CN112601625A - 金刚石涂层工具 - Google Patents

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Abstract

在金刚石涂层工具(3)中，工具母材(1)的后刀面(20)包括：第一后刀面(21)，其与刀尖(2)相连；第二后刀面(23)，其位于与第一后刀面(21)相比远离刀尖(2)的位置，且从工具母材内部观察时位于与第一后刀面相比靠外侧的位置；以及后刀面侧台阶部(22)，其连接第一后刀面(21)和第二后刀面(23)。金刚石被覆层(30)形成于第一后刀面(21)和后刀面侧台阶部(22)。

Description

金刚石涂层工具
相关申请的相互参照
本发明要求基于2019年3月6日申请的日本专利申请2019-040859号的优先权，并且该申请的所有内容以引用的方式并入本说明书中。
技术领域
本发明涉及一种将金刚石涂覆于工具母材的金刚石涂层工具(diamond-coatedtool)。
背景技术
通常，使用将超硬质合金齿母材进行了金刚石涂覆的工具来用于陶瓷、超硬质合金、CFRP(碳纤维增强塑料)等硬质材料的切削加工。也可以使用单晶金刚石工具、多晶金刚石工具来进行这些硬质材料的切削加工，但成本会变高，因此金刚石涂层工具在成本方面具有很大的优势。
专利文献1公开了一种将金刚石涂覆于刀片母材上的不重磨刀片(throw-awaytip)。在该不重磨刀片中，在刀片母材的前刀面中，将刀尖附近的部位形成为比前刀面的中央部位低一个台阶，以便在使用夹紧装置来限制涂覆了的前刀面时不会损伤涂层的刀尖。
(现有技术文献)
(专利文献)
专利文献1：日本特开平6-335806号公报
发明内容
(发明所要解决的问题)
图1示出现有的金刚石涂层工具50的刀尖周边的结构。金刚石涂层工具50是通过在超硬质合金的工具母材51的刀尖53的附近涂覆金刚石而制成，金刚石被覆层52形成于工具母材51的刀尖53、前刀面54和后刀面55。在图1中，X轴方向表示由金刚石涂层工具50进行的切削工序中的切削厚度方向，Y轴方向表示切削工序中的切削方向。
在金刚石涂层工具50中，工具母材51与金刚石被覆层52的紧贴性不高，在被切削材料硬度非常高的情况、或刀尖损耗发展而使得切削力增大的情况下，存在金刚石被覆层52容易从工具母材51剥离的问题。为了解决该问题，采用了调整超硬质合金的成分(例如减少作为粘合剂的Co的比例)、增大母材表面的粗糙度来产生锚定效果等对策，但都不是能够充分解决问题的方案，依然存在剥离的问题。
本发明是鉴于这种情况而提出的，提供一种在金刚石涂层工具中抑制金刚石被覆层从工具母材剥离的结构。
(解决问题所采用的措施)
为了解决上述问题，本发明的一个方式涉及一种金刚石涂层工具，其中，在具有前刀面、后刀面以及成为前刀面与后刀面的边界的刀尖的工具母材上涂覆有金刚石。在该方式的金刚石涂层工具中，工具母材的后刀面包括：第一后刀面，其与刀尖相连；第二后刀面，其位于与第一后刀面相比远离刀尖的位置，且从工具母材内部观察时位于与第一后刀面相比靠外侧的位置；以及后刀面侧台阶部，其连接第一后刀面和第二后刀面。金刚石被覆层形成于刀尖、第一后刀面和后刀面侧台阶部。
本发明的另一方式涉及一种金刚石涂层工具，其中，在具有前刀面、后刀面以及成为前刀面与后刀面的边界的刀尖的工具母材上涂覆有金刚石。在该方式的金刚石涂层工具中，工具母材的前刀面包括：第一前刀面，其与刀尖相连；第二前刀面，其位于与第一前刀面相比远离刀尖的位置，且从工具母材内部观察时位于与第一前刀面相比靠外侧的位置；以及前刀面侧台阶部，其连接第一前刀面和第二前刀面。金刚石被覆层形成于第一前刀面和前刀面侧台阶部，金刚石涂层工具的前刀面被构成为平坦。
(发明的效果)
根据本发明，能够提供一种在金刚石涂层工具中抑制金刚石被覆层从工具母材剥离的结构。
附图说明
图1为示出现有的金刚石涂层工具的刀尖周边的结构的图。
图2为示出实施方式的工具母材的形状的图。
图3是放大了后刀面侧台阶部的剖面的图。
图4为示出金刚石涂层工具的结构的图。
图5为示出金刚石涂层工具的结构的另一示例的图。
图6为示出金刚石涂层工具的结构的另一示例的图。
具体实施方式
以下，对实施方式的金刚石涂层工具进行说明。
图2示出实施方式的工具母材1的形状。工具母材1具有前刀面10、后刀面20、以及构成前刀面10与后刀面20的边界的刀尖2。金刚石涂层工具是通过在工具母材1的刀尖2的附近涂覆金刚石而制成。
工具母材1的后刀面20包括：第一后刀面21，其与刀尖2相连；第二后刀面23，其位于比第一后刀面21更远离刀尖2的位置；以及后刀面侧台阶部22，其连接第一后刀面21和第二后刀面23。从工具母材1的内部观察时，第二后刀面23位于与第一后刀面21相比靠外侧的位置。换言之，在从工具母材1的内部沿分别与第一后刀面21及第二后刀面23正交的方向观察的情况下，第二后刀面23位于与第一后刀面21相比刀具的厚度增加的一侧。第一后刀面21和第二后刀面23可以形成为平坦面，并可以实质上平行。例如，第一后刀面21和后刀面侧台阶部22可以通过将到刀尖为止构成平坦面的第二后刀面23的一部分切下而形成。
工具母材1的前刀面10包括：第一前刀面11，其与刀尖2相连；第二前刀面13，其位于比第一前刀面11更远离刀尖2的位置；以及前刀面侧台阶部12，其连接第一前刀面11和第二前刀面13。从工具母材1的内部观察时，第二前刀面13位于与第一前刀面11相比靠外侧的位置。换言之，在从工具母材1的内部沿分别与第一前刀面11及第二前刀面13正交的方向观察的情况下，第二前刀面13位于与第一前刀面11相比刀具的厚度增加的一侧。第一前刀面11和第二前刀面13可以形成为平坦面，并可以实质上平行。例如，第一前刀面11和前刀面侧台阶部12可以通过将到刀尖为止构成平坦面的第二前刀面13的一部分切下而形成。
图3是放大了后刀面侧台阶部的剖面的图。如图所示，对后刀面侧台阶部22与第一后刀面21的边界P、后刀面侧台阶部22与第二后刀面23的边界Q进行定义。后刀面侧台阶部22的倾斜面可以是连接边界P和边界Q的平面，但如图3所示，也可以位于从工具母材1的外部观察，与连接边界P和边界Q的平面相比靠里侧的位置(即后刀面侧台阶部22的倾斜面也可以形成为，从工具母材1的外部观察，相对于连接边界P和边界Q的平面，形成为凹部)。
若将第一后刀面21向工具母材1内部延长的假想面和从边界Q拉下的垂线的交点设为R，则边界P与交点R之间的距离W优选为在边界Q与交点R之间的距离H以下。即，在图3中，线段PR与线段PQ所成的角度优选为在45度以上。此外，后刀面侧台阶部22的倾斜面相对于连接边界P和边界Q的平面形成为凹部时，线段PR与凹形状的靠近边界Q侧的切线所成的角度优选为约90度。此外，也可以是：边界P位于交点R附近，线段PR与线段PQ所成的角度为约90度，后刀面侧台阶部22构成为大致垂直于第一后刀面21的壁面。
此外，图3示出了形成于后刀面20的后刀面侧台阶部22的结构，但形成于前刀面10的前刀面侧台阶部12也可以具有与图3示出的后刀面侧台阶部22相同的结构。
图4示出在工具母材1上涂覆了金刚石的金刚石涂层工具3的结构。金刚石被覆层30形成于工具母材1的刀尖2、前刀面10和后刀面20。在工具母材1的刀尖2形成半径为层厚程度的切削刃部31。金刚石被覆层30的层厚优选为在距离H(参照图3)以下。在图4中，X轴方向表示由金刚石涂层工具3进行的切削工序中的切削厚度方向，Y轴方向表示切削工序中的切削方向。
在后刀面20中，金刚石被覆层30至少形成于第一后刀面21与后刀面侧台阶部22。在此，在第一后刀面21和后刀面侧台阶部22形成金刚石被覆层30意味着金刚石被覆层30密接于第一后刀面21和后刀面侧台阶部22。
在使用金刚石涂层工具3的切削工序中，若切削刃部31受到来自被切削材料的切削力，则形成于后刀面20的金刚石被覆层30在第一后刀面21的延伸方向受到因切削力而产生的剪切负荷。此时，后刀面侧台阶部22承受作用于金刚石被覆面30的剪切负荷，由此后刀面侧台阶部22作为对第一后刀面21和金刚石被覆层30的剪切剥离进行抑制的剥离抑制结构而发挥作用。
在前刀面10中，金刚石被覆层30至少形成于第一前刀面11和前刀面侧台阶部12。在此，在第一前刀面11和前刀面侧台阶部12形成金刚石被覆层30意味着金刚石被覆层30密接于第一前刀面11和前刀面侧台阶部12。
在使用金刚石涂层工具3的切削工序中，形成于前刀面10的金刚石被覆层30在第一前刀面11的延伸方向受到因切削力而产生的剪切负荷。此时，前刀面侧台阶部12承受作用于金刚石被覆面30的剪切负荷，由此作为对第一前刀面11和金刚石被覆层30的剪切剥离进行抑制的剥离抑制结构而发挥作用。
此外，在对高硬度的被切削材料进行切削时，由于刀尖强度的问题，通常使用比涂层的厚度小(即，在通常的涂层工具中，比刀尖的圆角半径小)的切削厚度来进行加工。在这种切削加工中，实质上的前角多由刀尖的圆角半径和切削厚度所决定，但实施方式的金刚石涂层工具3可以将设定上的前角形成为负的角度。设定上的前角为正的角度的情况下(参照图1)，施加在切削刃部31的切削力的方向和前刀面10的延伸方向彼此接近，因此因切削力而产生的剪切负荷变大。另一方面，若设定上的前角为负的角度，则切削力的方向和前刀面10的延伸方向的夹角变大，因此因切削力而产生的剪切负荷变小。因此，在实施方式的金刚石涂层工具3中，将工具母材1的刀尖角度(刀具角度)设定为90度以上，使设定上的前角为负，由此，使平行于前刀面10而施加于金刚石涂层工具30和工具母材1之间的剪切负荷变小。
在实施方式的金刚石涂层工具3中，剥离抑制结构至少设置于后刀面20侧。通过在后刀面20侧设置剥离抑制结构，能够抑制后刀面20的金刚石被覆层30的剪切剥离。在剥离抑制结构仅设置在后刀面20侧的情况下，如上所述那样，优选以使得设定上的前角变为负的角度的方式来使用金刚石涂层工具3。此外，剥离抑制结构也可以设置于前刀面10侧。
图5示出金刚石涂层工具3的结构的另一示例。金刚石被覆层30形成于工具母材1的刀尖2、前刀面10和后刀面20。在图5中，X轴方向表示由金刚石涂层工具3进行的切削工序中的切削厚度方向，Y轴方向表示切削工序中的切削方向。
在后刀面20中，金刚石被覆层30形成于第一后刀面21和后刀面侧台阶部22，而不形成于第二后刀面23。参照图4，若在第二后刀面23涂覆金刚石，则在后刀面侧台阶部22与第二后刀面23的边界附近会形成向切削厚度方向侧突出的金刚石被覆层30的凸部。由于该凸部可能会干涉被切削材料的加工面，因此在图5示出的金刚石涂层工具3中，不在第二后刀面23设置金刚石被覆层30，由此避免凸部的形成。
因此，在金刚石涂层工具3的制作工序中，在实施涂覆工序前，可以进行规定的预处理，以使得金刚石不会涂覆于第二后刀面23。此外，作为另一制作流程，也可以在涂覆工序中在后刀面20形成金刚石被覆层30后，去除形成于第二后刀面23的金刚石被覆层30。在该去除工序中，只需去除至金刚石被覆层30不会干涉被切削材料的加工面的程度即可，没有必要去除在第二后刀面23形成的所有金刚石被覆层30。
图6示出金刚石涂层工具3的结构的另一示例。金刚石被覆层30形成于工具母材1的刀尖2、前刀面10和后刀面20。在图6中，X轴方向表示由金刚石涂层工具3进行的切削工序中的切削厚度方向，Y轴方向表示切削工序中的切削方向。
在前刀面10中，金刚石被覆层30形成于第一前刀面11和前刀面侧台阶部12，而不形成于第二前刀面13。参照图5，若在第二前刀面13涂覆金刚石，则在前刀面侧台阶部12附近，金刚石被覆层30会具有向外侧突出的形状。由于该形状可能会妨碍切屑排出，因此在图6示出的金刚石涂层工具3中，金刚石被覆层30不形成于第二前刀面13，而在第一前刀面11和前刀面侧台阶部12中，金刚石被覆层30形成为与第二前刀面13平坦的形状。此外，金刚石被覆层30和第二前刀面13平坦意味着只要将金刚石被覆层30和第二前刀面13连接为不妨碍切屑排出的程度即可，包含实质上平坦的情况。
在金刚石涂层工具3的制作工序中，在前刀面10形成金刚石被覆层30后，为了使金刚石涂层工具3的前刀面平坦，可以去除金刚石被覆层30。此时可以如图6所示那样去除在第二前刀面13形成的所有金刚石被覆层30，但由于去除金刚石被覆层30的目的在于在金刚石涂层工具3的前刀面形成不会妨碍切屑流出的平坦面，因此金刚石被覆层30也可以残留于第二前刀面13。
以上，基于实施方式对本发明进行了说明。本领域技术人员可以理解的是：该实施方式是一个示例，各构件、各处理过程的组合可产生各种各样的变形例，并且这些变形例都属于本发明的范围。
本发明的方式的概要如下所述。本发明的一个方式涉及一种金刚石涂层工具，其中，在具有前刀面、后刀面、以及成为前刀面与后刀面的边界的刀尖的工具母材上涂覆有金刚石。在该金刚石涂层工具中，工具母材的后刀面包括：第一后刀面，其与刀尖相连(接触)；第二后刀面，其位于与第一后刀面相比远离刀尖的位置，且从工具母材内部观察时位于与第一后刀面相比靠外侧的位置；以及，后刀面侧台阶部，其连接第一后刀面和第二后刀面。金刚石被覆层可以形成于刀尖、第一后刀面和后刀面侧台阶部。
根据该方式，后刀面侧台阶部作为剥离抑制结构而发挥作用，由此便能够抑制后刀面侧中的金刚石被覆层的剥离。
工具母材的前刀面包括：第一前刀面，其与刀尖相连(接触)；第二前刀面，其位于与第一前刀面相比远离刀尖的位置，且从工具母材内部观察时位于与第一前刀面相比靠外侧的位置；以及，前刀面侧台阶部，其连接第一前刀面和第二前刀面。金刚石被覆层可以形成于第一前刀面和前刀面侧台阶部。根据该结构，前刀面侧台阶部作为剥离抑制结构而发挥作用，由此便能够抑制前刀面侧中的金刚石被覆层的剥离。
本发明的另一方式涉及一种金刚石涂层工具，其中，在具有前刀面、后刀面、以及成为前刀面与后刀面的边界的刀尖的工具母材上涂覆有金刚石。在该金刚石涂层工具中，工具母材的前刀面包括：第一前刀面，其与刀尖相连(接触)；第二前刀面，其位于与第一前刀面相比远离刀尖的位置，且从工具母材内部观察时位于与第一前刀面相比靠外侧的位置；以及，前刀面侧台阶部，其连接第一前刀面和第二前刀面。金刚石被覆层形成于第一前刀面和前刀面侧台阶部，金刚石涂层工具的前刀面构成为平坦。
根据该方式，前刀面侧台阶部作为剥离抑制结构而发挥作用，由此便能够抑制前刀面侧中的金刚石被覆层的剥离，同时，通过将涂覆了金刚石的前刀面构成为平坦，能够使切削顺畅地流出。金刚石被覆层可以不形成于第二前刀面。
可以通过使刀尖的角度为90度以上、使设定上的前角为负的角度，来减小前刀面侧的金刚石被覆层所承受的剪切负荷。
(产业上的可利用性)
本发明能够应用于金刚石涂层工具。
(附图标记的说明)
1：工具母材；2：刀尖；3：金刚石涂层工具；10：前刀面；
11：第一前刀面；12：前刀面侧台阶部；13：第二前刀面；20：后刀面；
21：第一后刀面；22：后刀面侧台阶部；23：第二后刀面；
30：金刚石被覆层；31：切削刃部。

Claims (5)

1.一种金刚石涂层工具，其中，在具有前刀面、后刀面以及成为所述前刀面与所述后刀面的边界的刀尖的工具母材上涂覆了金刚石，其特征在于，
所述工具母材的所述后刀面包括：第一后刀面，其与所述刀尖相连；第二后刀面，其位于与所述第一后刀面相比远离所述刀尖的位置，且从所述工具母材内部观察时位于与所述第一后刀面相比靠外侧的位置；以及后刀面侧台阶部，其连接所述第一后刀面和所述第二后刀面，
金刚石被覆层形成于所述刀尖、所述第一后刀面和所述后刀面侧台阶部。
2.根据权利要求1所述的金刚石涂层工具，其特征在于，
所述工具母材的所述前刀面包括：第一前刀面，其与所述刀尖相连；第二前刀面，其位于与所述第一前刀面相比远离所述刀尖的位置，且从所述工具母材内部观察时位于与所述第一前刀面相比靠外侧的位置；以及前刀面侧台阶部，其连接所述第一前刀面和所述第二前刀面，
所述金刚石被覆层形成于所述第一前刀面和所述前刀面侧台阶部。
3.一种金刚石涂层工具，其中，在具有前刀面、后刀面以及成为所述前刀面与所述后刀面的边界的刀尖的工具母材上涂覆有金刚石，其特征在于，
所述工具母材的所述前刀面包括：第一前刀面，其与所述刀尖相连；第二前刀面，其位于与所述第一前刀面相比远离所述刀尖的位置，且从所述工具母材内部观察时位于与所述第一前刀面相比靠外侧的位置；以及前刀面侧台阶部，其连接所述第一前刀面和所述第二前刀面，
金刚石被覆层形成于所述第一前刀面和所述前刀面侧台阶部，所述金刚石涂层工具的前刀面构成为平坦。
4.根据权利要求3所述的金刚石涂层工具，其特征在于，
所述金刚石被覆层不形成于所述第二前刀面。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的金刚石涂层工具，其特征在于，
刀尖的角度为90度以上。
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