CN110494240B - 切削镶刀及切削刀具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种切削镶刀具备含有多种碳化钨颗粒的基体。在以0.025μm的间隔测定碳化钨颗粒的粒径分布的情况下，粒径分布具有在粒径为0.5～0.9μm的范围出现的第一峰值和在粒径为1.1～1.5μm的范围出现的第二峰值作为最大峰和第二峰。在第一峰值及第二峰值之间的粒径分布频率值最小的谷部中的粒径分布值大于0。

Description

切削镶刀及切削刀具

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

在车削加工和转削加工这样的切削加工中可使用切削镶刀。作为切削镶刀的一例，如专利文献1和2中所记载的那样，已知有由含有碳化钨(WC)颗粒的超硬合金构成的切削镶刀。专利文献1和2所记载的切削镶刀均由超硬合金构成，该超硬合金由WC颗粒的粒径相对小的组(第一组)和WC颗粒的粒径相对大的组(第二组)构成。在专利文献1和2中，尝试了通过第一组提高强度(抗弯强度)，并且通过第二组提高韧性(断裂韧性)。

在专利文献1和2所记载的切削镶刀中的上述两组中，各自的粒径分布不重复。即，第一组和第二组具有相互独立的峰值，不具备第一组和第二组中间的粒径的WC颗粒。因此，很难使由第一组带来的提高强度的效果和由第二组带来的提高韧性的效果充分结合，使强度和韧性两者都高是一个课题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平6-220571号公报

专利文献2：日本特开2000-204424号公报

发明内容

根据一个实施方式的切削镶刀具备含有多种碳化钨颗粒的基体，在以0.025μm的间隔测定所述碳化钨颗粒的粒径分布时，所述粒径分布具有在粒径为0.5～0.9μm的范围内出现的第一峰值和在粒径为1.1～1.5μm的范围内出现的第二峰值作为最大峰和第二峰，在所述第一峰值与所述第二峰值之间的所述粒径分布最少的谷部中的所述粒径分布的值大于0。

附图说明

图1是示出一个实施方式的切削镶刀的立体图。

图2是示出一个实施方式的切削镶刀中的基体中的碳化钨颗粒的粒径分布的图。

图3是示出一个变形例中的基体中的碳化钨颗粒的粒径分布的图。

图4是示出一个实施方式的切削刀具的立体图。

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，以下参照的各图为了便于说明，仅简化表示了说明一个实施方式所需要的主要部件。因此，镶刀1可具备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率等。

一个实施方式的镶刀1具有第一面3(图1中的上表面)、位于该第一面3的相反侧的第二面5(图1中的下表面)、和位于该第一面3以及该第二面5之间的第三面7(图1中的上表面和下表面之间的面(侧面))。在本实施方式中，第一面3和第二面5分别为四边形，镶刀1为四边形板状。

第三面7分别与第一面3以及第二面5交叉。切削刃9位于这些交叉的棱线的至少一部分上。在本实施方式中，第一面3以及第三面7交叉的棱线的整体成为切削刃9。例如，可以是第一面3以及第三面7交叉的棱线的整体成为切削刃9，另外，也可以是第二面5以及第三面7交叉的棱线的整体成为切削刃9。换言之，第三面7经由棱线与第一面3以及第二面5分别相连。

切削刃9是在切削加工中用于切削被切削材料的部位。因此，构成切削刃9所处的棱线的两个面中的一个面具有前刀面区域，另一个面具有后刀面区域。在此，前刀面区域是指在切削加工时接触由切削刃9产生的切屑，控制切屑的流动的区域。

在本实施方式中，第一面3具有前刀面区域，第三面7具有后刀面区域。更具体而言，第一面3中的、沿着切削刃9的部分区域成为前刀面区域。另外，第二面5中的、沿着切削刃9的部分区域成为后刀面区域。需要说明的是，前刀面区域不必是第一面3的整体，即使仅第一面3的一部分是前刀面区域也没有任何问题。

如图1所示，本实施方式的镶刀1具有四边形板状的基体11以及覆盖该基体11的表面的涂层13。需要说明的是，涂层13不是必须的结构，镶刀1也可以仅由基体11构成。即使在具有涂层13的情况下，涂层13的厚度与镶刀1的尺寸相比也足够小。因此，基体11的形状以及尺寸实质上与镶刀1的形状以及尺寸基本一致。

本实施方式中的基体11含有多种碳化钨(WC)颗粒。在此，在以0.025μm的间隔测定、评价碳化钨颗粒的粒径分布频率的情况下，在本实施方式中，粒径分布具有在粒径为0.5～0.9μm的范围出现的第一峰值P₁和在粒径为1.1～1.5μm的范围出现的第二峰值P₂作为最大峰和第二峰。

由于粒径分布是上述的构成而不是仅具有单独1个峰值的构成，因此粒径相对小且能提高强度的碳化钨颗粒(第一颗粒)和粒径相对大且能提高韧性的碳化钨颗粒(第二颗粒)分别具有高分布的峰。

进而，此时，粒径分布不是作为最大峰和第二峰而具有由粒径相对小的颗粒和粒径相对大的颗粒所形成的独立的2个峰的结构，而是第一峰和第二峰相连的结构。具体而言，即使在第一峰值P₁及第二峰值P₂之间的粒径分布频率的值最小的谷部，粒径分布频率的值也不为0，而是比0大的值。因此，即使在谷部中也能保证具有第一颗粒和第二颗粒的中间尺寸的颗粒的数量，容易将由第一颗粒带来的提高强度的效果和由第二颗粒带来的提高韧性的效果结合。由此，基体11的强度和韧性两者均变高。

特别是，在谷部的粒径分布频率的值相对于第一峰值P₁和第二峰值P₂的各值为1/2以上的情况下，由第一颗粒带来的提高强度的效果和由第二颗粒带来的提高韧性的效果更容易结合。因此，能够使基体11的强度和韧性两者均变得更高。

当将成为第一峰值P₁的粒径设为第一颗粒的粒径A₁，将成为第二峰值P₂的粒径设为第二颗粒的粒径A₂时，在图2所示的例子中，第一颗粒的粒径A₁为0.65μm，第二颗粒的粒径A₂为1.2μm。在本实施方式中，第二颗粒的粒径A₂大于第一颗粒的粒径A₁。

第一颗粒的粒径A₁为0.5μm～0.9μm的情况下，能够较高地确保镶刀1的强度。另外，第二颗粒的粒径A₂并不限定于特定的值，其为1.1～1.5μm的情况下，能够较高地确保镶刀1的韧性。

在图2中，通过颗粒数相对于碳化钨颗粒整体的数量的比率来表示分布量，作为第一颗粒在粒径A₁处的分布量的第一峰值P₁为4％，作为第二颗粒在粒径A₂处的分布量的第二峰值P₂为2.2％。

第二峰值P₂相对于第一峰值P₁的比率没有特别限定。如图2所示的例子那样，第一峰值P₁可以比第二峰值P₂大，另外，如图3所示的例子那样，第二峰值P₂也可以比第一峰值P₁大。

如图2所示的例子那样，在第一峰值P₁比第二峰值P₂大的情况下，能够特别提高基体11的强度。这是因为第一颗粒的粒径A₁小于第二颗粒的粒径A₂，因此通过提高该粒径相对小的颗粒的含有比率，能够提高基体11中的碳化钨的填充密实性。

特别是，在镶刀1具有涂层13的情况下，通过第二峰值P₂比第一峰值P₁小，能够提高镶刀1的耐久性。通常，当镶刀在基体上具有涂层时，存在因基体与涂层之间的热膨胀系数的差异而在基体中产生裂纹的情况。但是，在第二峰值P₂比第一峰值P₁小的情况下，粒径相对大的第二颗粒的分布量变少，韧性提高，因此裂纹的进展变慢。由此，能够提高镶刀1的耐久性。

需要说明的是，即使在上述情况下，为了确保由第二颗粒带来的提高韧性的效果，也优选第一峰值P₁相对于第二峰值P₂的比率(P₁/P₂)为2以下。

另外，如图3所示的例子那样，在第二峰值P₂比第一峰值P₁大的情况下，由于含有大量的粒径大的颗粒，因此基体11中所含有的碳化钨颗粒的平均粒径大。在这种情况下，切削加工时由热的因素导致的刀尖的损伤受到抑制。

需要说明的是，即使在上述情况下，为了确保第一颗粒带来的提高强度的效果，也优选第二峰值P₂相对于第一峰值P₁的比率(P₂/P₁)为2以下。

另外，将第二颗粒的粒径A₂与第一颗粒的粒径A₁之间的差设为δA时，在δA小于第一颗粒的粒径A₁的情况下，强度和韧性两者都能进一步提高。在本实施方式中，粒径分布为具有第一峰值P₁和第二峰值P₂的结构。可以通过避免第一颗粒的粒径A₁和第二颗粒的粒径A₂过度减小，来确保提高韧性的效果。另外，通过避免δA过度变大，可避免峰值和准峰值相对变小。具体而言，当δA与第一颗粒的粒径A₁之比(δA/A₁)为1以上时，强度和韧性两者都能够进一步提高。

本实施方式中的基体11除了碳化钨颗粒以外，还含有钴等金属成分。金属成分具有将碳化钨颗粒彼此接合的功能，通常被称为结合相。结合相可以仅含有钴，另外，除了钴之外，还可以含有铬(Cr)等金属成分。

金属成分被称为结合相，另一方面基体11中的碳化钨颗粒被称为硬质相。需要说明的是，作为硬质相，并不限定于碳化钨，例如，也可以是除了碳化钨颗粒以外，还包含由碳化钒(VC)、碳化钛(TiC)、碳化钽(TaC)或碳化铌(NbC)这样的成分构成的颗粒的构成。

作为涂层13的材质，可以列举例如钛的碳化物、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。涂层13可以仅含有上述材质中的一种，也可以含有多种。另外，涂层13可以仅由1层构成，也可以是多层层叠的结构。可以通过使用化学蒸镀(CVD)法或物理蒸镀(PVD)法而使涂层13位于基体11之上。

本实施例的镶刀1具有如图1所示的四边形板状，但是镶刀1的形状并不限于这种形状。例如，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15。本实施方式中的通孔15从第一面3形成至第二面5，并在这些面中开口。在将镶刀1保持在支架(holder)上时，通孔15可用于安装螺钉或夹紧构件。需要说明的是，通孔15即使是在第三面7中的相互位于相反侧的区域中开口的结构也没有任何问题。

接着，对本实施方式的镶刀1的制造方法进行说明。

首先，准备作为基体11的原料的无机材料的粉末。作为碳化钨颗粒的粉末，准备平均粒径为0.1～1μm的第一颗粒和平均粒径为0.6～2μm的第二颗粒。此时，第二颗粒的平均粒径大于第一颗粒的平均粒径，但第一颗粒的粒径分布与第二颗粒的粒径分布重叠。

分别准备以下粉末，作为硬质相的成分，除了碳化钨之外还准备碳化钒和碳化铬的粉末，作为结合相，准备金属钴的粉末。然后，以碳化钒为0.05～0.2质量％、碳化铬为0.1～1质量％、金属钴为4～20质量％、作为碳化钨颗粒的第一颗粒和第二颗粒为剩余的质量％的比率来混合上述无机材料的粉末。进而适当添加碳粉末和粘合剂等进行混合，由此制作混合粉末。此时，作为第一颗粒和第二颗粒的比率，例如，将第一颗粒和第二颗粒混合使得第一颗粒相对于第二颗粒的比率为0.5～5左右。

接着，利用冲压成形、浇注成形、挤出成形或冷等静压冲压成形等公知的成形方法，将上述的混合粉末成形为规定的工具形状，得到成形体。

然后，通过在真空中或非氧化性气氛中烧成成形体来制作基体11。对所制作的基体11的表面进行研磨加工或珩磨加工。需要说明的是，如果不需要研磨加工及珩磨加工，则也可以省略。

烧成的条件根据成形体的尺寸和粘合剂的含量等而不同。例如，可在0.01Pa的真空中、1400～1600℃的温度下进行1～2小时左右。

然后，通过使用化学蒸镀法或物理蒸镀法在所制作的基体11的表面涂覆钛化合物等，制作具备基体11以及涂层13的镶刀1。在省略了该涂覆工序的情况下，制作仅具有基体11的镶刀1。

接着，使用附图对一个实施方式的切削刀具101进行说明。

如图4所示，本实施方式的切削刀具101是从第一端(图4中的上端)起朝向第二端(图4中的下端)延伸的棒状体，具备在第一端侧具有凹处(pocket)103的支架105和位于凹处103的上述镶刀1。

凹处103是安装镶刀1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1位于凹处103中。此时，镶刀1的下表面可以直接与凹处103相接，另外，也可以在镶刀1和凹处103之间夹持有片材。

镶刀1以第一面及第三面交叉的棱线上的、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1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1的通孔中，将该固定螺钉107的前端插入到形成在凹处103中的螺纹孔(未示出)中，并使螺纹部彼此螺合，从而将镶刀1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刀具。作为车削加工，可以列举例如内径加工、外径加工以及开槽加工。需要说明的是，作为切削刀具，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刀具中使用上述实施方式的镶刀1。

附图标记说明

1 镶刀(切削镶刀)

3 第一面

5 第二面

7 第三面

9 切削刃

11 基体

13 涂层

15 通孔

101 切削刀具

103 凹处

105 支架

107 固定螺钉

A₁ 第一颗粒的粒径

A₂ 第二颗粒的粒径

P₁ 第一峰值

P₂ 第二峰值

Claims (5)

1.一种切削镶刀，其特征在于，其为具备含有碳化钨颗粒的基体的切削镶刀，所述碳化钨颗粒具有多个第一颗粒和多个第二颗粒，

所述第二颗粒的平均粒径大于所述第一颗粒的平均粒径，

所述第一颗粒与所述第二颗粒相互混合分散而位于基体中，

在以0.025μm的间隔测定所述碳化钨颗粒的粒径分布的情况下，所述粒径分布具有在粒径为0.5μm～0.9μm的范围出现的第一峰值和在粒径为1.1μm～1.5μm的范围出现的第二峰值作为最大峰和第二峰，

在所述第一峰值与所述第二峰值之间的粒径分布频率的值最小的谷部中的该粒径分布频率的值大于0。

2.根据权利要求1所述的切削镶刀，其特征在于，

所述谷部中的粒径分布频率的值相对于所述第一峰值和所述第二峰值的各值为1/2以上。

3.根据权利要求1或2所述的切削镶刀，其特征在于，

将所述第一峰值设为P₁、将所述第二峰值设为P₂时，所述P₁大于所述P₂。

4.根据权利要求3所述的切削镶刀，其特征在于，

所述P₁相对于所述P₂的比率即P₁/P₂为2以下。

5.一种切削刀具，其具备在前端侧具有凹处的支架和位于所述凹处中的权利要求1至4中任一项所述的切削镶刀。

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