CN115666828A

CN115666828A - 涂层刀具以及具备该涂层刀具的切削刀具

Info

Publication number: CN115666828A
Application number: CN202180037867.2A
Authority: CN
Inventors: 幸田理沙; 胁真宏
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2020-05-28
Filing date: 2021-05-24
Publication date: 2023-01-31
Also published as: JP7478232B2; JPWO2021241499A1; US20230234144A1; DE112021002984T5; WO2021241499A1

Abstract

本公开的涂层刀具具有基体以及位于基体之上的金刚石覆膜。涂层刀具具有切削刃。将从切削刃起朝向与切削刃分离的方向到300μm为止的区域设为第一区域，并且将从切削刃起分离300μm以上且800μm以内的距离的区域设为第二区域。在金刚石覆膜的表面存在多个圆顶状的突起。将在从第一区域的正上方观察的情况下位于第一区域的当量圆直径为6μm以上的突起设为第一突起，将第一突起的每1mm²的数量设为第一突起数。将在从第二区域的正上方观察的情况下位于第二区域的当量圆直径为6μm以上的突起设为第二突起，将第二突起的每1mm²的数量设为第二突起数。第一突起数为30以下，第二突起数比第一突起数多。

Description

涂层刀具以及具备该涂层刀具的切削刀具

相关申请的相互参照

本申请主张在2020年5月28日申请的日本专利申请2020-093451号的优先权，并将该在先申请的公开整体引用于此以供参照。

技术领域

本公开涉及在切削加工中使用的涂层刀具以及具备该涂层刀具的切削刀具。

背景技术

在日本特开平3-190605号公报(专利文献1)中记载有使用研磨刷来使金刚石涂覆切削刀具的表面平滑化。另外，在日本特开2010-70405号公报(专利文献2)中记载有在基体上将金刚石粉末进行了种晶处理之后形成的多晶金刚石膜中将金刚石膜的表面的异常生长金刚石突起部的数量设为每1cm²在100个以下。

发明内容

本公开的涂层刀具具有基体以及位于该基体之上的金刚石覆膜。该涂层刀具具有：第一面；第二面；棱线部，其位于所述第一面与所述第二面之间；以及切削刃，其位于所述棱线部的至少一部分。将所述第一面的从所述切削刃起朝向与所述切削刃分离的方向到300μm为止的区域设为第一区域。将以所述切削刃为起点从所述切削刃起分离300μm以上且800μm以内的距离的区域设为第二区域。所述金刚石覆膜至少位于所述第一区域以及所述第二区域。在所述金刚石覆膜的表面存在多个圆顶状的突起。将在从所述第一区域的正上方观察的情况下位于所述第一区域的当量圆直径为6μm以上的突起设为第一突起，将该第一突起的每1mm²的数量设为第一突起数。将在从所述第二区域的正上方观察的情况下位于所述第二区域的当量圆直径为6μm以上的突起设为第二突起，将该第二突起的每1mm²的数量设为第二突起数。所述第一突起数为30以下，所述第二突起数比所述第一突起数多。本公开的切削刀具具有：刀架，其具有从第一端到第二端的长度，并具有位于所述第一端侧的刀槽；以及上述的涂层刀具，其位于所述刀槽。

附图说明

图1是示出本公开的涂层刀具的一例的立体图。

图2是示出本公开的涂层刀具的一例的图，且是截面的概要图。

图3是示出本公开的切削刀具的一例的俯视图。

图4是示出本公开的切削刀具的一例的俯视图。

图5是示出本公开的切削刀具的一例的图，且是将前端放大得到的立体图。

具体实施方式

<涂层刀具>

以下，使用附图对本公开的涂层刀具详细地进行说明。但是，在以下参照的各图中，为了方便说明，仅简化示出在说明实施方式的方面所需的主要构件。因此，本公开的涂层刀具能具备未在参照的各图中示出的任意构成构件。另外，各图中的构件的尺寸并不如实地表示实际的构成构件的尺寸以及各构件的尺寸比率等。这些点在后述的切削刀具中也是相同。

如图1所示，本公开的涂层刀具1的形状例如可以是四边板形状。图1中的上表面即第一面5是所谓的前刀面。另外，涂层刀具1具有与第一面5相连的侧面即第二面7。第二面7是所谓的后刀面。

涂层刀具1具有位于第一面5的相反的位置的下表面即第三面(未图示)。第二面7分别与第一面5以及第三面相连。

本公开的涂层刀具1也可以具有从第一面5到第三面且贯通基体15的贯通孔9。

本公开的涂层刀具1具有位于第一面5与第二面7相交的棱线11(棱线部)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。

在涂层刀具1中，可以是，第一面5的外周的整体成为切削刃13，但涂层刀具1并不限定于这种结构，例如也可以仅四边形的前刀面中的一边为切削刃13或者局部地具有切削刃13。另外，本公开的涂层刀具1可以是钻头形状。

以下，以图1所示的矩形的涂层刀具1为例进行说明。在图2中示出本公开的涂层刀具1的截面的示意图。图2的截面是与本公开的涂层刀具1的基体15的表面垂直的截面。在基体15之上配置金刚石覆膜17(金刚石层)。基体15例如可以是硬质合金。

在本公开的涂层刀具1中，将第一面5中的以切削刃13作为起点朝向与切削刃13分离的方向到300μm为止的区域设为第一区域19。另外，将以切削刃13作为起点从切削刃13起分离300μm以上且800μm以内的距离的区域设为第二区域21。需要说明的是，在上述的第一区域19的定义中，“到300μm”的意思是不包含300μm。

至少在第一区域19以及第二区域21配置金刚石覆膜17。在金刚石覆膜17的表面存在多个圆顶状的突起23。需要说明的是，所谓圆顶状的突起23，在从上方观察突起的情况下不需要是圆状，不排除多边形的形状。另外，在如图2所示剖视观察突起23的情况下突起23的直径可以比突起23的高度大。另外，在剖视突起23的情况下，突起23可以为与横长的椭圆的上半部分类似的形状。若突起23具有这种形状，则切屑(切削屑)在金刚石覆膜17之上顺畅地移动，因此切削阻力小。因此，在切削屑接触到突起23的情况下产生的摩擦热较小。

在本说明书中，将突起23中的位于第一区域19且在从第一区域19的正上方观察的情况下当量圆直径为6μm以上的突起23设为第一突起23a。另外，将突起23中的位于第二区域21且在从第二区域21的正上方观察的情况下当量圆直径为6μm以上的突起23称作第二突起23b。

需要说明的是，在图2中突起23仅位于第一面5，但突起23也可以位于第二面7。

将第一突起23a的每1mm²的数量设为第一突起数23an。另外，将第二突起23b的每1mm²的数量设为第二突起数23bn。本公开的涂层刀具1的第一突起数23an为30以下。本公开的涂层刀具1的第二突起数23bn比第一突起数23an多。

若具有这种结构，则在位于切削刃13的附近的第一区域19中，每单位面积的第一突起数23an相对较少，涂层刀具1所加工的被切削件的加工面平滑。而且，在与切削刃13分离的第二区域21中第二突起数23bn相对较多，因此在切削屑接触到突起23的情况下产生的摩擦热小，另外，涂层刀具1的冷却性优异，耐磨损性提高。通过同时具有这种结构的第一区域19与第二区域21，从而本公开的涂层刀具1能够顺畅地加工被切削件的加工面，加工性优异。另外，皮膜(金刚石覆膜17)的耐剥离性优异，刀具寿命长。

第一突起数23an越少则能够使被切削件的加工面越平滑。本公开的涂层刀具1可以是第一突起数23an为20以下。而且，第一突起数23an也可以为10以下。第一突起数23an也可以为0。

另外，本公开的涂层刀具1第二突起数23bn可以是第一突起数23an的5倍以上。具有这种结构的涂层刀具1具有平滑的加工性与优异的刀具寿命。需要说明的是，第二突起数23bn可以是第一突起数23an的8倍以下。

突起23的当量圆直径例如使用Keyence制激光显微镜(VK-X1000)来测定较佳。测定通过将金刚石覆膜17的表面放大至20～500倍来进行较佳。在第一突起数23an以及第二突起数23bn的测定时测定0.1mm²以上的面积较佳。

<涂层刀具的制造方法>

以下对本公开的涂层刀具的制造方法进行说明。首先，准备基体。基体使用硬质合金、金属陶瓷等。

接下来，对基体按照酸处理、碱处理的顺序进行蚀刻处理。然后，将已蚀刻处理的基体浸泡于金刚石粒子的分散液，并进行超声波处理。若经过这种工序，则能够提高由成膜在基板上得到的金刚石粒子的密度。由此能够得到密接性好的金刚石覆膜。

另外，若以比较长的时间进行超声波处理，则能够使在基体的表面露出的硬质材料的主结晶相带有凹凸，容易显现锚定效果，进而密接性变高。

加入到超声波处理溶液中的金刚石粉末可以是由激光散射法测定的平均粒径为0.005μm(5nm)～15μm。若金刚石粉末的平均粒径为0.1μm以下，则整体的突起数减少。平均粒径为0.1μm(100nm)以上且15μm以下的金刚石粉末廉价且制造成本低。

此时，可以向l(升)有机系或水系的溶液1添加2～12g金刚石粉末。通过如此调整溶液所含的金刚石粉末的平均粒径以及量，能够调整存在于第一区域的第一突起以及存在于第二区域的第二突起的数量。

例如，若将金刚石粉末的量设为8g/l以下，则第一突起的数量比较少。若金刚石粉末的量超过12g/l，则第一突起的数量比较多。若金刚石粉末的量小于2g/l，则第二突起无法充分地形成。

另外，施加超声波的时间可以设为15分钟～4小时程度。若施加超声波的时间为2小时以上，则覆膜的密接性特别优异。

另外，除了金刚石粉末的量以外，还通过控制后述的成膜条件，从而能够调整存在于第一区域的第一突起以及存在于第二区域的第二突起的数量。

作为金刚石覆膜的成膜方法，例如能够适应热丝方式或者等离子体方式的CVD法。为了得到大致半球状的突起，可以使成膜时间设为10小时以上较佳。

在CVD法中，在腔内配置基体，将基体加热至850℃～930℃程度的温度，使成膜气体在腔内流通。成膜气体例如含有氢气以及甲烷气体。

将基体被加热至850℃～930℃且供成膜气体流通的时间称作成膜时间。该成膜时间越长，则金刚石覆膜的突起变得越大，因此容易得到具有第一突起以及第二突起的涂层刀具。

另外，金刚石粉末的平均粒径越大，则能够以越短的成膜时间增大突起。例如，在将金刚石粉末的平均粒径为0.005μm(5nm)～10μm的情况下，若将成膜时间设为10小时～20小时程度，则得到本公开的涂层刀具。

<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3所示，本公开的切削刀具101例如为从第一端(图3中的上端)朝向第二端(图3中的下端)延伸的棒状体。如图3所示，切削刀具101具备在第一端侧(前端侧)具有刀槽103的刀架105以及位于刀槽103的上述的涂层刀具1。

在涂层刀具1的贯通孔9插入有夹紧件107。切削刀具101具备本公开的涂层刀具1，因此能够进行长期稳定的切削加工。

刀槽103是供涂层刀具1安装的部分，且具有相对于刀架105的下表面平行的落座面以及相对于落座面倾斜的约束侧面。另外，刀槽103在刀架105的第一端侧开口。

在刀槽103配置涂层刀具1。此时，涂层刀具1的下表面既可以直接与刀槽103接触，另外，也可以在涂层刀具1与刀槽103之间夹着片材(未图示)。

涂层刀具1以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架105向外侧突出的方式安装于刀架105。涂层刀具1可以代替夹紧件107，而由固定螺钉安装于刀架105。即，可以是，通过将固定螺钉插入涂层刀具1的贯通孔9中，将该固定螺钉的前端插入在刀槽103形成的螺孔(未图示)中并使螺纹部彼此螺合，从而将涂层刀具1安装于刀架105。

作为刀架105的材质，能够使用钢、铸铁等。在这些构件的中，也可以使用韧性高的钢。

在图3中，例示在所谓的车削加工中使用的切削刀具101。作为车削加工，例如可列举内径加工、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，在使用于旋转切削加工的切削刀具101中也可以使用上述的实施方式的涂层刀具1。

关于本公开的切削刀具，以其优选例即不重磨钻头的一例作为基础来进行说明。图4是示出切削刀具201即不重磨钻头201的概略侧视图。如图4所示，不重磨钻头201在中心成为旋转轴O的刀具主体202(刀架)的前端部安装涂层刀具1。

这里，刀架202呈大致圆柱状，并具有在图4中由虚线所示的旋转轴O，且在后端侧具有用于将自身固定于机床的刀柄部208，并且在比刀柄部208靠前端侧的位置呈螺旋状形成有将切屑从刀架202的前端向后端排出的切屑排出槽209。另外，在刀架202的前端部设置刀具210，在刀具210安装有涂层刀具1。

然后，使不重磨钻头201旋转而加工被切削件(未图示。)。

在图5中示出铣削加工用的切削刀具301。在设置于刀架302的刀具310安装有涂层刀具1。在该例中，在刀架302的前端安装有三个涂层刀具1。

实施例

以下，对本公开的涂层刀具进行说明。如以下那样制作出基体。对平均粒径0.5μm的碳化钨(WC)粉末，以10质量％的比例添加金属钴(Co)粉末、以0.2质量％的比例添加碳化钛(TiC)粉末、以0.8质量％的比例添加碳化铬(Cr₃C₂)粉末并进行混合，成型为矩形形状并烧制。

之后，利用蒸馏水/有机系溶液清洗了烧结体。接下来，将基体按照酸处理、碱处理的顺序进行蚀刻处理，并去除了表层的Co金属。

接下来，将基体浸泡在以表1所示的比例添加有表1所示的平均粒径的金刚石粉末的有机系溶液，施加了3小时的超声波。之后，将基体表面的有机系溶液去除并干燥。

对经过了这些工序的基体，以表1所示的制膜时间进行了成膜。需要说明的是，成膜气体使用了氢气与甲烷气体的混合气体。对混合气体整体以0.5～2.0体积％混合了甲烷气体。

在成膜后，在表1所示的试样No.8中，利用刷研磨处理实施了表面研磨处理。

将如此得到的涂层刀具的第一区域以及第二区域放大至500倍的大小，并观察位于各个区域的突起。在表1示出第一突起的数量以及第二突起的数量。

将得到的涂层刀具放入并固定于刀架的刀槽，根据以下的条件，进行了基于铣削加工的切削试验。另外，在试验后评价了被切削件的加工面粗糙度。

<切削试验>

切削方法：肩部切削(铣削加工)

被切削件：ADC12

切削速度：800m/min

进给：0.08mm/tooth

纵切入：1.5mm

横切入：15mm

切削状态：湿式

评价方法：在切削了100m的时刻对涂层刀具刀尖的金刚石覆膜有无剥离、被切削件的加工面粗糙度进行了测定。

[表1]

不具有本公开的涂层刀具的结构的试样No.1、6、8、9、10、11、12、13在铣削加工中产生较大的膜剥离、崩损、缺损等异常损伤，被切削件的加工面白浊，面粗糙度变粗糙。试样No.2、3、4、5、7的本公开涂层刀具抑制缺损、崩损等异常损伤，加工面的面粗糙度也良好。在试样No.2、4、7中，虽然存在剥离，但确认到剥离的是极狭小的区域。而且，关于试样No.3、5，也没有膜剥离，面粗糙度也为Ra＝0.5μm以下，且切削性能优异。

以上说明的本公开的涂层刀具以及具备该涂层刀具的切削刀具为一例，只要不脱离本申请的主旨，也可以具有不同的结构。

附图标记说明

1 涂层刀具

5 第一面

7 第二面

9 贯通孔

11 棱线

13 切削刃

15 基体

17 金刚石覆膜(金刚石层)

19 第一区域

21 第二区域

23 突起

23a 第一突起

23an 第一突起数

23b 第二突起

23bn 第二突起数

101、201、301 切削刀具

103、210、310 刀槽

105、202、302 刀架

107 夹紧件。

Claims

1.一种涂层刀具，其具有基体以及位于该基体之上的金刚石覆膜，其中，

该涂层刀具具有：

第一面；

第二面；

棱线部，其位于所述第一面与所述第二面之间；以及

切削刃，其位于所述棱线部的至少一部分，

在将所述第一面中的从所述切削刃起朝向与所述切削刃分离的方向到300μm为止的区域设为第一区域，并且将以所述切削刃为起点从所述切削刃起分离300μm以上且800μm以内的距离的区域设为第二区域的情况下，

所述金刚石覆膜至少位于所述第一区域以及所述第二区域，

在所述金刚石覆膜的表面存在多个圆顶状的突起，

在将从所述第一区域的正上方观察时位于所述第一区域的当量圆直径为6μm以上的突起设为第一突起，将该第一突起的每1mm²的数量设为第一突起数，且将从所述第二区域的正上方观察时位于所述第二区域的当量圆直径为6μm以上的突起设为第二突起，将该第二突起的每1mm²的数量设为第二突起数的情况下，

所述第一突起数为30以下，

所述第二突起数比所述第一突起数多。

2.根据权利要求1所述的涂层刀具，其中，

所述第一突起数为20以下。

3.根据权利要求1或2所述的涂层刀具，其中，

所述第二突起数为所述第一突起数的5倍以上。

4.一种切削刀具，其中，

所述切削刀具具有：

刀架，其具有从第一端到第二端的长度，并具有位于所述第一端侧的刀槽；以及

权利要求1～3中任一项所述的涂层刀具，其位于所述刀槽。