CN108472750A - 旋转切削刃材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种旋转切削刃材料具有将变为附接到刀柄的部分的附接结构形成部、将变为切削刃的切削结构形成部以及接合部。切削结构形成部具有经由接合部设置在附接结构形成部上的芯部和表面部。表面部覆盖芯部的表面的至少一部分。附接结构形成部包括硬质材料，硬质材料包括硬质成分以及至少一种铁族元素，并且硬质材料具有350GPa以下的杨氏模量。芯部包括硬质合金材料，并且表面部包括PCD或CBN。硬质成分为选自以下群组中的至少一种，该群组包括：W(钨)、WC(碳化钨)、TiC(碳化钛)、TiCN(碳氮化钛)、Al2O3(氧化铝)、以及CBN(立方氮化硼)和/或金刚石与W和/或WC的组合。

Description

旋转切削刃材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及旋转切削刃材料及其制造方法。本申请要求基于2016年10月7日提交的日本专利申请No.2016-199278的优选权，该日本专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。
背景技术
日本国家专利公开NO.2015-520661(专利文献1)描述了将具有超硬结构的、待被加工成旋转切削工具的切削刃的构造附接于刀架。具体地说，诸如用于将上述构造和刀架进行钎焊的螺纹槽等附接装置例如设置在上述构造中，这使得能够将上述构造附接至刀架。
引用列表
专利文献
专利文献1:日本国家专利公开NO.2015-520661
发明内容
据本公开的一个方面的旋转切削刃材料是用于附接到刀柄而使用的旋转切削刃的旋转切削刃材料，所述旋转切削刃材料具有待用作附接到刀柄的附接部的附接结构形成部、待用作切削刃的切削结构形成部以及接合部，所述切削结构形成部具有设置在所述附接结构形成部上的芯部和表面部，并且所述接合部夹置在所述芯部、所述表面部与所述附接结构形成部之间，所述表面部覆盖所述芯部的表面的至少一部分，所述附接结构形成部包括硬质材料，所述硬质材料包括硬质成分以及一种铁族元素或两种以上的铁族元素，所述硬质材料具有350GPa以下的杨氏模量，所述芯部包括硬质合金材料，所述表面部包括PCD(多晶金刚石)或CBN(立方氮化硼)，所述硬质成分为选自以下群组中的至少一种，所述群组包括：W(钨)、WC(碳化钨)、TiC(碳化钛)、TiCN(碳氮化钛)、Al2O3(氧化铝)、以及CBN(立方氮化硼)和金刚石中的至少一种与W和WC中的至少一种的组合。
根据本公开的另一方面的制造旋转切削刃材料的方法具有：通过使用用于形成所述附接结构形成部的第一前驱体、用于形成所述芯部的第二前驱体以及用于形成所述表面部的第三前驱体来组装所述旋转切削刃材料的前驱体的组装步骤；以及对所述旋转切削刃材料的所述前驱体进行烧结的烧结步骤。
附图说明
图1A是示出本实施例的一个方面的旋转切削刃材料的透视图。
图1B是沿图1A中的线A-A截取的剖视图。
图2A是示出本实施例的另一方面的旋转切削刃材料的剖视图。
图2B是示出本实施例的又一方面的旋转切削刃材料的剖视图。
图2C是示出本实施例的再一方面的旋转切削刃材料的剖视图。
图3是示出本实施例的再一方面的旋转切削刃材料的剖视图。
图4是示出本实施例的再一方面的旋转切削刃材料的透视图。
图5是从本实施例中的旋转切削刃材料得到的旋转切削刃的透视图。
具体实施方式
[本公开内容要解决的问题]
诸如钻头和立铣刀等旋转切削工具的切削刃在使用时会磨损。因此，在切削性能下降或过了规定的使用期限之后，包括至少切削刃的切削头被新的切削头更换。此时，如果切削头以不可拆卸的方式附接到超硬刀柄，则即使当超硬刀柄由于其未达到使用寿命的终点而无需更换时，超硬刀柄也必须在更换切削刃时被一起更换。就成本而言，超硬刀柄的这种更换不是优选的，这是因为超硬刀柄相对较昂贵。因此，可想到的是，将切削头可拆卸地附接至超硬刀柄，从而在切削刃磨损时能够仅更换切削头。
然而，专利文献1中描述的构造在用于将该构造附接至刀架的附接装置的成型以及钎焊方面具有进一步的改进余地。
鉴于上述情况已作出了本公开，并且本公开的目的在于提供相对于刀柄具有优异的可附接性的旋转切削刃材料及其制造方法。
[本公开内容的有益效果]
根据本公开，可以提供相对于刀柄具有优异的可附接性的旋转切削刃材料及其制造方法。
[本发明的实施例的描述]
首先，将列举和描述本发明的实施例。
[1]根据本发明的一个方面的旋转切削刃材料是用于附接到刀柄而使用的旋转切削刃的旋转切削刃材料，旋转切削刃材料具有待用作附接到刀柄的附接部的附接结构形成部、待用作切削刃的切削结构形成部以及接合部，切削结构形成部具有设置在附接结构形成部上的芯部和表面部，并且接合部夹置在芯部、表面部与附接结构形成部之间，表面部覆盖芯部的表面的至少一部分，附接结构形成部包括硬质材料，硬质材料包括硬质成分以及一种铁族元素或两种以上的铁族元素，硬质材料具有350GPa以下的杨氏模量，芯部包括硬质合金材料，表面部包括PCD(多晶金刚石)或CBN(立方氮化硼)，硬质成分为选自以下群组中的至少一种，该群组包括：W(钨)、WC(碳化钨)、TiC(碳化钛)、TiCN(碳氮化钛)、Al2O3(氧化铝)、以及CBN(立方氮化硼)和金刚石中的至少一种与W和WC中的至少一种的组合。
[2]表面部覆盖芯部，使得芯部不向外部露出。
[3]在旋转切削刃材料中，接合部的至少一部分包括一种铁族元素或两种以上的铁族元素。
[4]在旋转切削刃材料中，接合部的在附接结构形成部与表面部之间的部分包括一种铁族元素或两种以上的铁族元素。
[5]在旋转切削刃材料中，芯部中具有中空部，并且附接结构形成部具有布置在中空部中的内芯部。
[6]在旋转切削刃材料中，硬质材料具有小于300GPa的杨氏模量。
[7]在旋转切削刃材料中，硬质材料具有5％以下的伸长率。
[8]旋转切削刃材料是用于附接到刀柄而使用的旋转切削刃的旋转切削刃材料，旋转切削刃材料具有待用作附接到刀柄的附接部的附接结构形成部、待用作切削刃的切削结构形成部以及接合部，切削结构形成部具有设置在附接结构形成部上的芯部和表面部，并且接合部夹置在芯部、表面部与附接结构形成部之间，表面部覆盖芯部的表面的至少一部分，附接结构形成部包括硬质材料，硬质材料包括W(钨)、铁和镍，硬质材料具有小于300GPa的杨氏模量和小于5％的伸长率，芯部包括硬质合金材料，表面部包括CBN(立方氮化硼)，接合部的在附接结构形成部与表面部之间的部分是包括一种铁族元素或两种以上的铁族元素的材料。
[9]根据本发明的另一方面的制造旋转切削刃材料的方法具有：通过使用用于形成附接结构形成部的第一前驱体、用于形成芯部的第二前驱体以及用于形成表面部的第三前驱体来组装旋转切削刃材料的前驱体的组装步骤；以及对旋转切削刃材料的前驱体进行烧结的烧结步骤。
[10]在用于制造旋转切削刃材料的方法中，在组装步骤中，将第二前驱体和第三前驱体布置在第一前驱体上，并且将包括一种铁族元素或两种以上的铁族元素的材料夹置在第二前驱体、第三前驱体与第一前驱体之间。
[本发明的实施例的细节]
在下文中将参考附图对根据本实施例的旋转切削刃材料及其制造方法的具体实例进行描述。图1A是示出本实施例的一个方面的旋转切削刃材料的透视图，并且图1B是沿图1A中的线A-A截取的剖视图。图2是示出本实施例的另一方面的旋转切削刃材料的剖视图。图3是示出本实施例的再一方面的旋转切削刃材料的剖视图。图4是示出本实施例的再一方面的旋转切削刃材料的透视图。图5是从本实施例中的旋转切削刃材料得到的旋转切削刃的透视图。
[旋转切削刃材料的结构]
本实施例中的旋转切削刃材料1是用于附接到刀柄5而使用的旋转切削刃的材料。如图1A和图1B所示，本实施例中的旋转切削刃材料1具有待用作附接到刀柄5的附接部2的附接结构形成部20、待用作切削刃的切削结构形成部30以及接合部40。如图5所示，从附接结构形成部20得到附接部2并且从切削结构形成部30得到切削部3，并且由此，从旋转切削刃材料1得到旋转切削刃(切削头)10，旋转切削刃(切削头)10具有切削部3和附接部2并且通过附接部2附接到刀柄5而使用。
(附接结构形成部)
在通过对上述旋转切削刃材料1进行加工而得到的旋转切削刃10中，附接结构形成部20用作附接部2以用于附接到刀柄5(图5)。当通过诸如螺钉紧固、钉扎(pining)、其它类型的接合以及压装(press fitting)等机械紧固将旋转切削刃10附接到刀柄5时，在附接结构形成部20中形成经过切削加工或磨削加工而被加工成螺纹槽、销孔等的规定形状的附接部2。当通过钎焊将旋转切削刃10附接到刀柄5时，附接结构形成部20本身可以用作附接部2，或者可以根据需要加工成规定形状以用作附接部2。
附接结构形成部20的形状和尺寸被选择为使得可以实施用于形成机械紧固(诸如螺钉紧固、钉扎、其它类型的接合以及压装等)用的结构的切削加工或磨削加工，或者使得可以实施相对于刀柄5的钎焊。
如图1A所示，本实施例中的附接结构形成部20具有这样的圆柱状形状：附接结构形成部20至切削结构形成部30的接合面具有与切削结构形成部30至附接结构形成部20的接合面相同的圆形形状。
尽管图1A示出了具有圆形接合面的圆柱状附接结构形成部20，但附接结构形成部20的形状不限于圆柱状形状，并且可以是任何形状，诸如椭圆柱状形状、多棱柱形状(包括三棱柱形状、四棱柱形状等)、锥状形状和多棱锥形状等。尽管图1B示出了具有矩形纵截面的附接结构形成部20(该矩形纵截面是在与切削结构形成部30的接合面垂直的方向上的截面，并且与沿图1A中的线A-A截取的截面对应)，但纵截面的形状不限于此，并且可以是诸如梯形形状和三角形形状等任何形状。另外，如图1B所示，附接结构形成部20的接合面可以具有与切削结构形成部30的接合面相同的形状和尺寸，或者例如如图4所示，可以具有与切削结构形成部30的接合面不同的形状和尺寸。
附接结构形成部20的高度(在与切削结构形成部30的接合面垂直的方向上的长度)没有特别限制，只要附接结构形成部20具有这样的高度即可：高度允许用于形成机械紧固用的结构的切削加工和磨削加工、高度允许钎焊、并且高度允许在通过对附接结构形成部20进行加工而得到的附接部2中提供上述减振效果。例如，在具有图1A所示形状的附接结构形成部20中，可以将接合面的直径设定为5mm至30mm，并且可以将附接结构形成部20的高度设定为1mm至20mm。
附接结构形成部20由包括硬质成分和选自铁族元素中的至少一种元素的硬质材料形成。硬质成分为选自以下群组中的至少一种，该群组包括：W(钨)、WC(碳化钨)、TiC(碳化钛)、TiCN(碳氮化钛)、Al2O3(氧化铝)、以及CBN(立方氮化硼)和金刚石中的至少一种与W和WC中的至少一种的组合。铁族元素是钴、铁和镍中的任何一种。铁族元素用作用于由硬质成分形成烧结材料的烧结助剂。
硬质材料优选地包括上述硬质成分中的W(钨)，并且优选地包括上述铁族元素中的铁和镍中的至少一种。
除了上述硬质成分和上述铁族元素以外，硬质材料还可以包括诸如铜等其它成分作为成分。
硬质材料中含有的硬质成分的含量相对于硬质材料的总质量而言优选地在50质量％以上，更优选地在80质量％以上，并且进一步优选地在90质量％以上。硬质材料中包含有的铁、镍和钴的总含量相对于硬质材料的总质量而言优选地在50质量％以下，更优选地在20质量％以上，并且进一步优选地在10质量％以下。
当将选自包括W(钨)、WC(碳化钨)、TiC(碳化钛)、TiCN(碳氮化钛)、Al2O3(氧化铝)、以及CBN(立方氮化硼)和金刚石中的至少一种与W和WC中的至少一种的组合的群组中的至少一种的硬质成分用作附接结构形成部20的硬质成分时，可以使附接结构形成部20的硬度低于包括硬质合金材料的芯部31和包括PCD(多晶金刚石)或CBN(立方氮化硼)的表面部32的硬度，并且由此，可以向附接结构形成部20提供优异的自由可切削性(free-cuttability)。结果，能够有利地对用于螺钉紧固、钉扎和其它类型的接合的附接结构形成部20实施切削加工或磨削加工。当将作为金属材料的W(钨)用作上述硬质成分时，在将附接结构形成部20加工成附接部2并将附接部2钎焊至刀柄5时，可以提高附接部2的钎焊润湿性。
本发明人最近发现，由于附接结构形成部20包括具有特定性能的硬质材料，因此在将旋转切削刃10附接到刀柄5而使用时，由附接结构形成部20形成的附接部2产生抑制颤振和破损的减振效果，由此可以提高旋转切削刃10的使用寿命。
其原因估计如下。由于附接结构形成部20包括具有特定性能的硬质材料，因此可以使附接结构形成部20的刚性小于包括硬质合金材料的芯部31和包括PCD或CBN的表面部32的刚性。结果，在使用本实施例中的旋转切削刃材料得到旋转切削刃10时，由附接结构形成部20形成且附接到刀柄5的附接部2也容易发生弹性变形。因此，当使用旋转切削刃10作为旋转切削工具时，可以减小施加到上述附接部2的载荷，并且由此可以抑制旋转切削刃10的破损。
另外，当使用旋转切削刃10作为旋转切削工具时，旋转切削刃10的附接部2容易受到振动的影响。然而，当附接部2由如上所述那样容易变形的材料制成时，附接部2容易吸收振动，并且由此可以提供具有减小的颤振和优异的减振性(抗振性)的旋转切削工具。
为了形成这样的附接结构形成部20，优选地使用在25℃的温度下杨氏模量小于500GPa的材料作为硬质材料，更优选地使用在25℃的温度下杨氏模量小于400GPa的材料作为硬质材料，进一步优选地使用在25℃的温度下杨氏模量在350GPa以下的材料作为硬质材料，最优选地使用在25℃的温度下杨氏模量小于300GPa的材料作为硬质材料。上述杨氏模量是根据拉力试验测得的值。
另外，如下所述，通过烧结使附接结构形成部20以及形成切削结构形成部30的芯部31和表面部32成一体。本发明人发现，在使用包括硬质材料的附接结构形成部20、包括硬质合金材料的芯部31以及包括PCD或CBN的表面部32的情况下，在通过上述烧结而实施一体化时，附接结构形成部20与芯部31和表面部32之间在烧结期间的接合性能可能在某些情况下会下降。
其原因估计如下。具体地说，由于烧结期间温度发生变化，因此在附接结构形成部20、芯部31和表面部32中的每一者中发生变形(热膨胀)。附接结构形成部20、芯部31和表面部32的变形程度根据形成每个部分的材料的差异而变化。形成附接结构形成部20的硬质材料比形成芯部31的硬质合金材料和形成表面部32的包括PCD或CBN的材料更容易变形。在烧结期间这种变形的差异很可能导致附接结构形成部20与芯部31和表面部32之间在烧结期间的接合性能降低。
本发明人发现，通过调节上述硬质材料的伸长率可以抑制烧结期间的接合性能的降低。具体地说，上述硬质材料的伸长率优选地在5％以下，更优选地在1％以下，进一步优选地在0.5％以下。当硬质材料的伸长率在5％以下时，可以降低由上述硬质材料制成的附接结构形成部20的塑性变形能力。结果，由烧结期间的温度变化导致的附接结构形成部20的变形减少，并且由此，可以减小烧结期间附接结构形成部20与切削结构形成部30的芯部31和表面部32之间的变形的差异。结果，可以抑制由于附接结构形成部20与切削结构形成部30之间的变形差异而导致的附接结构形成部20与表面部32之间的接合性能的降低。上述伸长率是根据拉力试验测得的值。
如上所述，使用包括硬质成分和铁族元素并且具有特定性能的硬质材料来形成本实施例中的附接结构形成部20，并且由此，可以促进用于附接到刀柄5的机械紧固的切削加工或磨削加工，以及用于附接到刀柄5的钎焊。另外，可以得到当旋转切削刃10附接到刀柄5而使用时抑制颤振和破损的减振效果。此外，通过调节硬质材料的伸长率，也可以实现烧结期间附接结构形成部20与切削结构形成部30的芯部31和表面部32之间的优异的接合性能。
可以根据硬质材料中的硬质成分和铁族元素的种类和含量来调节硬质材料的杨氏模量和伸长率。
(切削结构形成部)
对切削结构形成部30进行加工以在通过对旋转切削刃材料1进行加工而得到的旋转切削刃10中形成具有切削刃的切削部3(图5)。如图1A所示，本实施例中的切削结构形成部30具有圆柱状形状。形成切削结构形成部30的柱的底面的尺寸和柱的高度不受特别限制，只要通过切削加工或磨削加工可以形成具有切削刃的切削部3即可。例如，在具有图1A所示形状的切削结构形成部30中，底面的直径可以设定为5mm至30mm，并且高度可以设定为5mm至30mm。
尽管图1A示出了圆柱状切削结构形成部30，但切削结构形成部30的形状不限于圆柱状形状，而可以是任何形状，诸如椭圆柱状形状、多棱柱形状(包括三棱柱形状、四棱柱形状等)、锥状形状和多棱锥形状等。尽管图1B示出了具有矩形纵截面的切削结构形成部30(该矩形纵截面是在与附接结构形成部20的接合面垂直的方向上的截面，并且与沿图1A中的线A-A截取的截面对应)，但纵截面的形状不限于此，并且可以是诸如梯形形状和三角形形状等任何形状。另外，切削结构形成部30至附接结构形成部20的接合面可以具有与附接结构形成部20的接合面相同的形状和尺寸或不同的形状和尺寸。
本实施例中的切削结构形成部30具有设置在附接结构形成部20上的芯部31和表面部32，并且接合部40夹置在芯部31、表面部32与附接结构形成部20之间。表面部32覆盖芯部的表面的一部分。具体地说，如图1B所示，表面部32设置为覆盖芯部31的除了与接合部40接触的表面以外的表面的至少一部分。在表面部32覆盖芯部31的部分中，芯部31和表面部32通过下述的烧结而接合。芯部31和表面部32中的每一者的尺寸可以被选择为使得通过切削加工或磨削加工可以形成期望的切削刃，并且可以在考虑到所形成的切削刃的尺寸和形状以及需要接合到附接结构形成部20的尺寸的情况下选择芯部31和表面部32中的每一者的底面直径和高度。例如，在具有图1B所示形状的切削结构形成部30中，芯部31的底面的直径可以设定为3mm至27mm，并且芯部31的高度可以设定为5mm到30mm。另外，表面部32的底面的外径可以设定为5mm至30mm，并且表面部32的高度可以设定为5mm至30mm。
(芯部)
如图1A和图1B所示，本实施例中的芯部31设置在切削结构形成部30的中央部分，并具有实心圆柱状形状。尽管图1A和图1B示出了实心圆柱状芯部31，但芯部31的形状不限于圆柱状形状并且可以是任何形状，诸如椭圆柱状形状、多棱柱形状(包括三棱柱形状、四棱柱形等)、锥状形状和多棱锥形状等。芯部31可以具有实心形状或中空形状。
形成在芯部31中的中空部可以成形为从芯部31的与附接结构形成部20接合的一侧的表面穿透到芯部31的与附接结构形成部20接合的该侧相反的一侧的表面，或可以成形为仅穿透这些表面中的一个表面，或可以成形为不穿透这些表面中的任何表面。
如图2A所示，当芯部31具有中空形状时，可以在芯部31的中空部中设置由形成附接结构形成部20的硬质材料或诸如与形成芯部31和附接结构形成部20的材料不同的钢等任何材料制成的内芯部33。如何设置内芯部33没有特别限制。例如，如图2A所示，具有与芯部31的中空部的形状相同的形状的内芯部33可通过旋入、收缩配合(shrinkage fitting)或钎焊而固定到上述中空部。作为选择，如图2B所示，内芯部33可以形成为具有类似于销的形状，其在附接结构形成部20侧的末端具有螺纹槽，使得内芯部33和附接结构形成部20通过诸如螺接或销接等固定方式而固定。在这种情况下，内芯部33的另一末端形成为具有螺钉或销的头部的形状。
如图2C所示，当由与形成附接结构形成部20的硬质材料相同的材料制成的内芯部33布置在芯部31的中空部中时，设置在芯部31的中空部中的内芯部33和附接结构形成部20可以形成为一体，并且可以将附接结构形成部20和切削结构形成部30组装成使得内芯部33布置在芯部31的中空部中。如上所述，当由与形成附接结构形成部20的硬质材料相同的材料制成的内芯部33与附接结构形成部20形成为一体时，可以进一步提高所得到的旋转切削刃10的减振性。
图1B和图2A至图2C示出了均具有矩形纵截面的芯部31和内芯部33(该矩形纵截面是在与附接结构形成部20的接合面垂直的方向上的截面，并且与沿图1A中的线A-A截取的截面对应)。然而，芯部31和内芯部33可以具有相同的纵截面形状或不同的纵截面形状，并且纵截面的形状可以是诸如梯形形状和三角形形状等任何形状。
芯部31由硬质合金材料制成。硬质合金材料例如是包括碳化钨和钴的材料。由于将硬质合金材料用于芯部31，因此可以使芯部31的硬度低于由PCD或CBN制成的表面部32的硬度。结果，可以使具有上述芯部31的切削结构形成部30的硬度低于在整体上仅由PCD或CBN形成切削结构形成部30的情况下的硬度。因此，可以便于用于形成切削刃的切削加工和磨削加工，并且可以提供具有优异的切削刃加工性能的切削结构形成部30。
另外，由于将硬质合金材料用于芯部31，因此当芯部31的模制体(成型体)和表面部32的模制体如下所述那样进行组装和烧结时，可以得到芯部31和包括PCD或CBN的表面部32的优异接合状态。
包括在形成芯部31的硬质合金材料中的碳化钨和钴之间的含量比没有特别限制。然而，碳化钨的含量相对于碳化钨和钴的总质量优选地在75质量％以上，并且更优选地在85质量％以上。另外，碳化钨的含量相对于碳化钨和钴的总质量优选地在98质量％以下，并且更优选地在95质量％以下。当碳化钨的含量相对于碳化钨和钴的总质量在75质量％以上时，可以确保芯部的强度。当碳化钨的含量相对于碳化钨和钴的总质量在98质量％以下时，可以实现与表面部32的优异接合。
硬质合金材料可以包括除碳化钨和钴以外的成分。其它成分的实例可以包括TiC、TaC、Ni等中的一种或两种以上。其它成分的含量相对于硬质合金材料的总质量优选地在10质量％以下，并且更优选地在5质量％以下。
(表面部)
如图1A和图1B所示，本实施例中的表面部32具有带中空部的圆柱状形状，中空部将上述芯部31容纳在中央。如图1B所示，表面部32与附接结构形成部20接合，并同心地设置在圆柱状芯部31的侧表面的外圆周上，从而与芯部31一起形成整体上具有圆柱状形状的切削结构形成部30。在表面部32覆盖芯部31的部分中，通过下述的烧结使表面部32与芯部31接合。
表面部32具有与附接结构形成部接合的接合面，并且设置为覆盖芯部31的表面的至少一部分。具体地说，如图1B和图2所示，表面部32可以仅设置在芯部31的表面的侧表面部上，或者如图3所示，可以设置在芯部31的侧表面和顶表面上，使得芯部31的表面不向外部露出。结果，在切削部3的末端部处也可以制造具有形成在表面部32上的切削刃的旋转切削刃10。
表面部32的形状和尺寸没有特别限制，只要表面部32可以与芯部31接合并且通过对切削结构形成部30实施切削加工或磨削加工可以形成切削刃即可。因此，表面部32可以形成为具有不同于芯部31的外部形状，并且切削结构形成部30的外部形状可以形成为任何形状，诸如椭圆柱状形状、多棱柱形状(包括三棱柱形状、四棱柱形状等)、锥状形状和多棱锥形状等。用于形成切削刃的切削加工或磨削加工可以仅对表面部32实施，或者可以对表面部32和芯部31这两者实施。
表面部32由包括PCD(多晶金刚石)或CBN(立方氮化硼)的材料制成。由于表面部32由包括PCD或CBN的材料制成，因此可以形成耐磨性和耐破损性优异的旋转切削工具。表面部32优选地由包括CBN的材料制成。
(接合部)
接合部40形成在附接结构形成部20与切削结构形成部30之间的接合面上。接合部40至少具有第一接合部和第二接合部，第一接合部与附接结构形成部20和切削结构形成部30的芯部31的接合面接合，第二接合部与附接结构形成部20和切削结构形成部30的表面部32的接合面接合。接合部40的厚度没有特别限制，只要得到必要的接合强度即可。例如，接合部40的厚度可以设定为5μm至200μm。
通过设置接合部40，可以使附接结构形成部20和切削结构形成部30牢固地接合。结果，当本实施例中的旋转切削刃材料被加工成旋转切削刃10而使用时，可以防止由切削结构形成部30形成的切削部3与由附接结构形成部20形成的附接部2之间的分离，并且可以防止切削部3和附接部2中产生裂纹，并且由此可以确保在用作旋转切削刃10时的强度。为了允许适合用作旋转切削刃10，根据剪切测试测得的接合部40的强度优选地在25kgf/mm2以上，并且优选地在30kgf/mm2以上。
为了使附接结构形成部20和切削结构形成部30接合，接合部40可以由这样的材料制成：该材料包括铁族元素钴、铁和镍中的一种铁族元素或两种以上铁族元素。由于接合部的使附接结构形成部20和表面部32接合的第二接合部是由包括一种铁族元素或两种以上的铁组元素的材料制成的接合部，因此可以改善附接结构形成部20与切削结构形成部30的表面部32之间的接合性能。
接合部40可以通过对附接结构形成部20和切削结构形成部30进行烧结而形成。具体地说，在烧结期间，由于包括在附接结构形成部20中的铁族元素和包括在芯部31中的少量钴成分，附接结构形成部20和切削结构形成部30的芯部31可以形成接合部40。当将PCD用作切削结构形成部30的表面部32时，在烧结期间也可以在附接结构形成部20与表面部32之间形成接合部40。然而，当将钴成分含量低的CBN用作表面部32时，接合性能的降低可能成为问题。因此，当表面部32包括CBN时，优选地设置包括上述铁族元素的接合部40。结果，包括CBN的表面部32和附接结构形成部20可以以不小于30kgf/mm2的接合强度接合。
接合部40可以包括由含有一种铁族元素或两种以上的铁族元素的材料制成的接合部以及通过烧结形成的接合部这两者，或者可以仅包括这些接合部中的一者。例如，使附接结构形成部20和芯部31接合的第一接合部可以通过烧结来形成，并且使附接结构形成部20和表面部32接合的第二接合部可以由包括一种铁族元素或两种以上的铁族元素的材料形成。
[制造旋转切削刃材料的方法]
本实施例中的旋转切削刃材料通过以下步骤来制造：组装步骤，其形成用作附接结构形成部20的第一前驱体、作为芯部31的第二前驱体以及作为表面部32的第三前驱体，并且将第一前驱体至第三前驱体组装起来；以及烧结步骤，其对在组装步骤中组装在一起的旋转切削刃材料的前驱体进行烧结。附接结构形成部20的前驱体、芯部31的前驱体以及表面部32的前驱体中的每一个可以根据常规公知的方法来制造，并且可以例如使用通过将原料粉末放入到模具中并实施压制成型而得到的模制体，或可以例如使用通过切削加工或磨削加工将各材料的毛坯部件等加工成规定形状而得到的毛坯工件。由于每种前驱体通过烧结而收缩，因此优选地制备这样的用于形成模制体的模具和毛坯工件：它们的尺寸考虑了每种前驱体的收缩程度。
芯部31的前驱体通过推入而配合到如上所述得到的表面部32的前驱体的中空部中，从而形成用作切削结构形成部30的前驱体。接下来，将待用作切削结构形成部30的前驱体组装为使得芯部31的前驱体和表面部32的前驱体布置为与附接结构形成部20的前驱体接触，从而得到旋转切削刃材料的前驱体，并且对该前驱体进行烧结。该烧结步骤的结果是，使芯部31和表面部32接合，并且在芯部31与附接结构形成部20之间形成有包括钴的接合部40。当表面部32由PCD制成时，在表面部32与附接结构形成部20之间形成有包括钴的接合部40。
另一方面，当芯部31的前驱体和表面部32的前驱体布置在附接结构形成部20的前驱体上时，在组装上述前驱体期间，将包括铁族元素镍、铁和钴中的一种铁族元素或两种以上的铁族元素的材料夹置在芯部31的前驱体、表面部32的前驱体与附接结构形成部20的前驱体之间，并且随后实施烧结，形成包括上述铁族元素的接合部40。包括铁族元素的材料可以以粉末形式或箔形式布置在前驱体之间。
烧结步骤可以在常规已知的条件下实施。然而，在本实施例中，将不同的材料用于附接结构形成部20、芯部31和表面部32，并且由此烧结期间的变形程度不同。由于这种变形的差异，在附接结构形成部20、芯部31和表面部32的模制体彼此接触的部分中可能产生裂纹。因此，在烧结步骤中，在压力为4.5GPa至7.5GPa且温度为1200至1700℃的条件下实施烧结，并且然后在保持温度的情况下将压力降低至3GPa至4GPa以释放芯部31的压缩，并且随后将压力设定为常压并将温度设定为常温。结果，在模制体彼此接触的部分未出现裂纹，并且由此在模制体彼此接触的部分中可以得到优异的接合性能。
[预期用途]
如图5所示，本公开的旋转切削刃材料可以适当地用作诸如钻头和立铣刀等旋转切削工具的旋转切削刃10。
实例
在以下描述的实例和比较例中，实施如下测量和评估。
[杨氏模量和伸长率]
制备长30mm、宽5mm的带状试件，使用Autograph(岛津制作所制)以0.1mm/min的拉伸速度对该试件进行拉力试验，从而根据应变仪方法测量杨氏模量和伸长率。
[振动评估]
使用在实例和比较例中的每一个中得到的旋转切削工具，以600m/min的切削速度V、0.1mm的进给量fz、0.2mm的切削量Ae以及2.5mm的Ap对模具钢进行切削，从而利用振动计(由KEYENCE制造)评估振动。
A：由振动计测得的值较小(小于1.5m/s2)，并且旋转切削工具使用期间的减振性能非常优异。
B：由振动计测得的值中等(不小于1.5m/s2且小于3.0m/s2)，并且旋转切削工具使用期间的减振性能优异。
C：由振动计测得的值较大(不小于3.0m/s2)，并且旋转切削工具使用期间的减振性能不足。
[破损评估]
使用在实例和比较例中的每一个中得到的旋转切削工具，以600m/min的切削速度V、0.3mm的进给量fz、0.2mm的切削量Ae和2.5mm的Ap对模具钢进行切削，从而评估旋转切削刃(切削头)是否存在破损。
[实例1]
首先，为了通过烧结形成图1A和图1B所示的圆柱状附接结构形成部20、圆柱状芯部31和中空圆柱状表面部32中的每一者，使用下述的粉末材料并且利用模具实施压制成型，从而得到用于附接结构形成部的模制体、用于芯部的模制体和用于表面部的模制体。
·用于附接结构成形部的模制体
材料：硬质材料(杨氏模量：280GPa，伸长率：0.4％)，其包括90质量％的钨以及10质量％的含铁、镍和铜的金属粘结剂
·用于芯部的模制体
材料：硬质合金材料的粉末，其包括94质量％的碳化钨和6质量％的钴
压制成型期间的压力：100MPa至200MPa
·用于表面部的模制体
粉末材料：包括CBN和不可避免的杂质的材料的粉末
压制成型期间的压力：100MPa至200MPa
接着，用于芯部的模制体通过推入而配合到如上所述得到的用于表面部的模制体的中空部中，从而得到用于切削结构体形成部的模制体。接着，将包括100质量％的镍的薄板布置在用于附接结构形成部的模制体的接合面上以便形成接合部40，并且将用于芯部的模制体和用于表面部的模制体布置在该薄板上。如此组装上述模制体。
在温度为1400℃且压力为5Pa的条件下对如上所述组装的模制体进行烧结，从而得到旋转切削刃材料1。如此得到的旋转切削刃材料1具有8mm的直径和20mm的高度，附接结构形成部20具有12mm的高度，芯部31具有5mm的直径，表面部32在周向上具有1.5mm的厚度，并且芯部31和表面部32具有5mm的高度。
在所得到的旋转切削刃材料1的切削结构形成部30上形成四刃(扭转角：45°)的切削刃，并且在附接结构形成部20中形成螺纹槽以便待紧固到具有7.5mm的直径和75mm的长度的超硬刀柄5的螺旋部，从而得到旋转切削工具。对于如此得到的旋转切削工具，对旋转切削操作期间的振动和破损进行评估。结果示出在表1中。
[比较例1]
与实例1类似地得到旋转切削刃材料和旋转切削工具，除了将实例1中用作用于芯部的模制体的材料的硬质合金材料(杨氏模量：620GPa，伸长率：0.5％)用作用于附接结构成形部的模制体的材料。
对于如此得到的旋转切削工具，对旋转切削操作期间的振动和破损进行评估。结果示出在表1中。
基于实例1与比较例1之间的比较，显而易见的是，当附接结构形成部由硬质材料制成时，可以实现旋转切削操作期间的优异的减振性能，并且可以抑制破损。
[实例2至实例3]
与实例1类似地得到旋转切削刃材料和旋转切削工具，除了将下述材料用作用于附接结构成形部的模制体的材料。
·用于附接结构成形部的模制体
(实例2中的材料)
硬质材料(杨氏模量：300GPa，伸长率：5％)，其包括95质量％的钨以及5质量％的含铁、镍和铜的金属粘结剂
(实例3中的材料)
硬质材料(杨氏模量：350GPa，伸长率：25％)，其包括95质量％的钨以及5质量％的含铁、镍和铜的金属粘结剂
对于如此得到的旋转切削工具，对旋转切削操作期间的振动和破损进行评估。结果示出在表1中。
基于实例1至实例3间的比较，显而易见的是，附接结构成形部的杨氏模量变小，可以实现所得到的旋转切削工具的优异的减振性能，并且可以防止破损。
表1
尽管上文已经描述了本发明的实施例和实例，但是其初始意图旨在适当地组合上述实施例和实例中的每一个的特征。
应该理解的是，本文中披露的实施例和实例在各方面都是说明性的而非限制性的。本发明的范围由权利要求的条款来限定，而不是由上述实施例和实例限定，并且旨在包括在与权利要求的条款等同的范围和含义内的任何修改。
附图标记列表
1旋转切削刃材料；2附接部；3切削部；5刀柄；10旋转切削刃；20附接结构形成部；30切削结构形成部；31芯部；32表面部；33内芯部；40接合部。

Claims (10)

1.一种用于旋转切削刃的旋转切削刃材料，所述旋转切削刃附接到刀柄而使用，
所述旋转切削刃材料具有待用作附接到所述刀柄的附接部的附接结构形成部、待用作切削刃的切削结构形成部以及接合部，
所述切削结构形成部具有设置在所述附接结构形成部上的芯部和表面部，并且所述接合部夹置在所述芯部、所述表面部与所述附接结构形成部之间，
所述表面部覆盖所述芯部的表面的至少一部分，
所述附接结构形成部包括硬质材料，所述硬质材料包括硬质成分以及一种铁族元素或两种以上的铁族元素，所述硬质材料具有350GPa以下的杨氏模量，
所述芯部包括硬质合金材料，
所述表面部包括PCD(多晶金刚石)或CBN(立方氮化硼)，
所述硬质成分为选自以下群组中的至少一种，所述群组包括：W(钨)、WC(碳化钨)、TiC(碳化钛)、TiCN(碳氮化钛)、Al2O3(氧化铝)、以及CBN(立方氮化硼)和金刚石中的至少一种与W和WC中的至少一种的组合。
2.根据权利要求1所述的旋转切削刃材料，其中，
所述表面部覆盖所述芯部，使得所述芯部不向外部露出。
3.根据权利要求1或2所述的旋转切削刃材料，其中，
所述接合部的至少一部分是包括一种铁族元素或两种以上的铁族元素的材料。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转切削刃材料，其中，
所述接合部的在所述附接结构形成部与所述表面部之间的部分包括一种铁族元素或两种以上的铁族元素。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的旋转切削刃材料，其中，
所述芯部中具有中空部，并且
所述附接结构形成部具有布置在所述中空部中的内芯部。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的旋转切削刃材料，其中，
所述硬质材料具有小于300GPa的杨氏模量。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的旋转切削刃材料，其中，
所述硬质材料具有5％以下的伸长率。
8.一种用于旋转切削刃的旋转切削刃材料，所述旋转切削刃附接到刀柄而使用，
所述旋转切削刃材料具有待用作附接到所述刀柄的附接部的附接结构形成部、待用作切削刃的切削结构形成部以及接合部，
所述切削结构形成部具有设置在所述附接结构形成部上的芯部和表面部，并且所述接合部夹置在所述芯部、所述表面部与所述附接结构形成部之间，
所述表面部覆盖所述芯部的表面的至少一部分，
所述附接结构形成部包括硬质材料，所述硬质材料包括W(钨)、铁和镍，所述硬质材料具有小于300GPa的杨氏模量和小于5％的伸长率，
所述芯部包括硬质合金材料，
所述表面部包括CBN(立方氮化硼)，
所述接合部的在所述附接结构形成部与所述表面部之间的部分是包括一种铁族元素或两种以上的铁族元素的材料。
9.一种用于制造根据权利要求1至8中任一项所述的旋转切削刃材料的方法，所述方法包括：
通过使用用于形成所述附接结构形成部的第一前驱体、用于形成所述芯部的第二前驱体以及用于形成所述表面部的第三前驱体来组装所述旋转切削刃材料的前驱体的组装步骤；以及
对所述旋转切削刃材料的所述前驱体进行烧结的烧结步骤。
10.根据权利要求9所述的用于制造旋转切削刃材料的方法，其中，
在所述组装步骤中，将所述第二前驱体和所述第三前驱体布置在所述第一前驱体上，并且将包括一种铁族元素或两种以上的铁族元素的材料夹置在所述第二前驱体、所述第三前驱体与所述第一前驱体之间。
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