CN101795797B - 切削刀片、形成切削刀片的方法及制造切削刀片的方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种切削刀片，其包括：切削刃口部分，其由高硬度材料制成以具有薄板形状；以及支承部分，其由在与工件接触时比切削刃口部分更易磨损的材料制成以便即使与工件接触也不对工件施加加工作用，并且所述支承部分在切削刃口部分的前刀面的反面固定并支承所述切削刃口部分。从而，防止后刀面磨损宽度增加并防止切削刃口碎裂，因而能够延长切削刀片的寿命。

Description

切削刀片、形成切削刀片的方法及制造切削刀片的方法
技术领域
本发明涉及一种用于切削机如车床、铣床等中的切削刀片以及这种切削刀片的形成方法和制造方法。
背景技术
通常，在用于切削机中的切削刀片中，许多切削刀片使用增加了韧性和硬度的烧结硬质合金作为用于切削刀片的材料，并且考虑到操作中的细节，切削刃口随着加工时间的过去而不可避免地磨耗。此外，在被磨耗后出现这样的问题，即切削刀片的刃口形状改变，从而由于与工件的接触面积增加而增加了切削阻力，并且在一定时候出现诸如碎裂之类的缺陷，从而在较短的时间段内达到使用寿命的终点。为了解决此类问题，迄今为止已经改进了用于切削刀片的材料，如JP 11-61316A中所述。
发明内容
本发明要解决的问题
然而，改进材料以增强耐碎裂能力有局限性，且长时间使用切削刀片导致切削刃口在一定时候出现碎裂。亦即，如图17所示，现有技术中的切削刀片39由整体采用碳化钨WC作为主要成分的烧结硬质合金制成，并且在加工工件W时，切削刀片的锐角刃口部分P被推靠在工件W上以执行加工，磨损不断进行，从而增加了后刀面磨损的宽度，如图中在VB1、VB2和VB3所示。由于切削刃口39与工件W之间的接触面积随着后刀面磨损的宽度加大而扩大，所以取决于该接触面积的切削阻力增大，从而增大了沿方向A和方向B施加在切削刀片39的切削刃口上的力F1和F2。相应地，由于过大的弯曲和压缩应力施加在切削刀片39上，所以在应力集中的部分如切削刃口等发生碎裂。
已作出本发明来解决过去存在的上述问题，并且本发明旨在提供一种切削刀片，其通过防止后刀面磨损的宽度VB增大并通过防止切削刃口的碎裂来延长工具寿命。
解决问题的措施
为了解决上述问题，根据第一方面的本发明构造的特征在于包括由高硬度材料制成以具有薄板形状的切削刃口部分以及支承部分，支承部分由在与工件接触时比切削刃口部分更易磨损的材料制成以便即使与工件接触也不对工件施加加工作用，并且支承部分在切削刃口部分的前刀面的反面固定并支承切削刃口部分。
根据第二方面的本发明构造的特征在于，在第一方面中，切削刃口部分的厚度在0.2mm至2mm的范围中。
根据第三方面的本发明构造的特征在于，在第一方面中，支承部分由脆性材料制成。
根据第四方面的本发明构造的特征在于，在第三方面中，脆性材料为混合有钎料和陶瓷颗粒的烧结体。
根据第五方面的本发明构造的特征在于，在第一方面中，使用钎料将切削刃口部分硬钎焊在支承部分上。
根据第六方面的本发明构造的特征在于，在第一方面中，切割刃口部分的刃口形状被加工成与要在工件上加工出的形状一致的形状。
根据第七方面的本发明构造的特征在于，在第一方面中，切削刃口部分以0.002mm至0.1mm的范围从支承部分突出。
根据第八方面的本发明构造的特征在于，在第七方面中，支承部分由高硬度材料制成，并且切削刃口部分的厚度在0.2mm至2mm的范围中并且一体地从支承部分突出。
根据第九方面的本发明构造的特征在于，在如第七方面所述的切削刀片的形成方法中，加工支承部分的最末端面以进行去除以保留0.002mm至0.1mm范围的突出部分。
根据第十方面的本发明构造的特征在于，在第一方面中，在切削刃口部分的任一侧或一侧上执行研磨。
根据第十一方面的本发明构造的特征在于，在第一方面中，切削刃口部分具有形成在其接触工件的表面上的硬涂层。
根据第十二方面的本发明构造的特征在于如第一方面所述的切削刀片，其中切削刀片固定在被旋转驱动的切削工具本体的圆周上。
根据第十三方面的本发明构造的特征在于，如第一方面所述的切削刀片，其中切削刀片以可拆卸方式固定在由安装部分和切削刀片构成的切削工具的安装部分上。
根据第十四方面的本发明构造的特征在于，在第一方面中，对切削刀片进行加工以在使用切削刀片的加工设备上成形切削刃口部分的刃口。
根据第十五方面的本发明构造的特征在于包括如下步骤：将由高硬度材料制成以具有薄板形状的切削刃口部分放置在模具的底面上，将陶瓷颗粒和钎料的混合物填充并压紧在放置于模具中的切削刃口部分上，并烧结被压紧的混合物。
本发明的效果
通过采用如上构成的第一方面的本发明，由于由高硬度材料制成以具有薄板形状的切削刃口部分由这样的支承部分-所述支承部分即使与工件接触也不对工件施加加工作用-支承在前刀面的反面。因而，当包括切削刃口部分和支承部分的切削刀片被推靠在工件上以进行加工而造成切削刀片的后刀面磨损时，在切削刃口部分的后刀面的宽度变得总是恒定。而且，由于此时与切削刃口部分一起磨损的支承部分不对工件施加加工作用，所以支承部分受到的来自工件的切削阻力小。从而，在具有固定宽度的切削刃口部分与工件接触时，切削刀片主要承受取决于薄板的厚度的切削阻力。如这里所述，因为工件与切削刀片之间的接触面积、特别是与切削刃口部分的接触面积保持恒定而不增加，并且因为切削阻力保持恒定，所以不会发生由于过大的应力施加在切削刃口部分上引起的碎裂，从而能够延长切削刀片的寿命。
通过采用如上构成的第二方面的本发明，在第一方面中，切削刀片的切削刃口部分的厚度被设定在0.2mm至2mm的范围中。这是因为，根据从反复实验获得的实验数据，很有可能在切削刃口部分的厚度小于0.2mm的情况下，强度不足导致最末端部破裂。进一步地，在厚度大于2mm的情况下，很有可能当切削刃口部分被推靠在工件上时切削刃口部分与工件之间的切削阻力变得过大，并且切削阻力在切削刃口部分的一部分上施加过大的弯曲或压缩应力以致无法由支承部分承受，从而导致出现碎裂。因此，通过将切削刃口部分的厚度设定在0.2mm至2mm的范围中，可防止缺陷并延长切削刀片的寿命。
通过采用如上构成的第三方面的本发明，在第一方面中，支承部分由脆性材料制成。因而，当附连于切削工具端部的切削刀片被推靠在工件上以执行切削时，切削刃口部分和支承部分磨损，并且由于由脆性材料制成，支承部分当超过预定值的切削力作用在其上时脆性破坏。因此，支承部分能够可靠地支承切削刃口部分而不会在工件上施加加工作用。进一步地，即使当切削刀片不断磨损时，后刀面在切削刃口部分的宽度在磨损后也保持一直恒定。因此，由于与工件的接触面积不会增加且由于切削阻力也保持不增加，所以不会发生由于过大的应力施加在切削刃口部分上引起的碎裂，从而能够延长切削刀片的寿命。
通过采用如上构成的第四方面的本发明，在第三方面中，脆性材料为混合有钎料和陶瓷颗粒的烧结体。因而，当附连于切削工具端部的切削刀片被推靠在工件上以执行切削时，切削刃口部分和支承部分不断磨损，其中支承部分当超过预定值的切削力作用在其上时以陶瓷颗粒为单位渐渐脱落，从而支承部分能够可靠地支承切削刃口部分而不会在工件上施加加工作用。进一步地，即使当切削刀片的不断磨损时，后刀面在切削刃口部分的宽度在磨损后也保持一直恒定。因此，由于与工件的接触面积不会增加且由于切削阻力也保持恒定而不增加，所以不会发生由于过大的应力施加在切削刃口部分上引起的碎裂，从而能够延长切削刀片的寿命。
通过采用如上构成的第五方面的本发明，在第一方面中，构成切削刀片的切削刃口部分和支承部分所采用的结构为：使用钎料如银钎料、铜钎料、镍钎料等将切削刃口部分硬钎焊在支承部分上。因而，由于切削刃口部分和支承部分被牢固地固定在刚性本体上，所以即使当切削刀片被推靠在工件上以执行切削时，支承部分与切削刃口部分之间也不会出现滑动或分离。因此，支承部分可一直连续作为刚性本体以承受切削刃口部分从工件受到的切削阻力，并且不会发生由于在加工工件期间的应力集中在切削刃口部分的一部分上而引起的破坏，从而能够延长切削刀片的寿命。
通过采用如上构成的第六方面的本发明，在第一方面中，切削刃口部分的刃口形状被加工成与要在工件上加工出的形状一致的形状。这意味着所谓的成形切削工具，并且这样切削刃口部分的刃口将工件大致加工成与刃口形状相同的形状。尽管随加工而磨损，切削刃口部分和支承部分也容易保持初始形状，从而能够延长切削刀片的寿命。进一步地，容易产生成形切削刀片的形状，并且即使在机器上也可产生任意形状。此外，无论何时需要改变刃口形状，这都可容易地完成，从而提高了效率。
通过采用如上构成的第七方面的本发明，在第一方面中，切削刃口部分形成为以0.002mm至0.1mm的范围从支承部分突出。因而，当切削刀片被推靠在工件上以执行切削时，支承部分不接触工件，从而不会在其上施加加工作用，并且即使当切削刃口部分的磨损发展到在0.002mm至约0.1mm之间的范围中的厚度时，厚度恒定的切削刃口部分除了继续磨损外不执行任何动作，并且工件与切削刃口部分之间的接触面积不会增加。因此，由于切削阻力也保持恒定而不增加，所以不会发生由于过大的应力施加在切削刃口部分上而引起的碎裂，从而能够延长切削刀片的寿命。在0.002mm至0.1mm的范围中的突出量是通过实验得到的，并且如果突出量小于0.002mm，则很有可能当切削刃口被推靠在工件上以执行切削时，支承部分接触工件而起到加工作用。进一步地，如果突出量大于0.1mm，则很有可能当切削刃口部分的最末端部加工工件时，在切削刃口部分与支承部分之间的边界部分产生过大的弯曲应力，从而导致切削刃口部分的破坏。根据上述原因，将突出量设定在0.002mm至0.1mm的范围中。
通过采用如上构成的第八方面的本发明，在第七方面中，由厚度在0.2mm至2mm的范围中的高硬度材料制成的切削刃口部分与由高硬度材料制成的支承部分成为一体或与其分体，并且该切削刃口部分一体地在0.002mm至0.1mm的范围中从支承部分突出。因而，当切削刀片被推靠在工件上以执行切削时，支承部分不接触工件，从而不在其上执行加工作用，并且即使当切削刃口部分的磨损发展到在0.002mm至约0.1mm的范围中的厚度时，厚度恒定的切削刃口部分除了不断磨损外不执行任何动作，并且工件与切削刃口部分之间的接触面积不会增加。因此，由于切削阻力也保持恒定而不增加，所以不会发生由于过大的应力施加在切削刃口部分上而引起的碎裂，从而能够延长切削刀片的寿命。进一步地，由于支承部分由高硬度材料制成并支承切削刃口部分，所以能够进一步延长切削刃口的寿命。
通过采用如上构成的第九方面的本发明，在第七方面所述的切削刀片的形成方法中，切削刃口部分从支承部分的最末端面在0.002mm至0.1mm的范围中的突出量通过加工以部分去除最末端面而得以保持。因而，由于其刃口形状和表面粗糙度应当保持在一定程度的切削刃口部分上无需加工，所以可通过容易的加工来保持突出量，从而致降低成本。
通过采用如上构成的第十方面的本发明，在第一方面中，在切削刃口部分的任一侧或一侧上执行研磨，并且即使切削刃口部分的任一侧或一侧上存在热影响层，它也通过研磨被去除，从而防止切削刃口部分的碎裂的效果变得更加突出。
通过采用如上构成的第十一方面的本发明，在第一方面中，切削刃口部分具有在接触工件的表面形成的硬涂层，并且即使在加工由高硬度材料制成的工件的情形中，也能够大幅抑制在加工初期出现磨损，从而能够延长切削刀片的寿命。
通过采用如上构成的第十二方面的本发明，如第一方面所述的切削刀片固定在被旋转驱动的切削工具本体的圆周上，并且即使当旋转驱动的切削刀片与工件进行接触以间歇地切削工件时，支承部分也能够支承切削刃口部分而不会在工件上施加加工作用。进一步地，即使当切削刃口部分的磨损扩展时，在切削刃口部分上的后刀面在磨损后的宽度也一直保持恒定。因此，由于与工件的接触面积不会增加且由于切削阻力也保持恒定而不增加，所以不会发生由于过大的应力施加在切削刃口部分上而引起的碎裂，从而能够延长切削刀片的寿命。进一步地，当多个切削刀片在旋转驱动切削工具本体的最末端部设置在圆周上时，希望有规则地在均匀高度将它们附连于切削工具本体，但这实际上是很困难的。然而，根据本发明，切削刃口部分采用这样一种结构，即随着切削刀片开始加工并使切削刃口磨损，连续呈现与磨损前的后刀面形状相同的后刀面形状，并且因而即使在切削刀片相对于工件的待加工表面附连于不均匀的高度的情况下，后刀面在切削刃口部分的宽度在磨损后也保持一直恒定。结果，由于进行接触的切削刀片开始接连磨损，所以所有切削刀片相对于工件的高度最终变得均匀。此时，由于后刀面在相应切削刃口部分磨损的宽度VB全部相同，所以多个切削刀片在它们承受相同的切削阻力时以相同的量开始磨损，由此相对于工件的高度变成一直均匀。因此，可获得精确的加工结果。
通过采用如上构成的第十三方面的本发明，由于如第一方面所述的切削刀片以可拆卸方式固定在安装部分上，所以当切削刃口部分用废时能够仅将切削刀片废弃，从而与其中必须将安装部分和切削刀片一起废弃的那些切削工具相比可大幅降低成本。
通过采用如上构成的第十四方面的本发明，在第一方面中，由于切削刀片具有在使用该切削刀片的加工设备(铣床等)上成形的切削刃口部分的刃口，所以不需要拆卸切削工具本体来成形并不需要在成形完成后再附接切削工具本体，从而可大幅提高效率。
通过采用如上构成的第十五方面的本发明，通过将由高硬度材料制成以具有薄板形状的切削刃口部分放置在成形模具的底面上并通过在切削刃口部分上填充、压紧和烧结陶瓷颗粒和粉末钎料的混合物，能够同时执行支承部分的烧结以及与切削刃口部分的结合，从而能够缩短制造所花费的时间。进一步地，由于执行了焊接，该焊接是作为支承部分的成分的钎料熔化而流到切削刃口部分的上表面上的结果，所以在结合面的分界面分离的可能性变低，从而能够增加切削刃口部分与支承部分之间的结合强度。
附图说明
图1是根据第一实施方式的切削刀片的透视图。
图2是根据第二实施方式的铣削工具的下表面图。
图3是根据第二实施方式的铣削工具的侧视图。
图4是根据第二实施方式的切削刀片的透视图。
图5是根据第三实施方式的结合了成形装置的加工设备的俯视图。
图6是显示了图5中的切削工具本体的透视图。
图7是根据第三实施方式的切削刀片的透视图。
图8是由图5中的成形装置形成的形状的细节平面图。
图9是根据第四实施方式的固定成形切削刀片的铣削工具的下表面图。
图10是图9中的铣削工具的侧视图。
图11是固定在图10中的铣削工具上的切削刀片的透视图。
图12是根据第五实施方式的废弃刀片的透视图。
图13是根据另一实施方式的废弃刀片的透视图。
图14是根据第六实施方式的切削刀片的透视图。
图15是根据另一实施方式的用于铣削工具的切削刀片的透视图。
图16是根据另一实施方式的一体式切削刀片的透视图。
图17是显示了现有技术中的切削刀片的透视图。
参考标记说明
10...刀头；11...切削刀片；12...刀柄；13...切削刃口部分；14...支承部分；15...刀头；18...切削刀片；19...刀柄；20...切削刃口部分；21...支承部分；29...切削工具本体；30...切削刃口部分；31...支承部分；32...切削刀片；35...切削刀片；36...切削刃口部分；37...支承部分；38...切削工具本体；40...切削刃口部分；42...支承部分；44...切削刀片；45...切削刃口部分；46...支承部分；47...切削刀片；48...支承部分；49...切削刃口部分；61...加工工具；71...切削刀片；73...切削刃口部分；74...支承部分；75...切削工具本体；82...用于成形的旋转工具；86...切削刀片；VA...突出量；VB...后刀面磨损的宽度；W...工件。
具体实施方式
下文将参照图1对第一实施方式进行描述，其中为用于车床等中的刀头采用了根据本发明的切削刀片。刀头10通过附连于车床等的刀头支架等来使用并且由固定在刀头支架上的刀柄部分12(安装部分)以及被硬钎焊而固定在刀柄部分12上的切削刀片11组成。
切削刀片11由切削刃口部分13和支承部分14组成并且具有如下结构：切削刃口部分13由支承部分14支承在其前刀面的反面上。切削刀片11是这样构成的：支承部分14的最末端面B面和切削刃口部分13的最末端面A面变成高度均匀，并且使用采用银钎料作为主要成分的钎料固定使得当切削刀片11的刃口被推靠在工件W上以执行加工时切削刃口部分13与支承部分14之间不会发生滑动或分离。工件W的切削碎片从其排出的切削刀片11的上表面称为“前刀面”，而切削刃口部分13的最末端面A面称为“后刀面”。
切削刃口部分13为烧结体，其由通过将例如钴Co和镍Ni添加到碳化钨WC增加了其韧性以防止碎裂的高硬度材料(例如，烧结硬质合金)制成并且采用厚度在0.2mm至2mm的范围中的薄板形状。在切削刃口部分13的任一侧或一侧上存在热影响层的情况下，在工件的加工期间形成了碎裂的诱因。因此，为了防止出现碎裂，如果切削刃口部分13的任一侧或一侧上存在热影响层，则希望通过执行研磨来去除该热影响层。这样，防止切削刃口部分13的碎裂的效果变得更加明显。进一步地，通过在前刀面和后刀面——它们是在加工期间接触工件的切削刃口部分13的表面——上利用CVD(化学气相淀积)或PVD(物理气相淀积)覆涂硬涂层如TiAIN，能够实现防止切削刃口部分13磨损的效果。
支承部分14由比切削刃口部分13更易磨损的脆性材料制成。支承部分14是通过混合和烘烤例如为陶瓷颗粒的粉末氧化铝(Al2O3)和包括粉末银钎料作为主要成分的钎料制成的烧结体。此时，由于要求支承部分14比切削刃口部分13更容易磨损并且切削边缘部分13由于在强度方面被加强而被支承，所以支承部分14中的陶瓷颗粒必须容易脱落但必须具有在切削刀片11的刃口被推靠在工件W上以执行加工时支承切削刃口部分13的强度。为此，问题在于，陶瓷颗粒太容易脱落，并且为了满足这些切削条件，希望支承部分14中的陶瓷颗粒的颗粒尺寸在#400至#1200的范围中且孔隙率小于或等于30％。这里，孔隙率通过下式表达：
(式1)
(1-(测定比重(g/cm3)/绝对比重(g/cm3)))×100
进一步地，通过用在多孔陶瓷方面属于同一类别的粉末碳化硅(SiC)等代替陶瓷颗粒的粉末氧化铝(Al2O3)能够实现相同的效果。
接下来，通过第一至第四步骤制造切削刀片11。
第一步骤
首先，将为烧结体的切削刃口部分13放置在冲压成形模具的底部上。希望该烧结体的材料为高韧性和高硬度材料，例如烧结硬质合金等。
第二步骤
将为陶瓷颗粒的粉末氧化铝(Al2O3)和采用银钎料作为主要成分的钎料——它们是构成支承部分14的材料——混合并填充在已在第一步骤放置的切削刃口部分13的顶部上。
第三步骤
在第二步骤的状态下执行在预定压力的冲压以一体地形成切削刃口部分13和支承部分14。
第四步骤
此后，在预定的温度和压力条件下执行烘烤。此时，为用于支承部分14的构成材料的采用粉末银钎料作为主要成分的钎料熔化而在保持被放置的切削刃口部分13的上表面上流动。因而，由于切削刃口部分13与为用于支承部分14的构成材料的主要成分的银钎料结合，所以诸如在结合面的界面分离等之类的问题很难发生。同时，在支承部分中，粉末银钎料熔化而与为陶瓷颗粒的氧化铝(Al2O3)结合并形成支承部分14。这样，形成了切削刀片11。
将这样形成的切削刀片11硬钎焊在刀柄12(安装部分)上，由此构成用于车床等中的切削工具的刀头10。这样构成的刀头10附连于例如车床的刀头支架并且抵靠在被旋转驱动的工件上横切以在工件W上执行切削。
接下来将描述操作。在根据第一实施方式的切削刀片11中，支承部分14构成有在与工件W的接触时容易磨损的脆性材料，因而，当切削刀片11的刃口被推靠在工件W上以执行加工时，切削刃口部分13和支承部分14同时磨损以保持高度一直均匀。支承部分14构成为当陶瓷颗粒受到超过预定的力值的切削阻力时以陶瓷颗粒为单位脱落，并且因而不会在工件W上施加加工作用。因此，如图1所示，由于切削刃口部分13上的后刀面磨损的宽度VB保持一直恒定并且由于施加在与工件W的接触面上的切削阻力不会增加，所以不会发生由于施加上的切削刃口部分上的过大应力而引起的碎裂，从而能够延长切削刀片11的寿命。进一步地，由于已通过在其上执行研磨而从切削刃口部分13去除了热影响层，所以能够更可靠地防止出现碎裂，从而进一步延长了切削刀片11的寿命。另外，切削刃口部分13的后刀面和前刀面已利用CVD(化学气相淀积)或PVD(物理气相淀积)覆有硬涂层如TiAIN，所以能够实现防止切削刃口部分13磨损的效果，从而能够实现寿命的进一步延长。
进一步地，在切削刀片11中，由于支承部分14由容易磨损的脆性材料制成并且由于切削刃口部分13也由采用薄板形式的烧结硬质合金制成，所以可通过简单的加工改变刃口形状。因此，可容易地制造所谓的成形切削刀片，其形成为使切削刀片的刃口形状与要在工件上加工出的形状一致，尽管过去此类成形切削刀片迄今为止是通过在外面定制而花费很长的时间制成的。因而，该成形切削刀片的切削刃口部分的刃口形状能够将工件加工为与刃口形状大致相同的形状，并且切削刃口部分和支承部分尽管在一定时候磨损也容易保持在初始形状，从而能够延长切削刀片的寿命。进一步地，容易产生成形切削刀片的形状，并且即使在机器上也可产生任意形状。进一步地，无论何时需要都可容易地改变刃口形状，从而能够提高效率。
接下来将对第二实施方式进行描述，其中根据本发明的切削刀片用于在铣床等中使用的铣削工具中(图2至4)。旋转驱动的铣削工具如铣刀、铰刀、端铣刀等具有在切削工具本体的端面固定在外周上的多于一个的切削刀片——即第二实施方式中为八个切削刀片——并且间歇地加工工件。
在图2中，切削刀片32分别对应于第一实施方式中的切削刀片11，且铣削工具41通过分别通过螺钉等紧固装置将八个切削刀片21固定在对应于第一实施方式中的刀头10的刀柄12(安装部分)的切削工具本体29(安装部分)上而构成。如图2至4所示，切削刀片32由切削刃口部分30和支承部分31组成，它们的材料、制造方法等与第一实施方式中的切削刀片11相同。支承部分31由脆性材料(氧化铝Al2O3+银钎料)制成，并且当切削刀片32的刃口间歇地接触工件W以执行加工时，切削刃口部分30和支承部分31以相同的深度率同时进行磨损。然而，支承部分31未在工件上发挥加工功能，因为它们被配置成当作用在陶瓷颗粒上的切削阻力超过预定值时以陶瓷颗粒为单位脱落。
因此，切削刃口部分30上的后刀面磨损的宽度VB保持一直恒定，并且作用在与工件W的接触面上的切削阻力保持恒定而不增加，从而不会在切削刃口部分30上施加过大的应力。进一步地，由于已通过研磨从切削刃口部分30的任一侧去除了热影响层，所以其不会遭受碎裂，从而能够延长切削刀片32的寿命。另外，切削刃口部分30的后刀面和前刀面已利用CVD(化学气相淀积)或PVD(物理气相淀积)覆有硬涂层如TiAIN，所以能够实现防止切削刃口部分30磨损的效果，从而能够实现寿命的进一步延长。
在图2和图3所示的带八个切削刀片32的铣削工具41中，很难相对于工件的待加工表面在均匀的高度附连所有切削刀片32。然而，在根据本发明的切削刀片中，由于采用了允许切削刃口磨损的结构，所以磨损从首先接触工件W的切削刀片32开始，即从在距离待加工表面最近处附连的切削刀片32的切削刃口部分30和支承部分31开始，然后进行接触的切削刀片开始接连磨损，并且最终所有切削刀片32相对于工件W变成高度均匀。此时，由于所有切削刀片32上的后刀面的磨损宽度VB相同，所以八个切削刀片32在它们受到相同强度的切削阻力时开始以相同的量磨损，并且可一直相对于工件W保持高度均匀。结果，可获得精度高的加工结果。
虽然在第二实施方式中，切削刀片32固定在切削工具本体29的端面上，但是将参照图5至8描述第三实施方式，其与附连于切削工具本体的外周的切削片有关，并且其中当切削刀片32的刃口***糙时，切削刀片的刃口通过使用该切削刀片的加工设备上的成形装置成形。
图5所示的加工设备50A是不仅能够用切削刀片71切削工件W而且能够成形切削刀片71的加工设备。在加工设备50A的底座51上，平台52被引导和支承以可在水平X轴方向上移动。在平台52上，工作台53和尾座54布置成彼此正对。工作台53设置有用于夹住工件W一端的卡盘55，而尾座54设置有用于支承工件W另一端的中心56。工件W由卡盘55和中心56支承在其相对端而可绕着平行于X轴方向的轴线旋转并且由卡盘55旋转驱动。
进一步地，在底座51上，工具台60被引导和支承而可沿垂直于X轴方向的水平Z轴方向移动并且可绕着垂直于X轴方向和Z轴方向的竖直Y轴旋转。具体地，可沿Z轴方向移动的活动台63布置在底座51上，可绕着Y轴旋转的旋转台64以及Y轴伺服电机65布置在活动台63上，并且工具台60、工具驱动电机62等布置在旋转台64上。蜗杆66装配在Y轴伺服电机65的旋转主轴上。与蜗杆66啮合的涡轮67形成在旋转台64的侧边缘上。
加工工具61被支承在工具台60上而可绕着与工件W的工件轴线WA形成预定的倾斜角度θ的工具轴线T旋转。加工工具61经带传动机构由工具驱动电机62绕着工具轴线T旋转驱动。进一步地，加工工具61连同旋转台64和工具台60一起由Y轴伺服电机65绕着Y轴旋转驱动。
工作台53设置有用于成形切削刀片71的刃口的成形装置80。成形装置80设置有窄幅成形用旋转工具82，其附连于可旋转的整形器主轴81的一端。整形器主轴81可由内置电机85可旋转地驱动。圆柱形成形表面82a设置在成形旋转工具82的周面上，并且可在成形表面82a成形切削刀片71。进一步地，如图8所示，成形表面82a能够在其工具轴线T倾斜预定角度θ的加工工具61的各切削刀片71上在它们之间使用切削端刃口77a同时成形最末端面和一个侧面。成形表面82a通过具有形成在成形表面82a上的槽82b的成形砂轮形成并且使用槽82b中的最小直径部分82c来成形切削端刃口77a。
如图6和图7所示，在加工工具61中，各由切削刃口部分73和支承部分74组成的切削刀片71与高硬度磨削刀片本体88(例如，由烧结硬质合金制成)被彼此固定并且以等角间隔固定在切削工具本体75的外周上。亦即，切削刀片71通过磨削刀片本体88固定在切削工具本体75的外周上。
图7所示的切削刀片71在结构上与在第一实施方式中所述的切削刀片11相同并且以相同的制造方法制造以执行与在第一实施方式中所述相同的操作和效果。
接下来将描述成形操作。通过驱动X轴和Z轴伺服电机95、91，控制平台52和工具台60沿X轴方向和Z轴方向移动，由此将一个切削刀片71的切削刃口部分73定位在对应于成形旋转工具82的成形表面82a的位置。然后，驱动Z轴伺服电机91以将工具台60移向平台52侧。在通过预定装置检测到一个切削刀片71的切削刃口部分73已经与成形旋转工具82的成形表面82a接触之后，进一步前移至预定前移位置以便以对应于该前移的横切量成形一个切削刀片71的切削刃口部分73。随后，使加工工具61低速旋转一圈。因而，所有切削刀片71的切削边缘部分73通过抵靠在成形旋转工具82上以前述横切量被横切而成形，由此结束对成形的控制。因此，减少了使加工工具61与用于成形切削刀片71的刃口的加工设备拆分并且在完成成形后将其再次附连于加工设备将花费的时间，从而能有效地促进加工。
接下来，将对根据第四实施方式的所谓的成形加工刀片进行描述，其中使切削刀片的刃口形状与工件W上的槽形状(待加工的形状)一致。由于切削刀片的制造方法与第三实施方式中大致相同，所以将略去相同部分的描述，且下文将仅描述修改的方面。
如图9至图11所示，在第四实施方式中，八个切削刀片35由螺钉等紧固装置经切削刀片本体87固定在切削工具本体38的外周上以构成铣削工具34。切削刀片35为所谓的成形切削刀片，其具有它们的刃口形成为与工件W上的槽形状(待加工的形状)相同。
随着铣削工具34的旋转，经切削刀片本体87固定在切削工具本体38的外周上的八个切削刀片35间歇地加工工件W，由此将切削刀片35的刃口形状按照原样传递给工件W。
因此，由于切削刀片35的刃口形状接近工件W所需的最终加工形状，所以不必多次执行加工，从而可大幅减少加工时间。进一步地，切削刃口部分36的刃口形状能够将工件W加工成与刃口形状大致相同的形状，并且因而切削刃口部分36和支承部分37容易保持它们的初始形状，从而能够延长切削刀片的寿命。进一步地，由于容易产生成形切削刀片的形状，所以即使在机器上也可产生任意形状。此外，由于无论何时需要都可容易地改变刃口形状，从而能够提高效率。
接下来，将描述根据本发明的第五实施方式中的切削刀片。第五实施方式涉及在其中仅更换刀片部分的类型的工具中使用的作为废弃刀片的切削刀片44(图12)。切削刀片44在结构上与第一实施方式中的切削刀片11相同并且由切削刃口部分45和支承部分46组成。进一步地，与第一实施方式相似，希望如果任一侧或一侧上存在热影响层则执行研磨以去除热影响层。进一步地，由于已利用CVD(化学气相淀积)或PVD(物理气相淀积)在切削刃口部分45的后刀面和前刀面上覆涂硬涂层如TiAIN，所以能够达到防止切削刃口部分45磨损的效果，从而能够进一步延长寿命。
切削刀片44被制造成具有适合其附连于其上的工具的尺寸，并且通过将螺钉等***其中心圆孔而固定在刀柄上，在此情形中，当切削刀片44完全磨损时，仅将小切削刀片(废弃刀片)44废弃即可，从而能够大幅降低成本。进一步地，代替固定形状与切削刀片44的情形相同的切削刃口部分45和支承部分46，可通过硬钎焊将多个切削刃口部分49固定在支承部分48的零件上以构成图13所示的切削刀片47。
在前述第一至第五实施方式中，构成相应支承部分的部件由在与工件W接触时容易磨损的脆性材料制成，但是此事实并不限制本发明。可使用适合相应支承部分并且比相应切削刃口部分更容易磨损的材料，在此情形中，可使用氧化铝、铜、树脂等。然而，由于需要支承与其相关的相应切削刃口部分和防止破坏的功能，所以相应的支承部分应当满足规定的长度，并且因此材料本身的强度应当高。满足要求的材料可为例如PEEK树脂、聚酰胺树脂等(如果使用树脂)，并且可为5052、6061等(如果使用氧化铝)。
在相应部件用于前述实施方式中的相应支承部分的情况下，作为制造方法，未使用第一实施方式中所述的方法，其中支承部分由采用为陶瓷颗粒的氧化铝和银钎料作为主要成分的烧结体制成，并且其中切削刃口部分一体地同时被硬钎焊，并且相反地，可使用如下方法：其中与***切削刃口部分与支承部分之间的边界中的结合部件进行结合。在此情形中，希望该结合部件耐热且结合力强，并且可采用银钎料、铜钎料、镍钎料等来与诸如氧化铝、铜等之类的金属结合。进一步地，在树脂等的情形中应当采用耐热的环氧树脂粘合剂。
接下来将参照图14描述根据本发明的第六实施方式。与第一实施方式相似，第六实施方式将被描述为应用于在车床等中使用的刀头(切削工具)。刀头15是在车床等的刀头支架上使用和附连并且由固定在刀头支架上的刀柄部分19(安装部分)以及通过硬钎焊固定在刀柄部分19上的切削刀片18组成。
切削刀片18由切削刃口部分20和支承部分21组成。切削刃口部分20的最末端面C面在0.002mm至0.1mm的范围中(理想地，在0.02mm至0.03mm的范围中)一体地从支承切削刃口部分20的支承部分21的最末端面D面突出。进一步地，使用采用银钎料作为主要成分的钎料固定切削刃口部分20和支承部分21，从而当切削刀片18的刃口被推靠在工件W上以执行加工时它们之间不会出现滑动或分离。
切削刃口部分20为烧结体，其由通过将例如钴Co和镍Ni添加到碳化钨WC增加了韧性以防止碎裂的高硬度材料(例如，烧结硬质合金)构成且其采用具有厚度在0.2mm至2mm的范围中的薄板形状。
当切削刃口部分20加工工件时，支承部分21需要在强度方面加强和支承切削刃口部分20的规定强度。为此，构成支承部分21的材料应当为具备预定强度或更高强度的材料，并且在本实施方式中采用与切削刃口部分20相同的材料。
切削刃口部分20的任一侧或一侧上存在热影响层可在加工工件时形成碎裂的诱因。因此，为了防止出现碎裂，如果切削刃口部分20的任一侧或一侧上存在热影响层，则希望通过执行研磨来去除热影响层。这样，进一步提高了防止切削刃口部分20的碎裂的效果。进一步地，通过在切削刃口部分20的表面上——即在加工期间接触工件的前刀面和后刀面上——利用CVD(化学气相淀积)或PVD(物理气相淀积)覆涂硬涂层如TiAIN能够实现防止切削刃口部分45磨损的效果。
接下来将描述操作。这样构成的刀头15在刀柄部分19(安装部分)附连并固定在例如车床的刀头支架上，并且切削刀片18被抵靠在旋转的工件W上横切以切削工件W。
构成切削刀片18的切削刃口部分20的最末端面C面，即后刀面，以在0.002mm至0.1mm的范围中的突出量VA从支承部分21的最末端面D面突出。因而，在工件的加工期间，支承部分21的最末端面D面未接触工件W，并且当切削刀片18的刃口被推靠在工件W上以执行加工时，切削刃口部分20仅最末端部的刃口开始磨损。因而，如图14所示，切削刃口部分20上的后刀面磨损的宽度VB一直保持恒定直到到达接近支承部分21的最末端面D面的位置为止，在该段时间内作用在与工件W的接触面上的切削阻力不会增加，并且因而不会出现切削刃口部分20由于施加在其上的过大应力而碎裂。因此，在切削刃口部分20开始磨损时，它能够继续加工工件，从而能够延长切削刀片18的寿命。在0.002mm至0.1mm的范围中的突出量VA是通过实验得到的，并且如果突出量VA小于0.002mm，则很有可能当切削刀片被推靠在工件上以执行切削时，支承部分接触工件而起到加工作用。进一步地，如果突出量VA大于0.1mm，则很有可能当切削刃口部分20的最末端部加工工件时，在切削刃口部分20与支承部分21之间的边界部分L产生过大的弯曲应力，从而导致切削刃口部分20的破坏。根据上述原因，将突出量VA设定在0.002mm至0.1mm的范围中。
在第六实施方式中，刀头15由附连于刀头支架的刀柄部分19(安装部分)以及通过硬钎焊固定在刀柄部分19上的切削刀片18组成。无需局限于此，可使构成切削刀片18的支承部分起到刀柄的作用并且将支承部分固定在刀头支架上。
进一步地，在第六实施方式中，由于在切削刃口部分20上执行研磨以从其去除热影响层，所以能够更可靠地防止出现碎裂，从而能够进一步延长切削刀片18的寿命。进一步地，由于利用CVD(化学气相淀积)或PVD(物理气相淀积)在切削刃口部分20的后刀面和前刀面上覆涂了硬涂层如TiAIN，所以能够实现防止切削刃口部分20磨损的效果，从而能够进一步延长寿命。
进一步地，在第六实施方式中，当在预定时间段加工工件W致使切削刃口部分20磨损并致使切削刃口部分20的最末端面C面达到接近支承部分21的最末端面D面的位置时，判断切削刀片18的寿命已届满，因此可废弃切削刀片18。然而，可通过加工支承部分21的最末端面D面来去除其一部分以恢复初始状态——即通过加工支承部分21的最末端面D面以去除其一部分使得最末端面C面的突出量VA在从支承部分21的最末端面D面突出的切削刃口部分20的此类磨损之后变成处于0.002mm至0.1mm的范围中——来重新使用。这样，能够在降低成本的前提下延长寿命。此时，用以部分去除支承部分21的最末端面D面的加工可在刀头15分离的情况下在加工设备外部执行或可在刀头15保持附连于加工设备的情况下执行。在任一情形中，都可通过机加工、电子机械加工、放电加工等来执行去除加工的方法。
此外，作为第六实施方式的不同形式，在多个切削刀片中，这些切削刀片在它们本身固定在用于铣床等的旋转驱动切削工具的端面上的情况下使用，与图15所示的切削刀片86的情形一样，由烧结硬质合金制成的切削刃口部分40的最末端面E面可以以在0.002mm至0.1mm的范围中的突出量VA从支承部分42的最末端面F面突出。在此情形中，多个切削刃口部分40的刃口在它们磨耗时继续加工工件，直到切削刃口部分40的最末端部的磨损致使最末端面E面达到支承部分42的最末端面F面为止。因而，具有相同厚度的多个切削刃口部分40以相同的量磨耗，施加在其上的切削阻力相同，并且变成相对于工件W的高度一直均匀。因此，可获得精确的加工结果。
进一步地，当切削刃口部分40的磨损致使切削刃口部分40的最末端面E面达到接近支承部分42的最末端面F面时，判断切削刀片86的寿命已经届满，由此可废弃切削刀片86。然而，可通过加工支承部分42的最末端面F面来去除其一部分以恢复初始状态——即通过加工支承部分42的最末端面F面以去除其一部分使得最末端面E面的突出量VA在从支承部分42的最末端面F面突出的切削刃口部分40的此类磨损之后变成处于0.002mm至0.1mm的范围中的长度——来重新使用。这样，能够降低成本。此时，用以部分去除支承部分42的最末端面F面的加工可在加工设备外部执行或可在切削工具保持附连于加工设备的情况下执行。在任一情形中，都可通过机加工、电子机械加工、放电加工等来执行去除加工的方法。
此外，在第六实施方式中，由于切削刃口部分20的最末端面C面以长度在0.002mm至0.1mm的范围中(优选地，在0.02至0.03mm的范围中)的突出量VA从支承切削刃口部分20的支承部分21的最末端面D面突出，所以支承部分21在加工期间仅起到支承切削刃口部分20的作用而不接触工件W并且不影响加工。因而，只要构成支承部分21的材料在强度方面满足要求，则可从宽范围——即从普通材料(例如，铁)至高强度材料(即用于切削刃口部分20的烧结硬质合金)——进行选择，因而，可实现成本降低或根据用途增加强度。
在第六实施方式中，如图16所示，构成刀头43的支承部分68和切削刃口部分69可由高硬度材料、例如烧结硬质合金等一体地形成。操作和效果与第六实施方式中相同，并且用途与切削刀片18相同。
工业实用性
根据本发明的切削刀片，寿命上的延长适合用于诸如车床、铣床之类的切削机器中。

Claims (15)

1.一种切削刀片，包括：
切削刃口部分，其由高硬度材料制成以具有薄板形状；以及
支承部分，其由在与工件接触时比所述切削刃口部分更易磨损的材料制成以便即使与所述工件接触也不对所述工件施加加工作用，并且所述支承部分在所述切削刃口部分的前刀面的反面固定并支承所述切削刃口部分。
2.如权利要求1所述的切削刀片，其中，所述切削刃口部分的厚度在0.2mm至2mm的范围中。
3.如权利要求1所述的切削刀片，其中，所述支承部分由脆性材料制成。
4.如权利要求3所述的切削刀片，其中，所述脆性材料为混合有钎料和陶瓷颗粒的烧结体。
5.如权利要求1所述的切削刀片，其中，使用钎料将所述切削刃口部分硬钎焊在所述支承部分上。
6.如权利要求1所述的切削刀片，其中，所述切削刃口部分的刃口形状被加工成与要在工件上加工出的形状一致的形状。
7.如权利要求1所述的切削刀片，其中，所述切削刃口部分以0.002mm至0.1mm的范围从所述支承部分突出。
8.如权利要求7所述的切削刀片，其中，所述支承部分由高硬度材料制成，并且所述切削刃口部分的厚度在0.2mm至2mm的范围中且一体地从所述支承部分突出。
9.如权利要求1所述的切削刀片，其中，在所述切削刃口部分的任一侧或一侧上执行研磨。
10.如权利要求1所述的切削刀片，其中，所述切削刃口部分具有形成在其接触所述工件的表面上的硬涂层。
11.如权利要求1所述的切削刀片，其中，所述切削刀片固定在被旋转驱动的切削工具本体的圆周上。
12.如权利要求1所述的切削刀片，其中，所述切削刀片以可拆卸方式固定在切削工具的安装部分上，所述切削工具由所述安装部分和所述切削刀片构成。
13.如权利要求1所述的切削刀片，其中，对所述切削刀片进行加工以在使用所述切削刀片的加工设备上成形所述切削刃口部分的刃口。
14.一种如权利要求7所述的切削刀片的形成方法，其中，加工所述支承部分的最末端面来进行去除以便保留以0.002mm至0.1mm的范围突出的突出部分。
15.一种切削刀片的制造方法，包括如下步骤：
将由高硬度材料制成以具有薄板形状的切削刃口部分放置在模具的底面上；
将陶瓷颗粒和钎料的混合物填充并压紧在放置于所述模具中的所述切削刃口部分上；以及
烧结所述压紧的混合物。
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