TWI810583B - 硬質合金切割刀片 - Google Patents

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TWI810583B TW110121143A TW110121143A TWI810583B TW I810583 B TWI810583 B TW I810583B TW 110121143 A TW110121143 A TW 110121143A TW 110121143 A TW110121143 A TW 110121143A TW I810583 B TWI810583 B TW I810583B
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Abstract

將刀片部的外表面以YZ平面表示，使外表面的第一點的座標為(Y1,Z1(=1.00μm))，以a=Z1/(Y1)2定義的常數a，與外表面的第二點的座標為(Y2,Z2(=5.00μm))，以b=Z2/(Y2)2定義的常數b的比率b/a為0.30以上1.00以下，在Z1的刀片部的Y軸方向厚度T1為0.60μm以上1.50μm以下。T1在0.60μm以上0.91μm以下為0.30≦b/a≦1.52T1-0.61，T1在0.91μm以上1.06μm為0.64T1-0.28≦b/a≦1.52T1-0.61，T1在1.06μm以上1.50μm為0.64T1-0.28≦b/a≦1.00。

Description

硬質合金切割刀片
本揭露係關於硬質合金切割刀片。本案作為2020年6月19日申請的日本專利申請特願2020-105952號案主張優先權。該日本專利申請全部內容以參考資料援用於本說明書中。
先前的切割刀片，例如揭露於日本特開平10-217181號公報(專利文獻1)、日本特開2001-158016號公報(專利文獻2)、國際揭示第2014/050883號(專利文獻3)、國際揭示第2014/050884號(專利文獻4)、日本特開2017-42911號公報(專利文獻5)及日本特開2004-17444號公報(專利文獻6)。 ［先前技術文獻］ ［專利文獻］
［專利文獻1］日本特開平10-217181號公報 ［專利文獻2］日本特開2001-158016號公報 ［專利文獻3］國際揭示第2014/050883號 ［專利文獻4］國際揭示第2014/050884號 ［專利文獻5］日本特開2017-42911號公報 ［專利文獻6］日本特開2004-17444號公報
［發明所欲解決的課題］
本揭示的硬質合金切割刀片，具備：基部；及設在基部的延長線上，具有最尖端部的刀尖的刀片部，維克氏硬度HV為1250以上2030以下，在與刀片的長度方向正交的縱斷面，以刀尖作為座標原點，從刀尖朝向基部的方向為Z軸方向，與Z軸方向及刀片的長度方向正交的方向為Y軸方向，將刀片部的外表面以YZ平面表示，使外表面的第一點的座標為(Y1,Z1(=1.00μm))，以a=Z1/(Y1)2 定義的常數a，與外表面的第二點的座標為(Y2,Z2(=5.00μm))，以b=Z2/(Y2)2 定義的常數b的比率b/a為0.30以上1.00以下，在Z1的刀片部的Y軸方向厚度T1為0.60μm以上1.50μm以下。T1在0.60μm以上0.91μm以下為0.30≦b/a≦1.52T1-0.61，T1在0.91μm以上1.06μm為0.64T1-0.28≦b/a≦1.52T1-0.61，T1在1.06μm以上1.50μm為0.64T1-0.28≦b/a≦1.00。
 〔用以實施發明的型態〕
刀片厚度薄，則刀尖有無法承受切割衝擊，而發生崩缺的問題。刀片厚度厚，則有切斷阻抗高，而斷面品質變差斷面粗糙的問題。
〔本揭露的實施形態的說明〕
首先列述本揭露的實施態樣進行說明。
(實施形態1)
圖1係根據實施形態1的硬質合金切割刀片1的縱斷面圖。如圖1所示，硬質合金切割刀片1，具有向刀片長度方向延伸的刀尖121t。圖1係與刀片的長度方向正交的方向的縱斷面。平刀片狀的硬質合金切割刀片1，如圖1所示，具有：基部110；及切斷執行部的刀片部120。在基部110與刀片部120之間亦可具有連結部。
(材質)
用於硬質合金切割刀片1的材質係以碳化鎢與鈷作為主成分的硬質合金。使用於硬質合金的鈷的含有率為3~25質量%的範圍。鈷的含有率以5~20質量%的範圍為佳。構成硬質合金中的元素的組成鑑定，係以ICP放射光譜分析、Co滴定進行。所謂在本揭露的硬質合金主成分，在碳化鎢、鈷之外，用於調整粒度等特性，亦有包含鉻、釩、鉭、鈮等的元素的情形。硬質合金中的碳化鎢結晶的大小，以0.1μm~4μm為佳。結晶的大小以2μm以下為更佳。
此外，具有用於抑制硬質合金中的碳化鎢的晶粒成長的成分TaC(碳化鉭)，其含有率以0.1~2質量%為佳。用於抑制晶粒成長的添加劑亦可為V8C7(碳化釩)、Cr3C2(碳化鉻)。可取代或組合TaC、V8C7、Cr3C2的至少一種。此時，各個含有率為0.1~2質量%。
硬質合金的維克氏硬度HV為1250以上2030以下。維克氏硬度係以維克氏硬度試驗機測定。維克氏硬度在未滿1250時，作為材質的耐變形性能 變小，而變得難以滿足在切斷所重視的耐皺屈性、垂直切斷性。維克氏硬度超過2030，則即使織構或刀尖端部稜線圓滑，因高硬度而容易發生缺角。此外，作為缺角的對策，不只是材質，刀尖尖端的形狀亦很重要。
(形狀)
硬質合金切割刀片1的形狀，基本上係矩形的板形狀。以板的最短邊作為厚度。
硬質合金切割刀片1，具備：基部110；及設在基部110的延長線上，具有最尖端部的刀尖121t厚度變薄的形狀的刀片部120。
基部110的厚度以固定為佳。基部110，具有例如50~1000μm的厚度，根據被切斷的切斷物的大小所需的厚度會變化。此外，進行切斷的刀片部120係形成在從基部110延長的一邊。將從刀片部120向基部110的方向(Z軸方向)的刀片部120的尺寸表示為長度或高度。將對刀片的長度方向及刀片部120的長度方向垂直的方向(Y軸方向)的尺寸表示為刀片部120的厚度。
在與刀片的長度方向正交的縱斷面，在從刀尖5.00μm的範圍，刀片部120的外形具有向外方向凸120t的部分，凸120t的部分位在比連接刀尖121t及從刀尖121t的的長度方向的距離為Z2(5.00μm)的位置的直線S更外側。藉由比較凸120t的部分的存在，與不存在凸120t的部分的筆直形狀的切割刀片，可提高刀片部120的強度。
外表面121s係彎曲的形狀。在互相相對位置的兩個外表面121s所形成的角度，隨著接近刀尖121t而變大。在此實施形態，外表面121s對中心線C左右對稱。但是，外表面121s亦可對中心線C左右非對稱。從刀尖121t的距離Z1的點1201，與從刀尖121t的距離Z2的點1203，外表面121s的傾斜不同。
硬質合金切割刀片1的切斷對象物，例如，積層電容器或積層電感器等的燒製前的陶瓷胚片、金屬箔、紙、纖維、或硬質樹脂。
以押切切斷時，會邊將切斷對象物推開而切斷。切斷對象物的例如陶瓷胚片，則材料硬度高的會增加切割刀片的負荷，而變得容易在切割刀片發生缺角。
如圖1所示，在使硬質合金切割刀片1在Z軸方向下降，而進行切斷的硬質合金切割刀片1，會對刀尖施加很大的負荷。薄刀片且2個外表面121s所形成的角度很小，即作成銳角時，容易發生缺角(亦稱為崩缺)。發生缺角則當然鋒利度會變差，容易在切斷對象物的切斷斷面上有傷痕而不佳。如此的刀尖121t最尖端部為極銳角時，與別的材料相比為高硬度且低韌性的硬質合金，雖耐皺屈性、耐磨耗性優良，但有特別容易缺角的問題。
本發明者為防止刀尖121t的缺角，著眼在通過刀片部120的特定點的二次函數。使縱斷面為YZ，以刀尖121t作為座標原點(0,0)。求通過原點與第一點(Y1,Z1(=1.00μm))的二次曲線Z=aY2 的常數a。刀片部120的外形對中心線C(通過座標原點的Z軸)為左右對稱的形狀時作成Y1=T1/2。刀片部120的外形對中心線C為左右非對稱的形狀時，刀片部120的外形上的點成為(Y11,Z1)與(Y12,Z1)。比較Y11與Y12以絕對值較大者作為Y1。
求通過原點與第二點(Y2,Z2(=5.00μm))的二次曲線Z=bY2 的常數b。刀片部120的外形對中心線C為左右對稱的形狀時作成Y2=T2/2。刀片部120的外形對中心線C為左右非對稱的形狀時，刀片部120的外形上的點成為(Y21,Z2)與(Y22,Z2)。比較Y21與Y22以絕對值較大者作為Y2。由a=Z1/(Y1)2 、及b=Z2/(Y2)2 求a及b。
在此，b/a值為0.30以上、1.00以下。低於0.30時，表示從表背2個刀面所得刀尖尖端角度θ較大，在刀面的切斷阻抗會變大，在切斷時推展的力量會變大，而有使切斷物產生龜裂的風險。b/a超過1.00時，刀尖尖端相對較平，表示從表背2個刀面所得的刀尖尖端角度θ較小，刀尖尖端的銳利度變鈍，此外在切斷時的衝擊會大大施加在尖端部，而有容易缺角的風險。在Z1的刀片部的厚度T1為0.60μm以上1.50μm以下。T1低於0.60μm，則刀片部變薄而有容易缺角的風險。T1超過1.50μm，則刀片部變得過厚而切斷阻抗會變大。
T1在0.60μm以上0.91μm以下為0.30≦b/a≦1.52T1-0.61，T1在0.91μm以上1.06μm為0.64T1-0.28≦b/a≦1.52T1-0.61，T1在1.06μm以上1.50μm為0.64T1-0.28≦b/a≦1.00。在此範圍外，則會發生刀尖的強度變小而容易在刀尖發生缺角，或切斷阻抗變大而切斷物的切斷面會變粗等不適。
Y在從0到Y2所有範圍，刀片部120的外表面121s位在比連接座標原點與點(Y2,Z2)的直線s的更外側。
本揭露係關於以押切切斷，主要是積層陶瓷電容器的陶瓷胚片(以下亦稱為胚片)等切斷對象物的平刀狀切割刀片。藉由使b/a及T1在上述範圍，可實現高精度的切斷加工、抑制對切斷對象物的損傷、穩定的切斷對象物的形狀。此外，可得切割刀片壽命長等效果。
在此，硬質合金切割刀片，係貢獻於切斷的切斷執行部，即具有刀尖部及用於將該切割刀片固定在切斷裝置的具有平行面的基部(亦稱柄)的形狀。更具體的必要特性，係鋒利度好，有耐磨耗性，對切斷對象物有耐熔黏性，對皺屈有強度，再者要求壽命長等。
關於鋒利度，特別是刀尖的形狀被認為很重要，考慮對被切斷物的損傷，以薄刀及刀尖尖端的角度小(銳角)較佳。但刀越薄無法避免強度惡化。因此，現在使用的切割刀片，藉由從刀尖到基部之間賦予一段或多段的角度，做最尖端的刀尖角度變大等的巧思。
如此的薄刀，例如高碳鋼之外，使用硬質合金等的硬質材料。但加工並不容易，其原因有，特別是材質為硬質材料時，雖有剛性，但難切削性且韌性低而容易缺角。此外，產品使用時亦變得容易缺角。
先前，為滿足上述特性有各種切割刀片的提案，但沒有關於不容易缺角的材質與刀尖形狀的詳細見識。
此外，將外形作成在縱斷面隨著接近刀尖使刀片部的寬度變細的曲線形狀為佳。曲線形狀可為單一曲率半徑，亦可為具有複數曲率半徑的所謂複合R形狀。
藉由將外形作成在縱斷面隨著接近刀尖使刀片部的寬度變細的曲線形狀，可有效地抑制應力集中的缺角。
本揭露係將影響缺角的因子，上述材質、及最尖端部形狀，即刀片厚度的組合最佳化，發現藉由滿足該等容易發生缺角。
此外，關於耐缺角性，刀尖121t銳利而鋒利度佳，但有發生缺角的風險，為進一步減輕該風險，使刀片部120尖端部具有曲面為有效。刀尖121t隨著繼續切斷，明顯會磨耗，滿足上述b/a及T1的範圍且使之具有倒圓更佳。
形成在基部110方向的切斷執行部的刀片部120的刀面，以一個刀面，或具有複數刀面，均可得到同樣的效果。此外，在縱斷面形狀，其外形以直線構成時，或在一部分具有曲線，亦可得到同樣的效果。
將刀片部120加工得到上述形狀的方法，例如，以與先前同樣以砥石的研磨進行。此外，作為微小曲面的形成手法，可使用噴砂法。再者，可藉由切斷較切斷對象物柔軟，例如分散研磨劑的黏土等形成微小曲面。
例如，藉由將混合硬質材料粉的含有硬質研磨劑的固體物，以硬質合金切割刀片1切斷，使含有硬質研磨劑的固體物的硬質材料與刀片部120接觸進行加工，可形成刀片部120。
在此，作為含有硬質研磨劑的固體物，例如，可舉黏土質材料。此外，作為硬質材料，可舉出鑽石、W、Mo、WC、Al2 O3 、TiO2 、TiC、TiCN、SiC、Si3 N4 、BN等粉末為例。
該等硬質材料的粉末粒徑，以二次粒子的平均粒徑Fsss(Fisher Sub-Sieve Sizer：費氏微篩分粒器)粒度以1μm以下為佳。特別是作為完成加工可調整硬質材料粒子的種類、尺寸、對固體物的添加量、及加工時間而得。再者，硬質合金切割刀片1的製造方法，並不限定於上述。
(實施形態2) 圖2係根據實施形態2的硬質合金切割刀片1的縱斷面圖。如圖2所示，在根據實施形態2的硬質合金切割刀片1，第二部分122係存在於從刀尖121t的距離超過Z2(5.00μm)的部分。
(實施形態3) 圖3係根據實施形態3的硬質合金切割刀片1的縱斷面圖。如圖3所示，在高度Z1附近，存在外表面121s的傾斜不連續變化的點，與實施形態1的硬質合金切割刀片1不同。
［本揭露的實施形態的詳細情況］ (實施例1) 圖4係用於說明切斷試驗的裝置的立體圖。圖5係沿著圖4中的V-V線的斷面圖。用於試驗的硬質合金切割刀片1(平刀狀切割刀片)刀片的長度方向(X軸方向)40mm、基部厚度(Y軸方向)0.1mm、刀片高度(Z軸方向)22.0mm，切斷執行部的刀片加工高度(刀片部120的Z軸方向高度)2.0mm。材質係以碳化鎢及鈷作為基本組成，以碳化鉻、碳化釩、及碳化鉭等金屬碳化物作為添加劑調整碳化鎢的粒徑，進一步調整鈷添加量得到硬質合金的燒結體。作為一例使用維克氏硬度1580的硬質合金材料。在變更硬度，進行碳化鎢的粒徑的調整及鈷添加量的調整。
＜研磨＞ 製造的燒結體，藉由使用鑽石砥石的研磨機，車出厚度100μm、刀片高度22mm、刀片長度40mm的板形狀作為尖端刀片部加工用的材料。
＜開鋒＞ 接著，使用上述材料進行尖端刀片部的形成加工。在形成加工使用鑽石圓筒砥石的專用的研磨機，以可調整角度的專用工件架固定材料進行加工。刀片部為2段時，加工係對材料長邊長度40mm方向的一邊，形成具有最尖端的尖端角的第一部分121，及與其接續配置而與基部110連接的第二部分122的刀片部120。
＜平面的外表面成形＞ 為形成如圖2所示平面的外表面122s，使用圓筒砥石對最尖端部對兩面施以凸形狀加工。
＜凸彎曲的外表面成形＞ 為形成如圖1所示凸彎曲面的外表面121s，將碳化鎢及鈷以石蠟等的黏合劑以壓製機成型成長度50mm-寬度50mm-高度30mm的團塊狀，對該團塊，將刀尖以高速連續押付成形凸型形狀。凸的大小的調整係藉由押付速度、角度、深度、進行調整。在凸形狀的形成，由於是非常精密的加工，成為切斷媒體的碳化鎢粒子或押付速度、深度等的細致的研磨條件的設定非常重要。
外表面121s、122s的算術平均粗糙度Sa(算術平均高度ISO25178)為0.02μm以下。外表面121s、122s的算術平均粗糙度Sa，係使用白光干涉計的非接觸式的表面粗糙度測定裝置測定。具體而言，使用Zygo Corporation製的非接觸三維粗糙度測定裝置(Nexview(註冊商標))，在上述縱斷面的測定範圍，在X方向為0.15mm，Z方向為0.05mm。測定視野，係變焦透鏡的倍率為2倍，物鏡的倍率為50倍。
＜斷面確認＞ 將斷面確認使用日本電子公司製蕭特基電場放射型掃描電子顯微鏡JSM-7900F，以10,000倍拍攝，活用機械坐標與測長功能，測定從刀尖121t到1.00μm及5.00μm的部分的刀片厚度(刀片部120的厚度)。維克氏換算硬度，係使用Fischer Instruments公司製PICODENTOR HM500測定。將該等結果示於表1至3。
[表1]
[表2]
[表3]
在表1至3的所謂「硬度HV」係指硬質合金切割刀片1的維克氏硬度。所謂「T1(μm)」係從刀尖121t在Z軸方向1.00μm的位置(Z=Z1)的刀片部120的Y軸方向的厚度。所謂「T2(μm)」係從刀尖121t在Z軸方向5.00μm的位置(Z=Z2)的刀片部120的Y軸方向的厚度。
所謂「常數a」係使外表面的第一點的座標為(Y1,Z1(=1.00μm))時，以a=Z1/(Y1)2 定義的常數。所謂「常數b」係使外表面的第二點的座標為(Y2,Z2(=5.00μm))時，以b=Z2/(Y2)2 定義的常數。「b/a」係以常數a除以常數b的值。所謂「圖」係指對應各試料的形狀的圖面。在所有的試料，確認在從座標原點到點1203之間，存在位在比直線S外側的凸120t。再者，確認在從座標原點到點1203之間，所有的外表面121s位在比直線S更外側。
圖6係表示在表1至3所示各試料編號的硬質合金切割刀片1，從刀尖121t在1.00μm的位置(Z=Z1=1.00μm)的刀片部120的厚度T1與b/a的關係的圖表。在各表的「座標位置」，係表示在圖6的各試料的座標位置。
切斷評價試驗著眼於均勻的組成與硬度，切斷對象物以一般可取得的聚氯乙烯板。使用厚度0.1mm以上3.0mm以下的黏著片固定。此外，黏著片，具有預防在押切切斷時刀尖最尖端部與支持切斷對象物之載台接觸而缺角的功能。在切斷對象物，X軸方向的寬度為30mm，Z軸方向的厚度為0.5mm。切斷速度，在Z軸方向為300mm/秒。
本測試的條件(圖4及圖5) 工件材質︰氯乙烯板100，厚度0.5mm、寬度290mm、長度30mm、維克氏換算硬度HV15 測試裝置︰對牧野銑床製作所製Machining Center V55(載台2004)，安裝KISTLER製切削動力計9255(切削動力計2003) 工件套裝︰從下面積層厚度10mm的壓克力板2002、厚度1mm的雙面黏著片2001、作為工件的氯乙烯板100。
切斷條件︰切斷速度300mm/s押入量0.55mm、長邊方向的工件與刀片角度±0.5°，工件與刀片斷面角度90°±0.5°、切斷次數100次(2.5mm間隔) 以圖4及5所示裝置，以夾頭3001、3002保持硬質合金切割刀片1。將硬質合金切割刀片1以30mm/秒的下降速度連續切斷。在此為連續切斷而不切到切斷對象物的氯乙烯板100的相同位置，硬質合金切割刀片1每次上升都可移動切斷位置。
將進行100次上述切斷之後的刀尖的狀態，以刀片長度方向全體的缺角發生數進行評價。計數的缺角的定義，係在刀尖的稜線部，計數缺角超過寬度10μm、深度3μm的任一個缺角(圖7)。
圖7係表示切割刀片的缺角的顯微鏡觀察影像。在缺角的測定方法，將押切切斷100次後的40mm的刀片的長度全面以倍率1000倍進行測定顯微鏡觀察。具體而言，在奧林巴斯製的測定顯微鏡(STM6-LM)，安裝50倍的目鏡及20倍的物鏡，將切割刀片(XZ面)平面放置。小心使圖7的切割刀片的刀尖121t與測定載台平行。將焦點對準刀尖121t，將位於缺角121k兩端的刀尖121t對準測定器的X軸方向的基準線，使Y的測定值為「0」，作為基準。將圖7的X軸方向的基準線與缺角121k的一端交錯的2點之間的距離作為121k的寬度。從X軸測定缺角121k在Y方向最低處作為缺角121k的深度。此時，符合寬度10μm以上，深度3μm以上的任一方時定義為刀尖發生缺角121k。
刀尖121t的缺角在5個以內時評價為「A」，缺角在6到20個時評價為「B」，缺角超過20個時評價為「C」。
關於切斷面狀態，切斷面評價，係對第100次的切斷品，將切斷面放大50倍拍攝，計數切斷方向的30μm以上的長度的損傷數目。評價分為3階段，10個以下評價為「A」，11個以上20個以下為「B」，超過20個為「C」。
將切斷評價的結果示於圖6。在橫軸表示在表1至3的T1，縱軸表示b/a。以五角形實線包圍的範圍，具體而言係T1在0.60μm以上0.91μm以下為0.30≦b/a≦1.52T1-0.61，T1在0.91μm以上1.06μm為0.64 T1-0.28≦b/a≦1.52T1-0.61，T1在1.06μm以上1.50μm為0.64T1-0.28≦b/a≦1.00的範圍為發揮效果的範圍。在該範圍，可知在表1至3的「刀尖的缺角狀態」及「切斷面性狀」得到「A」的結果。
本次所揭露的實施形態及實施例在所有的點係例示，而不該認為是限制。本發明的範圍並非上述說明而係以申請範圍表示，意指包含所有與申請範圍均等的意思及範圍內的變更。
1:硬質合金切割刀片 100:氯乙烯板 110:基部 120:刀片部 120t:凸 121:第一部分 121k:缺角 121s,122s:外表面 121t:刀尖 122:第二部分 2001:雙面黏著片 2002:壓克力板 2003:切削動力計 2004:載台 3001,3002:夾頭
［圖1］圖1係根據實施形態1的硬質合金切割刀片1的縱斷面圖。 ［圖2］圖2係根據實施形態2的硬質合金切割刀片1的縱斷面圖。 ［圖3］圖3係根據實施形態3的硬質合金切割刀片1的縱斷面圖。 ［圖4］圖4係用於說明切斷試驗的裝置的立體圖。 ［圖5］圖5係沿著圖4中的V-V線的斷面圖。 ［圖6］圖6係表示在表1至3所示各試料編號的硬質合金切割刀片1，從刀尖121t在1.00μm的位置(Z=Z1=1.00μm)的刀片部120的厚度T1與b/a的關係的圖表。 ［圖7］圖7係表示切割刀片的缺角的顯微鏡觀察照片(顯微鏡)觀察影像。
1:硬質合金切割刀片
110:基部
120:刀片部
120t:凸
121:第一部分
121s:外表面
121t:刀尖
122:第二部分

Claims (2)

  1. 一種硬質合金切割刀片，具備： 基部；及 設在基部的延長線上，具有最尖端部的刀尖的刀片部， 維克氏硬度HV為1250以上2030以下， 在與刀片的長度方向正交的縱斷面，以上述刀尖作為座標原點，從上述刀尖朝向上述基部的方向為Z軸方向，與Z軸方向及刀片的長度方向正交的方向為Y軸方向，將上述刀片部的外表面以YZ平面表示，使上述外表面的第一點的座標為(Y1,Z1(=1.00μm))，以a=Z1/(Y1)2 定義的常數a，與上述外表面的第二點的座標為(Y2,Z2(=5.00μm))，以b=Z2/(Y2)2 定義的常數b的比率b/a為0.30以上1.00以下， 在Z1的刀片部的Y軸方向厚度T1為0.60μm以上1.50μm以下， T1在0.60μm以上0.91μm以下為0.30≦b/a≦1.52T1-0.61， T1在0.91μm以上1.06μm為0.64T1-0.28≦b/a≦1.52T1-0.61， T1在1.06μm以上1.50μm為0.64T1-0.28≦b/a≦1.00。
  2. 如請求項1之硬質合金切割刀片，其中Y在從0到Y2所有範圍，上述刀片部的外表面位在比連接上述座標原點與點(Y2,Z2)的直線的更外側。
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