CN1111467C - 具有超硬磨料体的金属切削镶刃及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

用烧结工艺制成一金属切削镶刃而形成一具有纵向轴线的基体和在纵向相间距位置上粘接到该基体上的超硬磨料体。沿与该轴线垂直的方向对该基体和超硬体进行切片而形成其两面上都有超硬体部的镶刃。

Description

具有超硬磨料体的金属切削镶刃及其制造方法
发明背景
本发明涉及其切削刃由比方说多晶立方氮化硼(即PCBN)或多晶金刚石(即PCD)之类超硬磨料构成的金属切削镶刃及其制造方法。
其切削刃由PCD构成的金属切削镶刃通常用来切削加工黄铜、镁和铝之类的有色合金，而其切削刃由PCBN构成的金属切削镶刃通常用来切削加工铸铁和淬火钢等。镶刃用两种方法制造，即(i)把PCBN或PCD材料在高温、高压下烧结成一体后精加工成最终形状，或(ii)在高温、高压下把一层PCBN或PCD粘接到一基体(通常为硬质合金圆片)上后切成更小的一片片(薄片)。然后把这些薄片钎焊到一普通硬质合金镶刃上后研磨成最终形状。镶刃在完成前由于制作工序多而成本较高。此外，每一镶刃通常只有一个或两个超硬棱可用。
US4,866,885公开了一种金属切削镶刃制造方法，其中，在一硬质合金基体的一表面上与该基体外周向里间距的各部位做成凹槽。每一凹槽填满PCD或PCBN之类的磨料硬粒。然后在高温、高压下烧结基体和磨料粒子，从而磨料粒子烧结在一起并粘接到硬质合金体上。然后沿与磨料体平行、穿过磨料体的直线切割基体而制成具有硬质合金基体和其一面上的磨料切削体的多棱切削镶刃。这种方法的一个缺点是，镶刃只在一面上有磨料体。如要在另一面上形成磨料体，必须在另一面上也做出凹槽后填满超硬磨料。此外，还须使用丝切坯工序。
因此，希望提高一镶刃上的磨料体的数量以便降低每一切削棱的成本而又不增加工序和制造总成本。
本发明概述
本发明涉及金属切削镶刃的制造方法，包括下列步骤，在高温、高压下形成一具有一纵向轴线的基体和在纵向相间距位置上粘接到基体上的各超硬磨料体，然后在纵向相间距位置上对基体和超硬磨料体进行切片。在与该纵向轴线正交的方向上进行切片而形成至少一个由具有纵向相间距的两面的一基体和该两面上的纵向相间距超硬磨料体部构成的镶刃。
最好是，该基体在每一纵向位置上具有多个超硬磨料体，从而镶刃在其每一面上具有多个超硬磨料体部。
该基体可是多棱体，从而其各棱上都有超硬磨料体。
对一由多个纵向邻接层构成的基体结构进行高温、高压处理，所述的多个层包括位于一对第二层中间的第一层。每一第二层在其外周边上有至少一个伸展在该第二层的整个厚度上的凹槽。每一凹槽构成用超硬磨料粒子填满的空隙。该基体结构的各层可以是一整体，也可以由上下叠置的片状件构成。
附图的简要说明
从结合附图对本发明的优选实施例的下述详细说明中可清楚看出本发明的目的和优点，附图中相同部件用同一标号表示，附图中：
图1-5示出本发明第一实施例的金属切削镶刃的制造步骤；图6-11示出本发明第二实施例的金属切削镶刃的制造步骤。
图1为本发明所使用的一基体的立体图；
图2示出图1基体除去其局部而形成垂直交替基体层；
图2A为图2顶部的侧视图；
图2B为沿图2A中2B-2B线剖取的剖视图；
图3为图2的侧视图，示出该基体放置在一容器中，该基体的凹槽用超硬磨料填满；
图3A为沿图3中3A-3A线剖取的剖面图；
图4为进行高温、高压步骤后所得基体和磨料的立体图，示出进行切片的平面；
图5为从图4所示切片所得一切削镶刃的立体图；
图6为第二实施例中用作一种基体层的一圆片的俯视图；
图7为用作另一种基体层的圆片的俯视图；
图8为其中放置有图6和图7圆片的一烧结容器的剖面图，图6圆片中的空间已用超硬磨料填满；
图9为经烧结步骤所得基体的侧视图，示出对基体进行切片以便形成一镶刃的平面；
图10为经切片所得基体的立体图；
图11为切削加工图10基体后所得一镶刃的立体图。
对本发明优选实施例的详细说明
图1示出用硬质合金之类基体材料制成的一长方体毛坯或基体10。切削掉该基体的局部而形成图2、2A和2B所示一由交替的第一和第二基体层构成的基体结构。第一层12呈多边形并且优选呈正方形，而第二层14呈圆柱形，所有第二层的外周在四角16处相对第一层的外周凹进。
在把该基体放置到图3和3A所示容器18中后四个凹槽形成可用PCD或PCBN之类超硬磨料粒子材料20填满的空间。材料20可以是粉术，也可以是形状与这些空间相同的预先压制成的片状毛坯。
然后，对该容器及其容物进行公知的烧结(高温/高压)步骤，从而各空间中的磨料粒子烧结在一起而形成粘接到其第二层14上和其正反两面上的第一层12上的一超硬体。
然后从容器中取出经烧结的基体结构而沿图4所示与第二层14的平面平行(即与基体的纵向轴线L垂直)、平分第二层14的平面进行切片而形成各镶刃。因此，每一超硬体20分成上半部和下半部20A，20B，所有第二层分成上半层和下半层14A，14B(见图4)。在用比方说EDN丝切片后，生成许多镶刃24，每一镶刃包括一第一层12、一第二层的半层14A(其上有四个磨料体半部20A)和另一第二层的半层14B(其上有四个磨料体半部20B)。从而该镶刃的每一面上有受第一层12支撑的四个超硬体。
可以看出，本发明可制成其每一面上有选定数量的超硬体的任何所需形状的镶刃。磨料体的数量及其位置可根据所要生成的镶刃的类型选择。磨料体的数量最好尽可能多，以使每一镶刃的切削刃的数量最大。
只要所得镶刃的切削工作主要由磨料体担任，镶刃上的磨料体可呈任何形状，其位置也任意。尽管四角处的磨料体相对四角对称，但这些磨料体也可不对称。同一镶刃上的磨料体的形状可以相同，也可不同。磨料体需要时可在粘接到基体上后重新成形(例如研磨)。
磨料材料20最好如所公知的为与其他坚硬、耐磨成分，例如周期表中IVa-VIa类金属、最好是钛的碳化物、氮化物、氮化碳物、氧化物、硼化物混合的PC BN或PCD粒子。可使用MN90混合物。该混合物然后经比方说(本申请的参考材料)US4,991,467和5,115,697所公开的公知的高温、高压处理而生成高压材料。
由于硬质合金基体大致不参与所制成的镶刃的切削工作，因此其成分的选择标准是：与PCD或PCBN的粘接性良好、容易研磨、成本低廉、具有合适的防断裂性。最好使用Co的重量百分比含量为10-20％、最好为15-17％的WC-Co硬质合金。使用Co的重量百分比含量为16％的WC-Co硬质合金表明可获得特别好的结果。除了硬质合金，也可使用基于钛的氮化碳(所谓的金属陶瓷)。本发明镶刃还可有最好用公知的PVD或CVD法喷涂的耐磨薄涂层。CVD涂层通常在约950-1000℃下喷涂，PVD涂层最好为用一钛源在氮气中在约500℃下喷涂成的一层TiN。用这一工艺生成的PVD层上广泛分布有残余应力。
下面结合图6-11说明本发明第二实施例。该实施例优于图1-5实施例之处在于，烧结成的基体的棱不会因应力而断裂。此外，基体的各层不是整体结构，而是分别由图6和图7所示圆片构成。基体层40和50为大小和形状相同的圆片，只是层40的外周边上有四个凹槽42。
层40，50交替放置到一容器60(图8)中，从而凹槽42形成空间62。空间62用PCD或PCBN之类超硬磨料粒子材料64填满。该材料可以是粉末，也可以是预先压制成的毛坯。
经公知的高温、高压步骤后磨料粒子烧结在一起而形成纵向相间距、即沿该组件(见图9)的纵向轴线L相平行、相间距的、粘接在其第二层40和邻接的第一层50上的超硬体。而且，第一与第二层粘接在一起而形成一整体基体65(见图9)。然后用比方说EDM丝沿方向与基体层的原平面平行(即与该整体基体的轴线L’垂直)的平行平面P’对该整体基体进行切片。平面P’平分该整体基体中的原来的第二层40。因此，超硬体64分成图9所示的半部64A和64B。
切片后生成一镶刃66，包括(i)一基体65(由一原来的第一层50和两个原来的第二层40的两个半层构成)，(ii)该镶刃一表面上的两个超硬体64B的半部以及(iii)该镶刃的另一面上的两个超硬体64A。
然后，沿线70切削加工该镶刃而形成图11所示多棱镶刃72。超硬体部64A、64B在用于切削操作时受下方基体部分的支撑。
可以看出，按照结合图6-11所述实施例可制成具有选定数量的超硬体、大小和形状任意的镶刃。
可以看出，本发明可用简单步骤制成磨料棱数增加的镶刃。
尽管上面结合优选实施例说明了本发明，但本领域普通技术人员不难看出，在由后附权利要求所限定的本发明的精神和范围内可作出种种增减、修正和替代。

Claims (20)

1、一种金属切削镶刃制造方法，包括下列步骤：
A)在高温、高压下形成一具有一纵向轴线的基体和在纵向相间距位置上粘接到基体上的各超硬磨料体，以及
B)在纵向相间距位置上以与该纵向轴线正交的方向对所述基体和超硬磨料体进行切片而形成至少一个由具有纵向相间距的两面的一基体和该两面上的纵向相间距超硬磨料体部构成的镶刃。
2、按权利要求1所述的方法，其特征在于，这些超硬体为PCD。
3、按权利要求1所述的方法，其特征在于，这些超硬体为PCBN。
4、按权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A所形成的基体在各纵向位置上有多个超硬体，从而镶刃的每个面上有多个超硬磨料体部。
5、按权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A形成一圆形基体，该方法还包括把该镶刃切削加工成多棱形状的步骤。
6、按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镶刃上涂有PVD涂层。
7、按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镶刃上涂有CVD涂层。
8、一种制造其两面上都有超硬切削刃的金属切削镶刃的方法，包括下列步骤：
A)把一由多个基体层构成的基体结构放置到一容器中，所述的多个基体层包括位于一对第二层中间的第一层，每一所述第二层的外周边上有至少一个伸展在第二层的整个宽度上的凹槽，每一凹槽在所述容器中形成一空间；
B)用超硬磨料粒子材料填满所述空间；
C)把该容器置于高温、高压下而使各空间中的所述超硬粒子烧结在一起而成为粘接到所述第一层和所述第二层上的一超硬体；以及
D)沿方向与第二层平行、穿过第二层的直线对所述基体结构进行切片而形成由所述第一层、每一第二层的一部分和每一超硬体的一部分构成的镶刃，从而每一第二层形成所述镶刃的一表面，该表面上有由超硬体的所述部分构成的超硬切削刃。
9、按权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤A包括把其中的第一层与第二层为整体结构的一基体结构放置到所述容器中。
10、按权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第二层呈圆柱形，所述第一层呈多边形。
11、按权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤A包括把其中的第一层与第二层为分开的片状件的一基体结构放置到所述容器中；步骤C包括使所述第二层粘接到所述第一层上。
12、按权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤A包括把第一层与第二层交错的一基体结构放置到所述容器中。
13、按权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤A包括把其中的第一层与第二层为圆片的一基体结构放置到所述容器中。
14、按权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤D包括沿所述第二层的中间平面进行切片。
15、按权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤B包括用粉末状的所述材料填满所述空间。
16、按权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤B包括用预先压制成的片状毛坯填满所述空间。
17、按权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤A包括把由硬质合金制成的基体结构放置到所述容器中。
18、按权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤B包括用PCD超硬磨料粒子材料填满所述空间。
19、按权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤B包括用PCBN超硬磨料粒子材料填满所述空间。
20、一种制造其两面上都有超硬切削刃的多棱金属切削镶刃的方法，包括下列步骤：
A)把一由一圆形第一层和圆形第二层交错的多个基体层构成的基体结构放置到一容器中，每一所述第二层的外周边上至少有两个凹槽与所述第一层叠置，所述凹槽在所述容器中形成空间；
B)用超硬磨料粒子材料填满所述空间；
C)把所述容器置于高温、高压下而使各空间中的所述超硬粒子烧结在一起而成为粘接到第二层上和所述第一层上的一超硬体；以及
D)沿方向与第二层平面平行、穿过各第二层中间平面的直线对所述基体结构进行切片而形成由所述第一层的一半、所述第二层的半层和所述超硬体的半部构成的镶刃，从而所述镶刃包括由上下第二层形成的两个表面，此两个表面上都有由所述超硬体的半部构成的超硬切削刃；以及
E)把所述镶刃切削加工成多棱形，从而所述超硬体的半部位于所述镶刃两面上的各角上。
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