3]

除了使用下述材料作为用于附接结构形成部的成型体的材料之外，与实例1类似地获得切削工具材料和旋转切削工具。

·用于附接结构形成部的成型体

(实例2中的材料)

硬质材料(杨氏模量：300GPa，伸长率：5％)，包括95质量％的钨和5质量％的包括铁、镍和铜的金属粘合剂

(实例3中的材料)

硬质材料(杨氏模量：350GPa，伸长率：25％)，包括95质量％的钨和5质量％的包括铁、镍和铜的金属粘合剂

基于实例1至实例3之间的比较，可以清楚地看到，随着附接结构形成部的杨氏模量变小，可以实现所获得的旋转切削工具的优异的减振性能并且可以防止破损。

[表1]

虽然上面已经描述了本公开的实施例和实例，但是最初旨在适当地组合上述每个实施例和实例的特征。

[使用本公开中的切削工具材料的旋转切削工具的细节]

下面将参考附图来描述使用本公开中的切削工具材料的旋转切削工具的细节。

<第一实例>

图6是使用本公开中的切削工具材料1的旋转切削工具的第一实例的透视图。图7是图6中的区域VII的放大图。如图6和图7所示，根据第一实例的旋转切削工具是铰刀。根据第一实例的旋转切削工具使用本公开中的切削工具材料1形成。因此，可以在外周面32a的任何位置处形成切削刃，从而允许小直径多刀片切削工具。

根据第一实例的旋转切削工具具有切削工具10。切削工具10具有附接部2和切削部3。尽管图6中未示出，但是如上所述，附接部2和切削部3通过接合部40接合起来。附接部2可拆卸地附接至刀柄5。尽管图6中未示出，但是切削部3具有如上所述的芯部31和表面部32，并且表面部32覆盖芯部31的外周面。从另一观点来看，表面部32围绕中心轴线覆盖芯部31的表面。如上所述，通过对本公开中的切削工具材料1进行加工来形成附接部2和切削部3。

在根据第一实例的旋转切削工具中，表面部32具有外周面32a。外周面32a用作切削部3的外周面。外周面32a具有切削刃32b、槽32c和后刀面32d。表面部32具有倒角部32e。

切削刃32b形成在外周面32a上。切削刃32b不仅可以形成在外周面32a上，而且可以形成在其它部分(例如，附接部2、芯部31、接合部40)上。优选地设置多个切削刃32b。切削刃32b优选地相对于中心轴线A逆时针扭转。切削刃32b相对于中心轴线A逆时针扭转意味着，当从旋转切削工具的顶端(切削部3的与附接部2相反的一端)观看切削刃32b时，切削刃32b在围绕中心轴线A逆时针旋转的同时朝向附接部2延伸。

然而，切削刃32b不是必须扭转。也就是说，切削刃32b可以直线地形成。

外周面32a在槽32c处凹进。切削刃32b由槽32c与后刀面32d之间的棱线形成。也就是说，位于切削刃32b侧的槽32c用作前刀面。

倒角部32e是咬住工件材料并主要执行切削的部分。倒角部32e布置在表面部32的顶端(切削部3的与附接部2相反的一端)。

后刀面32d具有倒角后刀面32da和外周后刀面32db。倒角后刀面32da是位于倒角部32e处的后刀面32d。外周后刀面32db是位于除倒角部32e以外的部分处的后刀面32d。从另一观点来看，后刀面32d在倒角部32e处斜切，并且通过该斜切形成倒角后刀面32da。也就是说，通过执行该斜切，形成了相对于中心轴线比外周后刀面32db更倾斜的倒角后刀面32da。

倒角后刀面32da相对于中心轴线A的倾斜度大于外周后刀面32db相对于中心轴线A的倾斜度。更具体地，倒角后刀面32da倾斜为使得倒角后刀面32da与中心轴线A之间的距离朝向表面部32的顶端变小。

切削刃32b具有倒角切削刃32ba和外周切削刃32bb。倒角切削刃32ba是位于倒角部32e处的切削刃32b。外周切削刃32bb是位于除倒角部32e以外的部分处的切削刃32b。

倒角切削刃32ba由倒角后刀面32da与槽32c之间的棱线形成。外周切削刃32bb由外周后刀面32db与槽32c之间的棱线形成。

<第二实例和第三实例>

图8是使用本公开中的切削工具材料1的旋转切削工具的第二实例的透视图。图9是使用本公开中的切削工具材料1的旋转切削工具的第三实例的透视图。根据第二实例的旋转切削工具是T型槽铣刀，如图8所示。根据第三实例的旋转切削工具也是T型槽铣刀，如图9所示。

根据第二和第三实例的每个切削工具具有切削工具10。切削工具10具有附接部2和切削部3。尽管未示出，但是如上所述，附接部2和切削部3通过接合部40接合起来。附接部2可拆卸地附接至刀柄5。尽管未示出，但是切削部3具有如上所述的芯部31和表面部32。在第二和第三实例中，本公开中的切削工具材料1的表面部32具有外周面32a。

外周面32a具有第一切削刃32bc、第二切削刃32bd和槽32c。可以设置多个第一切削刃32bc和多个第二切削刃32bd。第一切削刃32bc和第二切削刃32bd沿周向交替地布置在外周面32a上。槽32c布置在第一切削刃32bc与第二切削刃32bd之间。

第一切削刃32bc和第二切削刃32bd中的每一个在相对于中心轴线扭转的同时从顶端(切削部3的与附接部2相反的一端)朝向附接部2延伸。第一切削刃32bc和第二切削刃32bd可以在相同的方向上扭转，如图8所示。第一切削刃32bc可以在与第二切削刃32bd相反的方向上扭转的同时延伸，如图9所示。例如，第一切削刃32bc可以相对于中心轴线顺时针扭转，并且第二切削刃32bd可以相对于中心轴线逆时针扭转。也就是说，第一切削刃32bc和第二切削刃32bd可以以交错的方式形成。

[为本公开中的旋转切削工具提供内部供油结构的实例]

下面将参考附图来描述为本公开中的旋转切削工具提供内部供油结构的实例。

图10是纵截面图，示出本公开的旋转切削工具的内部供油结构。如图10所示，旋转切削工具具有附接部2、切削部3和接合部40。切削部3具有芯部31和表面部32。

芯部31具有凹部31a。凹部31a设置在芯部31的位于附接部2侧的表面上。附接部2具有突出部2a。突出部2a设置在附接部2的位于切削部3侧的表面上。在突出部2a配合到凹部31a中的状态下，通过接合部40将附接部2接合至切削部3。

凹部31a的深度大于突出部2a的高度。由此在附接部2与芯部31之间形成空间31b。也就是说，在切削部3内形成由突出部2a和凹部31a界定出的空间31b。

切削部3具有第一通道34。第一通道34的数量可以是多个。第一通道34在一端连接至空间31b。第一通道34在另一端连接至切削部3的外周面。第一通道34贯穿芯部31和表面部32。

本公开中的旋转切削工具还具有第二通道6。第二通道6形成在附接部2内。第二通道6在一端连接至空间31b。第二通道6在另一端连接至本公开中的旋转切削工具的外部。

当通过第二通道6的另一端供应切削油时，切削油经由第二通道6供应到空间31b中并积聚在空间31b中。积聚在空间31b中的切削油通过第一通道34的另一端供应到切削结构形成部30的外周面。由于切削刃如上所述形成在切削结构形成部30的外周面上，所以切削油供应在切削刃附近。以这种方式，在上述切削工具材料1的内部结构中，空间31b起到储油器的作用，第一通道34起到通向切削刃的供油口的作用，并且第二通道6起到油孔的作用。由此，借助具有上述内部结构，本公开中的切削工具材料1可以应用于湿式加工工具。

应该理解的是，这里公开的实施例和实例在每个方面都是说明性的而非限制性的。本发明的范围由权利要求的条款限定，而不是由上述实施例和实例限定，并且旨在包括在与权利要求的条款等同的范围和含义内的任何修改。

附图标记列表

1切削工具材料；2附接部；3切削部；5刀柄；6第二通道；10切削工具；20附接结构形成部；30切削结构形成部；31芯部；31a凹部；31b空间；32表面部；32a外周面；32b切削刃；32ba倒角切削刃；32bb外周切削刃；32bc第一切削刃；32bd第二切削刃；32c槽；32d后刀面；32da倒角后刀面；32db外周后刀面；32e倒角部；33内芯部；34第一通道；40接合部。

Claims

1.一种切削工具，包括：

附接部，其附接至刀柄；

切削部，其具有芯部和围绕中心轴线覆盖所述芯部的表面部；以及

接合部，其将所述附接部和所述切削部接合起来，

所述附接部包括硬质成分和硬质材料，

所述硬质成分是选自如下组中的至少一种：所述组由TiC(碳化钛)、TiCN(碳氮化钛)、W(钨)、WC(碳化钨)、Al₂O₃(氧化铝)、以及CBN(立方氮化硼)和金刚石中的至少一种与W和WC中的至少一种的组合构成，

所述硬质材料包括一种或两种或更多种铁族元素，并且具有不大于350GPa的杨氏模量，

所述芯部包括硬质合金材料，

所述表面部包括PCD(多晶金刚石)或CBN，

所述切削部具有倒角部，所述倒角部位于所述切削部的与所述附接部相反的端部，

所述表面部包括槽、后刀面以及由所述槽与所述后刀面之间的棱线形成的切削刃，

所述切削刃从所述端部朝向所述附接部延伸，

所述后刀面由位于所述倒角部处的倒角后刀面以及位于除所述倒角部以外的部分处的外周后刀面形成，

所述倒角后刀面相对于所述中心轴线的倾斜度大于所述外周后刀面相对于所述中心轴线的倾斜度。

2.根据权利要求1所述的切削工具，其中，

在从所述端部观看时所述切削刃在围绕所述中心轴线逆时针旋转的同时从所述端部朝向所述附接部延伸。

3.一种切削工具，包括：

附接部，其附接至刀柄；

接合部，其将所述附接部和所述切削部接合起来，

所述附接部包括硬质成分和硬质材料，

所述硬质成分是选自如下组中的至少一种：所述组由W(钨)、TiC(碳化钛)、TiCN(碳氮化钛)、WC(碳化钨)、Al₂O₃(氧化铝)、以及CBN(立方氮化硼)和金刚石中的至少一种与W和WC中的至少一种的组合构成，

所述芯部包括硬质合金材料，

所述表面部包括PCD(多晶金刚石)或CBN，

所述表面部具有切削刃，

所述切削刃在相对于所述中心轴线扭转的同时从所述切削刃的与所述附接部相反的端部朝向所述附接部延伸。

4.根据权利要求3所述的切削工具，其中，

所述切削刃包括沿周向交替布置的多个第一切削刃和多个第二切削刃，并且

所述第一切削刃在沿与所述第二切削刃相反的方向相对于所述中心轴线扭转的同时延伸。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的切削工具，其中，

所述切削部中具有第一通道，

所述芯部包括凹部，

所述附接部具有突出部，

所述附接部中具有第二通道，

所述凹部和所述突出部界定出位于所述切削部内部的空间，

所述第一通道将所述空间与所述切削部的外周面连接起来，并且

所述第二通道将所述空间与外部连接起来。