CN113710394A - 刀片以及具备该刀片的切削刀具 - Google Patents

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Abstract

本公开的刀片具备含有硬质粒子和粘结相的金属陶瓷的基体。基体具有第一面、第二面、位于第一面与第二面的棱线的至少一部分的切削刃、位于第一面的相反侧的第三面、以及从第一面贯穿至第三面的贯通孔。构成贯通孔的内壁在至少中央部具有粘结相的含有率比基体的内部高的粘结相富集层。中央部的粘结相富集层的厚度(T1)比内壁的端部的粘结相富集层的厚度(T2)厚。本公开的切削刀具具有刀柄，其具有从第一端跨至第二端的长度，且具有位于第一端侧的刀槽；上述刀片，其位于刀槽；以及夹紧件，其插入刀片的贯通孔。

Description

刀片以及具备该刀片的切削刀具
技术领域
本公开涉及在切削加工中使用的刀片以及具备该刀片的切削刀具。
背景技术
现在，作为切削刀具或耐磨损性构件、润滑构件等需要耐磨损性或润滑性、耐崩损性的构件的基体，以钛(Ti)为主要成分的金属陶瓷被广泛使用。
例如，在专利文献1中记载了具有向刀具主体安装用的贯通孔的表面被覆碳化钛基金属陶瓷制切削刀片。在专利文献1中记载有为了提供即使在高负载的切削中异常损伤也较少的刀片而在安装用贯通孔的内表面设置金属渗出层的内容。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-245581号
发明内容
本公开的刀片具备含有硬质粒子和粘结相的金属陶瓷的基体。基体具有第一面、第二面、位于第一面与第二面的棱线的至少一部分的切削刃、位于第一面的相反侧的第三面、以及从第一面贯穿至第三面的贯通孔。构成贯通孔的内壁在至少中央部具有粘结相的含有率比基体的内部高的粘结相富集层。中央部的粘结相富集层的厚度T1比端部的粘结相富集层的厚度T2厚。
本公开的切削刀具具有刀柄，其具有从第一端跨至第二端的长度，且具有位于第一端侧的刀槽；上述刀片，其位于刀槽；以及夹紧件，其插入刀片的贯通孔。
附图说明
图1是示出本公开的刀片的一例的立体图。
图2是示出本公开的刀片的一例的、剖面的概要图。
图3是本公开的刀片的剖面的放大概要图。
图4是本公开的刀片的另一方案的剖面的放大概要图。
图5是本公开的刀片的又一方案的剖面的放大概要图。
图6是示出本公开的切削刀具的一例的平面图。
图7是本公开的切削刀具中的刀片的剖面的放大概要图。
具体实施方式
＜刀片＞
以下，使用附图对本公开的刀片详细地进行说明。但是，为了便于说明，以下参照的各图仅简化示出了说明实施方式所需的主要构件。因此，本公开的刀片能够具备所参照的各图中未示出的任意的结构构件。另外，各图中的构件的尺寸并不如实地表示实际的结构构件的尺寸及各构件的尺寸比率等。上述情况在后述的切削刀具中也是同样的。
本公开的刀片具有含有硬质粒子和粘结相的金属陶瓷的基体。硬质粒子例如是TiCN、TiC、TiN、(TiM)CN(M是选自W、Nb、Ta、Mo、V中的一种以上)。粘结相以Ni或Co等铁族金属为主要成分。需要说明的是，主要成分是指在构成成分中占50质量％以上。
如图1、2所示，本公开的刀片1的形状可以是例如四边板形状。图1中的上表面即第一面5是所谓的前刀面。另外，刀片1具有与第一面5相连的侧面即第二面7。
刀片1具有位于第一面5的相反侧的下表面即第三面9。第二面7与第一面5以及第三面9分别相连。
本公开的刀片1具有位于第一面5与第二面7相交的棱线11的至少一部分的切削刃13。换言之，具有位于前刀面与后刀面相交的棱线11的至少一部分的切削刃13。
在刀片1中，可以是第一面5的外周整体成为切削刃13，但刀片1并不限定于这样的结构，例如，也可以是仅四边形的前刀面中的一边成为切削刃13、或局部地具有切削刃13。
本公开的刀片1具有从第一面5至第三面9贯穿基体3的贯通孔15。如图3所示，在构成贯通孔15的内壁17中，在至少中央部17a存在含有硬质粒子以及粘结相且粘结相的含有率比基体3的内部高的粘结相富集层19。基体3的内部是指距基体3的表面500μm以上的部分。粘结相富集层19无需存在于贯通孔15的整个内壁17，至少位于中央部17a即可。
中央部17a是指将贯通孔15在深度方向上九等分时正中央的部分。另外，端部17b是指将贯通孔15在深度方向上九等分时的端部。
如图3所示，对于本公开的刀片1，构成贯通孔15的内壁17的中央部17a的粘结相富集层19的厚度T1比构成贯通孔15的内壁17的端部17b的粘结相富集层19的厚度T2厚。中央部17a的粘结相富集层19的厚度T1以及端部17b的粘结相富集层19的厚度T2分别为平均值。可以使用金属显微镜或电子显微镜对刀片1的剖面进行观察而对T1以及T2进行测定。需要说明的是，在端部17b中可以不存在粘结相富集层19。
在本公开的刀片1中，通过具有这样的结构，刀片1以在向刀柄(未图示)固定时施加较大的力的内壁17为起点抑制异常损伤的情况。
粘结相富集层19的硬度比基体3低，且比引用文献1所记载的金属渗出层高。因此，粘结相富集层19与金属渗出层相比，变形受到抑制。
由于具有上述的结构，因此在利用夹紧件将刀片1固定于刀柄时，在内壁17的中央部17a与夹紧件的接触中，由于中央部17a的粘结相富集层19的被抑制的变形，施加于基体3的局部的力较小，因此刀片1不易破裂，从而不易产生异常损伤。
刀片1的大小没有特别限定，例如，前刀面的一边的长度设定为3～20mm左右。另外，刀片1的厚度设定为例如1～20mm左右。另外，在图1中，例示出四边形状的刀片1，但也可以是例如三角形状或圆盘状。
另外，如图4所示，本公开的刀片1可以具有与内壁17相连的扩径部21。在贯通孔15与扩径部21的边界存在台阶。需要说明的是，在图4所示的例子中，在扩径部21的内壁不存在粘结相富集层19，但也可以在扩径部21也存在有粘结相富集层19。在本公开的刀片1中，扩径部21并不包括在贯通孔15中。扩径部21是所谓的锪孔面。扩径部21的直径比贯通孔15的直径大300μm以上。
中央部17a的粘结相富集层19的厚度T1可以是1μm以上。另外，T1可以是20μm以下。若具有这样的结构，则刀片1的异常损伤得到抑制。T1也可以是3μm以上。另外，T1也可以是10μm以下。
端部17b的粘结相富集层19的厚度T2可以是0.2μm以上。另外，T2可以是6μm以下。若具有这样的结构，则刀片1的异常损伤得到抑制。厚度T2也可以是0.2μm以上。厚度T2也可以是6μm以下。
如图5所示，中央部17a的直径R1可以大于端部17b的直径R2。若具有这样的结构，则夹紧件与内壁17的接触面积增大，夹持力增加。
中央部17a的直径R1可以比端部17b的直径R2大5μm以上且30μm以下。若具有这样的结构，则刀片1的异常损伤得到抑制。
中央部17a的粘结相富集层19的硬度可以是10GPa以上且20GPa以下。若具有这样的结构，则在与夹紧销接触时，粘结相富化相19适当地发生变形，且夹持力增加。对于中央部17a的粘结相富集层19的硬度，可以使用纳米压痕法在刀片1的剖面中对露出的粘结相富集层19进行测定。
中央部17a的粘结相富集层19可以在贯通孔15的贯通轴侧具有粘结相的含量比粘结相富集层19多的金属层(未图示)。该金属层不含有硬质层而仅由金属构成。若具有这样的结构，则金属层在后述的夹紧件与粘结相富集层19之间作为缓冲材料而发挥功能，因此刀片1的异常损伤得到抑制。金属层的厚度可以是0.3μm以上且2μm以下。
在中央部17a的粘结相富集层19上也可以具有涂层(未图示)。涂层例如是含有TiCN、TiN、TiCNO、Al2O3等的硬质层。涂层具有硬度比粘结相富集层19高的部分。若具有这样的结构，则夹紧件部的耐磨损性增加。涂层可以是单层，也可以层叠。涂层可以通过CVD法或PVD法形成。
＜刀片的制造方法＞
以下，对本公开的刀片的制造方法进行说明。
在本公开的刀片的制造中使用的原料粉末是通常在金属陶瓷的制造中使用的原料粉末。本公开的刀片能够通过对基体的组成、烧成条件以及基体的加工方法进行钻研而得到。
基体的组成例如可以是，含有40质量％以上且80质量％以下的作为硬质粒子的TiCN，含有6质量％以上且30量％以下的作为粘结相的Co。另外，为了进一步提升特性，也可以含有WC、TaC、NbC、Mo2C、VC、ZrC等。
使用具有上述组成的原材料成形为具有在烧成后成为贯通孔的空间的形状。然后，例如，在1400℃以上且1600℃以下的温度下进行烧成。可以将该烧成气氛设为N2分压气氛下。
若将N2分压设为1kPa以上，则烧成后的粘结相富集层的厚度变厚。另外，若将作为原料使用的硬质粒子的平均粒子径d50设为0.7μm以下，则能够得到在贯通孔的贯通轴(未图示)侧具有粘结相的含量比粘结相富集层高的金属层的粘结相富集层。
需要说明的是，在上述成形时，若成形压力较大，则能够对烧成时的变形进行抑制。另一方面，若在成形时缩小成形压力，则内壁的中央部的直径R1容易大于端部的直径R2。由于成形压力与变形的关系根据组成或烧成温度而发生变化，因此可以进行各种组合来进行调整。
例如，能够在烧成后将旋转的刷子从贯通孔的两端部插入贯通孔而对贯通孔的内壁进行研磨，以使中央部的粘结相富集层的厚度T1比端部的粘结相富集层的厚度T2厚的方式进行加工，从而得到本公开的刀片。需要说明的是，刷子可以从贯通孔的两侧插入，也可以从一侧分成两次插入。
然后，可以根据需要设置涂层(未图示)。涂层只要是所谓的硬质膜即可，例如可以通过PVD法或CVD法形成。涂膜可以是单层，也可以是层叠膜。
作为涂膜，能够使用例如TiN、TiCN、TiCNO、Al2O3、TiAlN等公知的材质。也可以使用上述的例子以外的材质的涂膜。
另外，在烧成后的时刻，存在在贯通孔以外的区域、例如第一面、第二面或第三面中存在粘结相富集层的情况，但也可以根据需要将粘结相富集层去除。
＜切削刀具＞
接下来，使用附图对本公开的切削刀具进行说明。
如图6所示，本公开的切削刀具101例如是从第一端(图6中的上端)朝向第二端(图6中的下端)延伸的棒状体。如图6所示，切削刀具101具有在第一端侧(前端侧)具有刀槽103的刀柄105、以及位于刀槽103的上述刀片1。
另外，如图7所示，夹紧件107插入刀片1的贯通孔15。在图7所示的例子中，夹紧件107与位于中央部17a的粘结相富集层19直接或间接地接触。需要说明的是，夹紧件107与粘结相富集层19间接地接触是指在粘结相富集层19与夹紧件107之间存在金属层23或涂层的状态。与夹紧件107接触的粘结相富集层19比基体3容易发生变形，因此不易向刀片1施加局部较强的力。另外，若具有粘结相富集层19，则夹紧件107与粘结相富集层19的接触面积增大，因此刀片1在切削时不易在刀槽内移动。在这样的效果的基础上，本公开的刀片1不易产生异常损伤。由于切削刀具101具备刀片1而能够长期进行稳定的切削加工。
刀槽103是供刀片1装配的部分，其具有相对于刀柄105的下表面平行的坐落面、以及相对于坐落面倾斜的限制侧面。另外，刀槽103在刀柄105的第一端侧开口。
刀片1位于刀槽103。此时，刀片1的下表面可以直接与刀槽103相接，或者也可以在刀片1与刀槽103之间夹入片材(未图示)。
刀片1以使前刀面与后刀面相交的棱线处的被用作切削刃13的部分的至少一部分从刀柄105向外方突出的方式装配于刀柄105。在本实施方式中，刀片1通过固定螺钉107装配于刀柄105。即，将固定螺钉107插入刀片1的贯通孔15，将该固定螺钉107的前端插入形成于刀槽103的螺纹孔(未图示)并使螺纹部彼此螺合，从而将刀片1装配于刀柄105。
作为刀柄105的材质，能够使用钢、铸铁等。在这些构件中可以使用韧性较高的钢。
在本实施方式中，例示出在所谓的车削加工中使用的切削刀具101。作为车削加工，例如可以列举出内径加工、外径加工、开槽加工以及端面加工等。需要说明的是，作为切削刀具101，并不限定于在车削加工中使用的切削刀具。例如，也可以将上述的实施方式的刀片1用于在铣削加工中使用的切削刀具101。
【实施例】
以下，对本公开的刀片进行说明。
基体通过以下方式来制作。在向含有40质量％的TiCN、12质量％的TiN、20质量％的WC、8质量的％NbC、20质量％的Co、以及其他不可避免的碳化物的原料粉末中添加了粘合剂后，通过冲压成型将其调整为所要求的形状，从而制作出具有贯通孔的刀具形状的成形体。这些原料粉末是通常在金属陶瓷的制造中使用的原料粉末。本公开的基体的组成也并不特别。然后，在去除了粘合剂成分后，在3kPa的氮气氛下，以在1530℃的温度下保持1小时的条件进行烧成，从而得到具备在贯通孔的内壁具有金属层的粘结相富集层的刀片。
然后，使用刷子对贯通孔的内壁进行研磨，从而制作出表1所示的结构的刀片。需要说明的是，不存在粘结相富集层、或者粘结相富集层的厚度较薄的部分是延长了由刷子进行的研磨的时间而得到的部分。
【表1】
Figure BDA0003303661130000071
需要说明的是，对任一刀片的第一面、第二面、第三面都进行喷砂处理，从而去除粘结相富集层。
基于刷子的研磨通过向猪毛刷涂布混合0.1～3μm的金刚石粉末和润滑油而成的研磨液，并一边使该猪毛刷旋转一边将其插入贯通孔而进行。
利用沿厚度方向以包含贯通轴的面将基体切断而得到的剖面对粘结相富集层的中央部以及端部的厚度、中央部的直径R1以及端部的R2进行测定。
另外，在使用刀片的剖面对基体的内部的硬度、粘结相富集层的硬度进行测定时，粘结相富集层的硬度比基体的内部的硬度低。
将得到的刀片放入刀柄的刀槽，并将夹紧件插入刀片的贯通孔，从而利用该夹紧件对刀片进行固定。并且，以以下的条件进行切削试验。
＜耐缺损试验＞
被切削件：SCM435带4个槽(5mm宽)
切削速度：300m/min
进给：0.3mm/rev
切入量：0.5mm
切削状态：湿式
评价方法：对施加了10000次的冲击后的崩损或缺损的状态的有无进行判断。
不具有本公开的刀片的结构的样品No.1、2、9产生了异常损伤。本公开的刀片的异常损伤得到了抑制。另外，刀片被良好地保持于刀柄，加工出的被切削件的面粗糙度也良好。
以上说明的本公开的刀片以及具备该刀片的切削刀具为一例，只要不脱离本申请的主旨，则也可以具有不同的结构。
附图标记说明
1···刀片
3···基体
5···第一面
7···第二面
9···第三面
11···棱线
13···切削刃
15···贯通孔
17···内壁
17a··中央部
17b··端部
19···粘结相富集层
21···扩径部
T1···中央部的粘结相富集层的厚度
T2···端部的粘结相富集层的厚度
R1···中央部的直径
R2···端部的直径
101···切削刀具
103···刀槽
105···刀柄
107···夹紧件。

Claims (9)

1.一种刀片，其中，
所述刀片具备含有硬质粒子和粘结相的金属陶瓷的基体，
所述基体具有：
第一面；
第二面；
切削刃，其位于所述第一面与所述第二面的棱线的至少一部分；
第三面，其位于所述第一面的相反侧；以及
贯通孔，其从所述第一面贯穿至所述第三面，
构成所述贯通孔的内壁在至少中央部具有所述粘结相的含有率比所述基体的内部高的粘结相富集层，
所述中央部的所述粘结相富集层的厚度T1比所述内壁的端部的所述粘结相富集层的厚度T2厚。
2.根据权利要求1所述的刀片，其中，
所述T1为1μm以上且20μm以下。
3.根据权利要求1或2所述的刀片，其中，
所述T2为0.2μm以上且6μm以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的刀片，其中，
所述中央部的直径R1大于所述端部的直径R2。
5.根据权利要求4所述的刀片，其中，
所述R1比所述R2大5μm以上且30μm以下。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的刀片，其中，
所述中央部的所述粘结相富集层的硬度为10GPa以上且20GPa以下。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的刀片，其中，
所述中央部的所述粘结相富集层在所述贯通孔的贯通轴侧具有粘结相的含量比所述粘结相富集层多的金属层。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的刀片，其中，
在所述中央部的所述粘结相富集层上具有涂层，所述涂层具有硬度比所述粘结相富集层高的部分。
9.一种切削刀具，其中，
所述切削刀具具有：
刀柄，其具有从第一端至第二端的长度，且具有位于所述第一端侧的刀槽；
权利要求1～8中任一项所述的刀片，其位于所述刀槽；以及
夹紧件，其插入所述刀片的所述贯通孔。
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