CN110461513B - 切削镶刀及具备该切削镶刀的切削工具 - Google Patents

Abstract

本发明的一个方面的切削镶刀具有基体，该基体具有第一面、与该第一面相邻的第二面、以及位于第一面和第二面相交的棱线的至少一部分的切削刃。第一面具有沿着切削刃的第一区域，第二面具有沿着切削刃的第二区域，基体具有含有碳氮化钛作为主成分并且平均粒径为0.05～0.5μm的多个第一相、以及含有钴和镍中的至少一种的第二相。第二区域具有第一相聚集且最大长度为2μm以上的多个聚集部。

Description

切削镶刀及具备该切削镶刀的切削工具

技术领域

本发明涉及一种用于切削加工的切削镶刀。

背景技术

在对被切削材料进行转削加工和车削加工等切削加工时可使用切削工具。切削工具通常包括具有凹处(pocket)的支架(holder)和安装在该凹处中的切削镶刀。作为切削镶刀，例如已知有专利文献1中所记载的切削镶刀，专利文献1中所记载的切削镶刀由具备含有碳氮化钛的硬质相和含有钴和镍中的至少一者的结合相的金属陶瓷构成。

近年来，在断续切削加工中也要求能够高效率地进行切削加工的切削镶刀。在断续切削加工这样的切削加工中，施加在切削镶刀上的负荷大，裂纹可能会在后刀面扩展从而在切削刃上发生崩裂。这是因为，如图8所示，在后刀面中，裂纹容易在结合相中扩展。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开2012/086839

发明内容

根据一个方面的切削镶刀包括基体，该基体具有第一面、与该第一面相邻的第二面、以及位于所述第一面和所述第二面相交的棱线的至少一部分的切削刃。另外，所述第一面具有沿着所述切削刃的第一区域，所述第二面具有沿着所述切削刃的第二区域。基体具有含有碳氮化钛并且平均粒径为0.05～0.5μm的第一相、以及含有钴和镍中的至少一种的第二相。而且，所述第二区域具有所述第一相聚集且最大长度为2μm以上的多个聚集部。

附图说明

图1是表示一个实施方式的切削镶刀的立体图。

图2是图1所示的切削镶刀中的A1-A1截面的截面图。

图3是图1所示的切削镶刀中的第二面的放大图。

图4是表示与图3相同的部分的放大图。

图5(a)～(d)是表示聚集部的最大长度的示意图。

图6是图3所示的切削镶刀的变形例的放大图。

图7是表示一个实施方式的切削工具的立体图。

图8是比较例1的切削镶刀中的第二面的放大图。

具体实施方式

以下，使用附图对一个实施方式的切削镶刀1(以下，也简称为镶刀1)进行详细说明。但是，为了便于说明，以下参照的各图仅简化表示了说明本实施方式所需要的主要部件。因此，镶刀1可包括未在参考的各附图中示出的任意构成部件。另外，各图中的部件的尺寸并不忠实地表示实际的构成部件的尺寸以及各部件的尺寸比例等。

如图1、2所示，本发明的镶刀1具备基体3。基体3为四边形板状，具有四边形的第一面5(图1中的上表面)、与第一面5相邻的第二面7(图1中的侧面)、位于第一面5和第二面7交叉的棱线的至少一部分的切削刃9。另外，具有上下贯通基体3的第一面5和下表面的通孔17。

在本实施方式的基体3中，也可以是第一面5的外周整体成为切削刃9。镶刀1并不限定于这样的结构，例如，也可以仅在四边形的第一面5的一边、或者局部具有切削刃9。

第一面5至少在一部分上具有前刀面区域。第一面5中的沿着切削刃9的第一区域5a至少是前刀面区域。第二面7至少在一部分上具有后刀面区域。第二面7中的沿着切削刃9的第二区域7a至少是后刀面区域。换言之，切削刃9位于前刀面区域和后刀面区域交叉的部分。

在图1中，用虚线表示第一面5中的第一区域5a及其以外的区域的交界、和第二面7中的第二区域7a及其以外的区域的交界。在图1中，由于示出了第一面5以及第二面7交叉的棱线全部为切削刃9的例子，因此在第一面5中示出了沿着切削刃9的环状的虚线。

基体3的大小没有特别限定，例如，在本实施方式中，第一面5的一边的长度设定为3～20mm左右。另外，从第一面5至位于第一面5的相反侧的面(图1中的下表面)的高度例如设定为5～20mm左右。

需要说明的是，第一区域5a的范围可以根据镶刀1的形态而变化。至少将沿着切削刃9从切削刃9开始1mm以内判断为第一区域5a。另外，第二区域7a的范围也可以根据镶刀1的形态而变化。至少将沿着切削刃9从切削刃9开始1mm以内判断为第二区域7a。

图3和图4中示出了本发明的镶刀1的第二区域7a的放大图。本发明的基体3具有第一相11，该第一相11含有碳氮化钛(TiCN)作为主成分，并且平均粒径为0.05～0.5μm。第一相11是通常在金属陶瓷中的被称为硬质相的相。第一相11含有碳氮化钛作为主成分。主成分是指含有80重量％以上。

另外，基体3具有含有钴(Co)和镍(Ni)中的至少一种的第二相13。

第二相13是图3、4中的第一相11以外的部分。第二相13含有钴(Co)和镍(Ni)中的至少一种，并且含有两者的总量为80质量％以上的结合相。另外，第二相13除了结合相以外，还可以含有固溶体相。固溶体相可以列举例如含有钴(Co)和镍(Ni)中的至少一种、且以合计量计含有20～60质量％的钛、碳和氮的固溶体相。

如上所述，在含有结合相和固溶体相的情况下，将两者合称为第二相13。在本发明的附图中，将结合相和固溶体相合起来记载为第二相13。

需要说明的是，本实施方式中的第一相11的粒径的测定按照CIS-019D-2005中规定的超硬合金的平均粒径的测定方法进行测定即可。

如上所述，第二相13包括通常在金属陶瓷中的被称为结合相的区域。结合相具有接合第一相11的功能。

需要说明的是，结合相也可以含有钛。如果结合相含有钛，则含有钛的第一相11与结合相的接合性良好。

第一相11的平均粒径为0.05～0.5μm。通过使第一相11的平均粒径为0.05μm以上，相邻的第一相11彼此之间通过第二相13稳定地结合。另外，通过使第一相11的平均粒径为0.5μm以下，基体3的强度稳定且高。

进而，本实施方式中的第二区域7a具有第一相11聚集而成的、最大长度为2μm以上的多个聚集部15。如图3及图4所示，在基体3的截面观察中，聚集部15是多个、具体而言是10个以上的第一相11聚集而成的结构，其最大长度为第一相11的平均粒径的4倍以上即2μm以上。

图5是说明聚集部15的最大长度的示意图，将构成聚集部15的第一相11表示为黑色。如图5(a)～(d)所示，聚集部15的最大长度16是指，在基体3的截面观察中，与聚集部15的外周相接的最小外接圆16的直径。也就是说，无论是如图5(a)所示，第一相11集中的情况，还是如图5(b)所示，第一相11以直线状排列的情况，还是如所述5(c)所示，第一相11以蜿蜒的方式排列的情况，或者如图5(d)所示，第一相11以分支的方式聚集的情况，都能够以相同的基准测定聚集部15的最大长度16。

需要说明的是，图3是放大了第二区域7a的放大图，表示10μm见方的范围。另外，为了在视觉上容易分辨聚集部15的区域，在图4中示出将图3中的聚集部15变黑后的状态。

如图3和图4所示，由于第二区域7a具有多个上述聚集部15，因此即使在第二相13中产生裂纹的情况下，也能够在作为硬质相的第一相11聚集而成的聚集部15处抑制裂纹的扩展。因此，能够提高镶刀1的耐久性。

需要说明的是，第一区域5a及第二区域7a中的第一相11及第二相13，能够通过从各自的区域中的基体3的表面起实施0.2mm的磨削加工，并实施镜面加工后，对各自的截面例如拍摄扫描电子显微镜(SEM)图像来确认。另外，在被覆层覆盖第一区域5a以及第二区域7a的情况下也是同样的，关于磨削加工量，在膜厚上只要磨削增加了0.2mm的量即可。

基体3的截面观察中的第一相11及第二相13的构成可以通过例如扫描电子显微镜(SEM)图像来确认。各相中的元素分析可以通过例如使用了附属于扫描电子显微镜(SEM)的能量色散X射线光谱仪(EDX)的SEM-EDX法来评价。另外，构成各相的含有成分的确认可以通过例如使用X射线衍射(XRD)法来评价。

第二区域7a中的TiCN的块是1个大的第一相11还是多个第一相11聚集而成的结构，可以通过例如对SEM、透射电子显微镜(TEM)图像或电子背散射衍射(EBSD)法得到的图像进行解析来判断。在上述块为多个第一相11聚集而成的结构的情况下，由于各第一相11中结晶的取向不同，因此第一相11彼此之间的交界在上述图像中能够视觉辨认。

如图3所示，在聚集部15以第二区域7a每10μm见方具有多个聚集部15的程度存在的情况下，能够在聚集部15中稳定地抑制裂纹的扩展。因此，能够进一步提高镶刀1的耐久性。

另外，在第二区域7a为多个存在的第一相11中的一半以上属于聚集部15的结构的情况下，由于在第一相11中聚集部15的面积比率高，因此镶刀1的耐久性更高。

作为聚集部15的结构，也可以是图6所示的结构。在图6中，第一相11相对于第二相13的面积比率高，构成大的聚集部15。但如图3所示，第一相11相对于第二相13的面积比率小并且构成有聚集部15时，在通过第二相13确保高结合性的同时，在聚集部15中裂纹的扩展受到抑制。因此，与图6所示的结构相比，图3所示的结构成为强度及韧性两者均高的镶刀1。

聚集部15的形状并不限定于特定的形状，但在聚集部15为细长的形状的情况下，容易抑制聚集部15中的裂纹的扩展。具体而言，在第二区域7a中的多个聚集部15的至少1个在将成为其最大长度的方向设为长轴方向、并且将与长轴方向正交的方向设为短轴方向时，长轴方向上的长度为短轴方向上的长度的2倍以上的情况下，容易抑制该聚集部15中的裂纹的扩展。

除了第二区域7a之外，第一区域5a也可以具有多个聚集部15。如果具有这样的构成，则即使在第一面5中裂纹扩展的情况下，也可以利用第一区域5a所具有的聚集部15抑制裂纹的扩展。

在此，在第一区域5a中的第二相13的含有比率比第二区域7a中的第二相13的含有比率多的情况下，在具有前刀面区域的第一区域5a中，能够减小由于切屑接触而产生的第一相11的脱粒的可能性。需要说明的是，第一区域5a及第二区域7a中的第二相13的含有比率可以通过在SEM图像或TEM图像中的上述每10μm见方的面积比率来评价。

需要说明的是，上述效果是针对镶刀1仅由基体3构成、第一面5露出的情况而言的，但例如在镶刀1具有位于第一面5之上并且含有钛化合物的被覆层(未图示)的情况下，可以得到抑制被覆层从基体3剥离这样的效果。

需要说明的是，作为上述钛化合物，可以列举钛的碳化物、氮化物、氧化物、碳氧化物、氮氧化物、碳氮化物以及碳氮氧化物等。

可以通过使用化学蒸镀(CVD)法或物理蒸镀(PVD)法使被覆层位于基体3上。例如，以通孔17的内周面保持了基体3的状态利用上述的蒸镀法来形成覆盖层时，能够以覆盖除了通孔17的内周面以外的基体3的表面整体的方式来设置覆盖层。

另外，在切削加工时，由于以相对于第一面5比较大且相对于第二面7比较小的角度施加切削负荷，因此裂纹容易在沿着第二面7的方向上扩展。因此，在第二区域7a中的第一相11的含有比率比第一区域5a中的第一相11的含有比率多，第一区域5a中的聚集部15的含有比率比第二区域7a中的聚集部15的含有比率高的情况下，能够更稳定地抑制裂纹的扩展。

需要说明的是，第一区域5a及第二区域7a中的第一相11及聚集部15的含有比率与第二相13的含有比率同样地，在这些面的SEM图像或TEM图像中，利用上述每10μm见方的面积比率进行评价即可。

不仅在第二区域7a中的聚集部15的含有比率高于第一区域5a的情况下，在第二区域7a中的多个聚集部15的最大宽度的平均值大于在第一区域5a中的多个聚集部15的最大宽度的平均值的情况下，抑制裂纹的扩展也变得容易。

另外，不仅在第二区域7a中的聚集部15的含有比率高于第一区域5a中的聚集部15的含有比率的情况下，在第二区域7a中的上述每10μm见方的聚集部15的数量多于在第一区域5a中的上述每10μm见方的聚集部15的数量的情况下，抑制裂纹的扩展也变得容易。

本实施方式中的镶刀1(基体3)如图1所示为四边形板状，但镶刀1的形状并不限定于这种形状。例如，基体3的上表面不是四边形，而是三角形、六边形或圆形也没有任何问题。

如图1所示，本实施方式的镶刀1具有通孔17。本实施方式中的通孔17从第一面5形成至位于第一面5的相反侧的面，并在这些面开口。在将镶刀1保持在支架上时，通孔17可用于安装螺钉或夹紧构件。需要说明的是，通孔17即使是在第二面7中的相互位于相反侧的区域开口的结构也没有任何问题。

(制造方法)

接着，对上述金属陶瓷的制造方法的一例进行说明。

首先，制备将平均粒径为0.1～2μm的碳氮化钛的粉末、平均粒径为1.0～10μm的碳化钨(WC)的粉末、平均粒径为0.1～2μm的碳化钒(VC)的粉末、平均粒径为0.8～2μm的钴粉末、平均粒径为0.5～3μm的镍粉末、以及根据需要的平均粒径为0.5～10μm的碳酸锰(MnCO₃)的粉末混合而成的混合粉末。

需要说明的是，有时也在原料中添加碳化钛(TiC)的粉末和氮化钛(TiN)的粉末，这些原料粉末在烧成后的金属陶瓷中构成碳氮化钛。

然后，向上述混合粉末中添加粘合剂，通过喷雾干燥器等方法制造平均粒径为10～200μm的颗粒体，并通过冲压成形、挤出成形以及注射成形等公知的成形方法制造规定形状的成形体。通过在下述条件下对所制造的成形体进行烧成，可以得到上述规定组成的基体。

本实施方式中的烧成条件为包含以下(a)～(f)的工序的烧成模式，通过这一模式可以得到烧成成形体而得的烧结体：

(a)在真空中从室温升温至1200℃的工序，

(b)在真空中以0.1～2℃/分钟的升温速度r1从1200℃升温至1330～1380℃的烧成温度(称为温度T1)的工序，

(c)在真空中以4～15℃/分钟的升温速度r2从温度T1升温至1450～1600℃的烧成温度(称为温度T2)的工序，

(d)在真空中于T2的温度下维持0.5～2小时的工序，

(e)将烧成炉内的气氛切换为30～5000Pa的惰性气体气氛，在温度T2下保持0.5～1小时的工序，

(f)在0.1MPa～0.9MPa的惰性气体气氛中以10～50℃/分钟的降温速度r3下降到100℃以下的温度(称为温度T3)的工序。

需要说明的是，上述的“真空中”是指烧成炉内的压力为15Pa以下。

在本实施方式中，由于在温度T2下烧成成形体时具有工序(d)和(e)，因此在烧结体的表面碳氮化钛的分解得以抑制，并且碳氮化钛的聚集受到促进。

需要说明的是，通过在工序(d)中将保持时间设为0.5～1小时，或者在工序(e)中将惰性气体压力设为3000～5000Pa或将保持时间设为0.5～0.75小时，能够增加单位面积的聚集部的数量。通过这样的工序，能够制造在第二区域中每10μm见方中使聚集部为多个的切削镶刀。另外，可以制造在第二区域中第一相的一半以上属于聚集部的切削镶刀。

需要说明的是，根据需要，用金刚石砂轮、使用了碳化硅(SiC)磨粒的砂轮等对用上述方法制造的烧结体的主面实施磨削加工(双头加工)，进而，根据需要，进行烧结体的侧面的加工、滚筒加工、刷子研磨及喷砂研磨等切削刃9的珩磨加工。另外，在形成被覆层的情况下，根据需要，也可以对成膜前的烧结体的表面进行清洗。

另外，在至少一个聚集部中，在将成为最大长度的方向设为长轴方向并且将与长轴方向正交的方向设为短轴方向的情况下，为了使长轴方向上的长度为短轴方向上的长度的2倍以上，可以使用粒径比碳氮化钛粉末的粒径大2倍以上的WC粉末等。

在用于制造本发明的切削镶刀的烧成时，若如下所述地配置多个成形体，则能够在第一区域和第二区域中控制聚集部的大小、单位面积的聚集部的数量。

对使用了矩形的成形体的例子进行说明。将烧成后成为切削镶刀的第一面的成形体的面配置在上表面。这样，成形体的侧面在烧成后成为切削镶刀的第二面。以该成形体的侧面彼此的间隔为1～3mm的方式配置多个成形体，进行烧成。如果没为这样的配置，则在成形体的侧面彼此之间，气体难以流通，在成形体的上表面，气体容易流通。通过设置这样的差异，第二区域中的聚集部的最大长度的平均值大于第一区域中的聚集部的最大长度的平均值。另外，第二区域中的每10μm见方的聚集部的数量比第一区域中的每10μm见方的聚集部的数量多。

接着，使用附图对一个实施方式的切削工具101进行说明。

如图7所示，本实施方式的切削工具101是从第一端(图7中的上端)起朝向第二端(图7中的下端)延伸的棒状体，具备在第一端侧具有凹处103的支架105和位于凹处103的上述镶刀。

凹处103是安装镶刀的部分，具有相对于支架105的下表面平行的坐落面和相对于坐落面倾斜的约束侧面。另外，凹处103在支架105的第一端侧开口。

镶刀位于凹处103中。此时，镶刀的下表面可以直接与凹处103相接，另外，也可以在镶刀和凹处103之间夹持有片材。

镶刀以第一面和第二面交叉的棱线上的、作为切削刃9使用的部分从支架105向外侧突出的方式进行安装。在本实施方式中，镶刀通过固定螺钉107安装在支架105上。即，通过将固定螺钉107插入到镶刀的通孔中，将该固定螺钉107的前端插入到形成于凹处103的螺纹孔(未图示)中，并使螺纹部彼此螺合，从而将镶刀安装在支架105上。

作为支架105，可以使用钢、铸铁等。在这些部件中，特别优选使用韧性高的钢。

在本实施方式中，例示了用于所谓的车削加工的切削工具。作为车削加工，可列举例如内径加工、外径加工以及开槽加工。需要说明的是，作为切削工具，不限定于在车削加工中使用。例如，也可以在用于转削加工的切削工具中使用上述实施方式的镶刀。

附图标记说明

1 镶刀

3 基体

5 第一面

7 第二面

9 切削刃

11 第一相

13 第二相

15 聚集部

16 聚集部的最大长度、最小外接圆

17 通孔

101 切削工具

103 凹处

105 支架

107 固定螺钉

Claims (7)

1.一种切削镶刀，其特征在于，

具有基体，该基体具有第一面、与该第一面相邻的第二面、以及位于所述第一面和所述第二面相交的棱线的至少一部分的切削刃，

所述第一面具有沿着所述切削刃的第一区域，

所述第二面具有沿着所述切削刃的第二区域，

该基体具有含有碳氮化钛作为主成分并且平均粒径为0.05μm～0.5μm的第一相、以及含有钴和镍中的至少一种的第二相，

所述第二区域具有所述第一相聚集且最大长度为2μm以上的多个聚集部，

所述第二区域的所述第一相的一半以上属于所述聚集部，

所述最大长度是指，在基体的截面观察中，与聚集部的外周相接的最小外接圆的直径。

2.根据权利要求1所述的切削镶刀，其特征在于，

所述第二区域每10μm见方具有多个所述聚集部。

3.根据权利要求1或2所述的切削镶刀，其特征在于，

在所述聚集部的至少一个中，在将成为最大长度的方向设为长轴方向并且将与该长轴方向正交的方向设为短轴方向的情况下，所述第二区域在所述长轴方向上的长度为其在所述短轴方向上的长度的2倍以上。

4.根据权利要求1或2所述的切削镶刀，其特征在于，

所述第一区域中的所述第二相的含有比率比所述第二区域中的所述第二相的含有比率多。

5.根据权利要求1或2所述的切削镶刀，其特征在于，

所述第一区域具有多个所述聚集部，

所述第二区域中的所述聚集部的最大长度的平均值大于所述第一区域中的所述聚集部的最大长度的平均值。

6.根据权利要求1或2所述的切削镶刀，其特征在于，

所述第一区域具有多个所述聚集部，

所述第二区域中的每10μm见方的所述聚集部的数量多于所述第一区域中的每10μm见方的所述聚集部的数量。

7.一种切削工具，其具备在前端侧具有凹处的支架和位于所述凹处的权利要求1至6中任一项所述的切削镶刀。

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