CN116348227A

CN116348227A - 金属陶瓷制刀片以及具备其的切削刀具

Info

Publication number: CN116348227A
Application number: CN202180071021.0A
Authority: CN
Inventors: 野见山凉马; 根岸绫乃
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2020-10-21
Filing date: 2021-10-18
Publication date: 2023-06-27
Also published as: JPWO2022085647A1; JP7483917B2; WO2022085647A1

Abstract

本发明的金属陶瓷制刀片(1)具有：第1面(5)、第2面(7)、位于第1面(5)以及第2面(7)的棱线的至少一部分的刃口(11)、位于第1面(5)相反侧的第3面(9)、和从第1面(5)直到第3面(9)的贯通孔(15)。构成贯通孔(15)的内壁(17)，至少在中央部，具有比基体(3)的内部的粘结相含量高的粘结相富化层(19)。在中央部中的粘结相富化层(19)的厚度T1，比在端部中的粘结相富化层(19)的厚度T2厚。厚度T1为1μm以上且20μm以下，厚度T2为0.2μm以上且6μm以下。另外，第1面(5)具备断屑槽(50)。断屑槽(50)的算术平均粗糙度Ra在截止值为0.08mm时为0.1μm以上且0.27μm以下。

Description

金属陶瓷制刀片以及具备其的切削刀具

技术领域

本发明涉及用于切削加工中的金属陶瓷制刀片以及具备其的切削刀具。

背景技术

现在，作为切削刀具、耐磨损性构件、和润滑构件等需要有耐磨损性、润滑性、和耐崩损性的构件的基体，广泛使用以钛(Ti)为主成分的金属陶瓷。

例如，在专利文献1中记载有一种具有向刀具主体安装用贯通孔的表面涂覆碳氮化钛基金属陶瓷制切削刀片。在专利文献1中记载有，为了提供即使在高负荷切削中异常损伤也少的刀片，在安装用贯通孔的内表面设置金属渗出层。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-245581号公报

发明内容

本发明的刀片，是具备作为含有硬质粒子和粘结相的金属陶瓷的基体的金属陶瓷制刀片。本发明的金属陶瓷制刀片，具有：第1面、第2面、位于第1面以及第2面的棱线的至少一部分上的刃口、位于第1面相反侧的第3面、和从第1面直到第3面的贯通孔。构成贯通孔的内壁，至少在中央部具有比基体的内部粘结相的含量高的粘结相富化层。中央部中的粘结相富化层的厚度T1，比在内壁的端部中的粘结相富化层的厚度T2厚。厚度T1为1μm以上且20μm以下，厚度T2为0.2μm以上且6μm以下。另外，第1面具备断屑槽。断屑槽的算术平均粗糙度Ra，在截止值为0.08mm时，为0.1μm以上且0.27μm以下。

附图说明

图1是显示本发明的刀片的一个示例的立体图。

图2是显示本发明的刀片的一个示例的、在截面中的示意图。

图3是本发明的刀片的截面放大示意图。

图4是本发明的刀片的其他方式的截面放大示意图。

图5是本发明的刀片的其他方式的截面放大示意图。

图6是如图2所示的VI部的示意性放大图。

图7是显示本发明的切削刀具的一个示例的俯视图。

图8是在本发明的切削刀具中的刀片的截面放大示意图。

具体实施方式

＜刀片＞

以下，关于本发明的金属陶瓷制刀片(以下，也仅记载为“刀片”)以及具备其的切削刀具，使用附图进行详细地说明。但是，以下参照的各图，为了便于说明，仅简化表示了说明本实施方式所需要的主要部件。因此，本发明的刀片，可以具备参照的各图中未示出的任意的组成构件。另外，各图中的构件的尺寸并未如实地示出实际的构成构件的尺寸及尺寸比率等。这些方面，在后述的切削刀具中也相同。

在用于切削加工的金属陶瓷制刀片中，要求异常损伤少。本发明提供异常损伤少的金属陶瓷制刀片以及具备其的切削刀具。

本发明的刀片，具有作为含有硬质粒子和粘结相的金属陶瓷的基体。硬质粒子，例如为TiCN、TiC、TiN、(TiM)CN(M为从W、Nb、Ta、Mo、V中选择一种以上)。粘结相，主成分为Ni、Co等铁族金属。还有，所谓主成分的意思是在组成成分之中占50质量％以上。

如图1、2所示，本发明的刀片1的形状，例如，可以是四边形板状。图1中的作为上表面的第1面5，是所谓的前刀面。另外，刀片1具有作为与第1面5连接的侧面的第2面7。

刀片1，具有作为位于第1面5的相反侧的下表面的第3面9。第2面7分别与第1面5以及第3面9连接。

本发明的刀片1，具有位于第1面5和第2面7相交的棱线的至少一部分上的刃口11。换言之，本发明的刀片1，具有位于前刀面和后刀面相交的棱线的至少一部分上的刃口11。刃口11，可以具有与第1面5和第2面7连续的第4面。第4面可以是将第1面5和第2面7的角部斜着并且直线地切削的C面(倒角面)。另外，第4面也可以是将第1面5和第2面7的角部倒圆的R面(圆面)。

在刀片1中，可以是第1面5的外周全体形成刃口11，但刀片1并非限定为这样的构成，例如，可以是仅四边形的前刀面中的一边，换言之，可以是4个第4面中的1个具有刃口11。

本发明的刀片1，具有从第1面5直到第3面9，贯通基体3的贯通孔15。如图3所示，在构成贯通孔15的内壁17，至少在中央部17a中，存在有粘结相富化层19。粘结相富化层19，含有硬质粒子以及粘结相，是比基体3的内部粘结相的含有比率高的区域。所谓基体3的内部的意思是，距基体3的表面离开500μm以上的部分。粘结相富化层19，不需要存在于贯通孔15的内壁17的全部，至少位于中央部17a即可。

中央部17a为将贯通孔15沿深度方向9等分时的正中。另外，端部17b是将贯通孔15沿深度方向9等分时的端部。

如图3所示，在本发明的刀片1中，在构成贯通孔15的内壁17的中央部17a中的粘结相富化层19的厚度T1，比在构成贯通孔15的内壁17的端部17b中的粘结相富化层19的厚度T2厚。所谓在中央部17a中的粘结相富化层19的厚度T1以及在端部17b中的粘结相富化层19的厚度T2，分别是平均值。厚度T1以及厚度T2，可以使用金属显微镜和电子显微镜观察刀片1的截面而测定。还有，在端部17b中可以不存在粘结相富化层19。

本发明的刀片1，通过具有像这样的构成，抑制以在对刀柄(未图示)固定时施加大的力的内壁17为起点刀片1发生异常损伤。

粘结相富化层19，与基体3相比硬度低，比像引用文献1中记载的金属渗出层硬度高。因此，粘结相富化层19，与金属渗出层相比变形得到抑制。

由于具有上述的构成，将刀片1通过夹具固定于刀柄时，在内壁17中的中央部17a和夹具的接触中，由于在中央部17a中的粘结相富化层19抑制的变形，基体3的局部的力小，所以刀片1难以产生裂纹，难以发生异常损伤。

刀片1的尺寸没有特别限定，但例如，前刀面的一边的长度设定为3～20mm左右。另外，刀片1的厚度，例如设定为1～20mm左右。另外，在图1中，示例了四边形的刀片1，但例如，可以是三角形、圆盘形。

另外，图4如所示，本发明的刀片1，可以具有与内壁17相连的扩径部21。在贯通孔15和扩径部21的交界处有台阶。还有，在图4所示的示例中，在扩径部21的内壁不存在粘结相富化层19，但可以在扩径部21上存在粘结相富化层19。本发明的刀片1中，扩径部21，不包含于贯通孔15。扩径部21，是所谓的锪面。扩径部21的直径，比贯通孔15的直径大300μm以上。

在中央部17a中的粘结相富化层19的厚度T1可以是1μm以上。另外，厚度T1可以是20μm以下。根据这样的构成，刀片1的异常损伤被抑制。厚度T1可以是3μm以上。另外，厚度T1可以是10μm以下。

在端部17b中的粘结相富化层19的厚度T2可以是0.2μm以上。另外，厚度T2可以是6μm以下。根据这样的构成，刀片1的异常损伤被抑制。厚度T2可以是0.6μm以上。厚度T2可以是4μm以下。根据这样的构成，由于对基体3的局部的力进一步变小，刀片1难以破裂而异常损伤被进一步抑制。

如图5所示，在中央部17a中的直径R1，可以比在端部17b中的直径R2大。若具有这样的构成，则夹具和内壁17的接触面积变大，夹紧力增加。

在中央部17a中的直径R1可以比在端部17b中的直径R2大5μm以上且30μm以下。若具有这样的构成，则刀片1的异常损伤被抑制。

在中央部17a中的粘结相富化层19的硬度可以是10GPa以上且20GPa以下。根据这样的构成，在夹紧销接触时，粘结相富化层19适度地变形，而夹紧力增加。在中央部17a中的粘结相富化层19的硬度，可以在刀片1的截面中，使用纳米压痕法测定露出的粘结相富化层19。

在中央部17a中的粘结相富化层19，可以在贯通孔15的贯通轴侧具有比粘结相富化层19的粘结相含量多的金属层(未图示)。该金属层，不包含硬质层，仅由金属构成。若具有这样的构成，由于金属层在后述的夹具和粘结相富化层19之间作为缓冲材发挥功能，所以刀片1的异常损伤被抑制。金属层的厚度可以是0.3μm以上且2μm以下。

刀片1，在中央部17a中的粘结相富化层19上可以具有涂层(未图示)。涂层为，例如，包含TiCN、TiN、TiCNO、Al₂O₃等的硬质层。涂层具有比粘结相富化层19硬度高的部分。若具有这样的构成，则夹具部的耐磨损性增加。涂层，可以是单层，也可以是层叠。涂层，可以通过CVD法、PVD法形成。

图6是如图2所示的VI部的示意性放大图。如图6所示，刀片1，在作为前刀面的第1面5，具有断屑槽50。作为一个示例，断屑槽50为使第1面5凹陷的凹部。断屑槽50，具有从第1面5朝向刃口11向下倾斜的倾斜面(障碍壁51)。

断屑槽50，通过将被切削材的切屑在障碍壁51中卷曲，能将切屑恰当地破断，或者将切屑沿所期望的方向排出。具有所述断屑槽50的刀片1，能够抑制切屑的咬入以及卷绕等。基于此，例如，由于卷绕的切屑撞击基体3导致的刀片1的异常损伤被降低。还有，断屑槽50，至少具有障碍壁51即可，不限定于图示的形状。例如，断屑槽50，并非必须要求为凹部，也可以是台阶状。

断屑槽50的表面粗糙度，以算术平均粗糙度Ra计，在截止值为0.08mm时，可以是0.1μm以上。若断屑槽50的表面粗糙度小(换言之，摩擦系数小)，则有切屑不接触障碍壁51而不能适当地卷曲的问题。相对于此，通过使断屑槽50的表面粗糙度为上述范围，则切屑易于相对于障碍壁51接触。因此，若具有表面粗糙度为上述范围的断屑槽50，则能够方便地使切屑卷曲。基于此，通过适当地进行切屑的破断，从而进一步抑制刀片1的异常损伤。

另外，断屑槽50的表面粗糙度，以算术平均粗糙度Ra计，在截止值为0.08mm时，可以是0.27μm以下。若断屑槽50的算术平均粗糙度Ra大于0.3μm，则由于切屑的碰撞导致应力集中于障碍壁51，在障碍壁51发生崩损，有损伤变大的问题。相对于此，若断屑槽50的算术平均粗糙度Ra为0.27μm以下时，能够难以发生障碍壁51的损伤。

刃口11的表面粗糙度，换言之，刃口11所在的第4面的表面粗糙度，以算术平均粗糙度Ra计，在截止值为0.08mm时，可以是0.2μm以下。刀片1，对被切削材接触时(切入时)受到大的阻抗。该切入时的阻抗，是刀片1的崩损的原因。相对于此，通过使作为在最先与被切削材接触的位置的刃口11的表面粗糙度为上述范围，能够减小切入时的阻抗。基于此，能够进一步抑制刀片1的崩损，具体而言，对被切削材的切入时产生的突发崩损。另外，延长直到在刀片1发生崩损的切削时间，提高耐崩损性。另外，作为刃口11(第4面)，得到有光泽的良好的精加工面。

在本实施方式中，测定断屑槽50的算术平均粗糙度Ra以及刃口11的算术平均粗糙度Ra时，除了将截止值固定为0.08mm以外，依据JISB0601-2013规格，测定断屑50以及刃口11的表面形状即可。测定例如可以利用使用触针的接触式表面粗糙度测定机、或者使用激光的非接触式表面粗糙度测定机。测定刃口11的算术平均粗糙度Ra时，测定沿着刃口11的方向下的表面形状即可。第1面5为圆形、刃口11为圆弧形时，在沿着刃口11的曲线上测定表面形状即可。

＜刀片的制造方法＞

以下对本发明的刀片的制造方法进行说明。

用于制造本发明的刀片的原料粉末，一般而言为制造金属陶瓷中使用的原料粉末。本发明的刀片，能够通过改进基体的组成、烧成条件以及基体的加工方法得到。

基体，例如，含有作为硬质粒子的TiCN 40质量％以上且80质量％以下，含有作为粘结相的Co 6质量％以上且30质量％以下。另外，为了更加提高特性，基体可以含有WC、TaC、NbC、Mo₂C、VC、ZrC等。

使用具有上述组成的原材料，成形为具有在烧成后成为贯通孔的空间的形状。其后，例如，在1400℃以上且1600℃以下的温度下烧成。该烧成气氛可以为N₂分压气氛下。

若使N₂分压为1kPa以上，则烧成后的粘结相富化层的厚度变厚。另外，若使作为原料使用的硬质粒子的平均粒子径d50为0.7μm以下，则能够得到在贯通孔的贯通轴(未图示)侧具有比粘结相富化层的粘结相含量多的金属层的粘结相富化层。

还有，在上述的成形时，若成形压力大，则能够抑制在烧成时的变形。另一方面，若在成形时成形压力小，则在内壁的中央部中的直径R1，容易变得比在端部中的直径R2大。成形压力和变形的关系，由于根据组成和烧成温度变化，所以能够各种组合而调整。

例如，在烧成后将旋转的刷子从贯通孔的两端部***到贯通孔而研磨贯通孔的内壁，通过以在中央部中的粘结相富化层的厚度T1比在端部中的粘结相富化层的厚度T2厚的方式加工，能够得到本发明的刀片。还有，刷子可以从贯通孔的两侧***，也可以从一侧分两次***。

其后，可以根据需要设置涂层(未图示)。涂层，可以是所谓的硬质膜，例如，通过PVD法、CVD法形成。涂层可以是单层，也可以是层叠膜。

作为涂层，例如，能够使用TiN、TiCN、TiCNO、Al₂O₃、TiAlN等公知的材质。也可使用除上述示例以外的材质的涂层。

另外，在烧成后的时间点，除贯通孔以外的区域，例如，有在第1面、第2面和第3面中存在粘结相富化层的情况，但可以根据需要除去粘结相富化层。

断屑槽的表面粗糙度，例如能通过在基体的表面实施喷丸加工而调整。喷丸加工，具体而言，将混合了陶瓷磨粒的溶液和压缩空气混合的混合物(浆料)，与基体的表面碰撞的加工方法。作为陶瓷磨粒，例如，可列举氧化铝等。陶瓷磨粒的平均粒径可以是1μm以上且100μm以下。若陶瓷磨粒的平均粒径小于1μm，则难以调整基体表面的粗糙度。另外，若陶瓷磨粒的平均粒径大于100μm，则基体表面的粗糙度粗糙，有成为上述范围外的表面粗糙度的问题。

刃口的表面粗糙度，例如，能够基于通过刷光、弹性磨石、喷丸等研磨方法仅研磨刃口而调整。作为研磨方法，可以进行刷光研磨。此时，刷光研磨的刷毛的突出量为0.5cm以上且5cm以下，优选为2.5cm以上且3.5cm以下，可以使用将平均粒径为4μm以下，优选平均粒径为0.5μm以上且2.5μm以下的微粒的金刚石粉末、和润滑油混合的研磨液。基于此，能够将断屑槽的表面粗糙度调整为所期望的范围，将刃口的表面粗糙度调整为所期望的范围。另外，可以对断屑槽进行掩蔽，对成为刃口的部分使用刷光、弹性磨石、喷丸等研磨方法，调整刃口的表面粗糙度。

＜切削刀具＞

接下来，关于本发明的切削刀具使用附图进行说明。

本发明的切削刀具101，如图7所示，例如，为从第1端(图7在中的上端)朝向第2端(在图7中的下端)延伸的棒状体。切削刀具101，如图7所示，在第1端侧(前端侧)具备具有卡槽103的刀柄105、和位于卡槽103的上述刀片1。

另外，如图8所示，在刀片1的贯通孔15(参照图1)***有夹具107。在如图8所示的示例中，夹具107，与位于中央部17a的粘结相富化层19(参照图2)直接或间接地接触。还有，所谓间接地夹具107和粘结相富化层19接触的意思是，粘结相富化层19和夹具107之间存在金属层、涂层的状态。夹具107相接触的粘结相富化层19，由于比基体3容易变形，所以难以对刀片1实施局部强的力。另外，若具有粘结相富化层19，则由于夹具107和粘结相富化层19的接触面积大，刀片1在切削时难以在卡槽内移动。与这样的效果相叠加，本发明的刀片1，难以异常损伤。切削刀具101，由于具备刀片1，所以能够进行长期稳定的切削加工。

卡槽103，是安装刀片1的部分，具有相对于刀柄105的下表面平行的支承面、和相对于支承面倾斜的限制侧面。另外，卡槽103在刀柄105的第1端侧开口。

刀片1位于卡槽103中。此时，刀片1的下表面可以直接地与卡槽103相接，另外，可以在刀片1和卡槽103之间夹隔垫片(未图示)。

刀片1，以使前刀面以及后刀面相交的棱线中的作为刃口11使用的部分的至少一部分从刀柄105向外方突出的方式安装于刀柄105。在本实施方式中，刀片1通过夹具107安装于刀柄105。换言之，在刀片1的贯通孔15***夹具107，通过将该夹具107的前端***到形成于卡槽103的螺纹孔(未图示)而使螺纹部之间拧紧，由此刀片1被安装于刀柄105。

作为刀柄105的材质，能够使用钢、铸铁等。在这些部件中可以使用韧性高的钢。

在本实施方式中，将所谓的用于车削加工的切削刀具101作为示例。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。还有，作为切削刀具101，不限定用于车削加工。例如，上述实施方式的刀片1可以用于铣削加工的切削刀具101。

实施例

以下，关于本发明的刀片进行说明。

如以下制作基体。在包含TiCN 40质量％、TiN 12质量％、WC 20质量％、NbC 8质量％、Co 20质量％、其他不可避免的碳化物的原料粉末中添加粘结剂后，通过压制成型，成为所期望的形状，制作成具有贯通孔的刀具形状的成形体。这些原料粉末，一般而言，用于金属陶瓷的制造。本发明的基体的组成并非特别。其后，除去粘结剂成分后，在3kPa的氮气氛下，在1530℃的温度下保持1小时的条件下烧成，得到具备在贯通孔的内壁具有金属层的粘结相富化层的刀片。

其后，用刷光研磨贯通孔的内壁，制作成如表1所示的构成的刀片。还有，不存在粘结相富化层、或者粘结相富化层的厚度薄的部分，是由于刷光的研磨时间长。

【表1】

(表1)

如表1所示的试样No.1～23的试样之中，试样No.1、2、3、4、11、12、13、14、15、19、20、22、23为比较例，试样No.5～10、16～18、21为实施例。

还有，对全部刀片的第1面、第2面、第3面进行喷丸处理而除去粘结相富化层。

刷光的研磨，在猪毛刷上涂布将0.1μm以上且3μm以下的金刚石粉末和润滑油混合的研磨液，边使该猪毛刷旋转，边对贯通孔以及刃口进行。

在粘结相富化层的中央部以及端部中的厚度、在中央部中的直径R1以及在端部中的R2，对沿基体厚度方向在包含贯通轴的面切割所得的截面进行测定。

另外，使用刀片的截面测定基体的内部中的硬度、粘结相富化层的硬度时，粘结相富化层的硬度比基体的内部中的硬度低。

将得到的刀片装入刀柄的卡槽，在刀片的贯通孔***夹具，用该夹具将刀片固定。然后，在以下的条件下，进行切削试验。

＜切削试验＞

被切削材：S10C

切削速度：400m/min

进给量：0.12mm/rev

进刀量：0.2mm

切削状态：湿式

评价方法：关于切屑的处理性和直到崩损发生的切削时间进行评价。

如表1所示，不具有本发明的刀片的构成的试样No.1、2、3、4、11、12、13、14、15、19、20、22、23，直到崩损发生的切削时间短。另外，试样No.1、15、19、20、22、23，切屑处理性差，发生切屑的缠绕、咬入和卷绕。本发明的刀片，异常损伤被抑制。另外，切屑不与刀片和刀柄缠绕。另外，也未产生咬入和卷绕。另外，直到崩损发生的切削时间变长，加工的被切削材的表面粗糙度也良好。

从以上的结果来看，断屑槽的表面粗糙度Ra优选为0.1μm以上且0.27μm以下。另外，刃口的表面粗糙度Ra可以是0.2μm以下。

以上说明的本发明的金属陶瓷制刀片以及具备其的切削刀具，是一个示例，只要不脱离本发明的要旨，可以具有不同的构成。

附图标记说明

1刀片

3基体

5第1面

7第2面

9第3面

10第4面

11刃口

15贯通孔

17内壁

17a中央部

17b端部

19粘结相富化层

21扩径部

T1在中央部中的粘结相富化层的厚度

T2在端部中的粘结相富化层的厚度

R1在中央部中的直径

R2在端部中的直径

101切削刀具

103卡槽

105刀柄

107夹具

Claims

1.一种金属陶瓷制刀片，是具备作为含有硬质粒子和粘结相的金属陶瓷的基体的金属陶瓷制刀片，该金属陶瓷制刀片具有：第1面、第2面、位于所述第1面以及所述第2面的棱线的至少一部分上的刃口、位于所述第1面相反侧的第3面、和从所述第1面直至所述第3面的贯通孔，

构成所述贯通孔的内壁，至少在中央部，具有与所述基体的内部相比所述粘结相含有比率高的粘结相富化层，

所述中央部中的所述粘结相富化层的厚度T1，比所述内壁的端部中的所述粘结相富化层的厚度T2厚，

所述厚度T1为1μm以上且20μm以下，

所述厚度T2为0.2μm以上且6μm以下，

所述第1面具备断屑槽，

所述断屑槽的算术平均粗糙度Ra，在截止值为0.08mm时，为0.1μm以上且0.27μm以下。

2.根据权利要求1所述的金属陶瓷制刀片，其中，所述刃口具有与所述第1面和所述第2面连续的第4面，所述第4面的算术平均粗糙度Ra，在截止值为0.08mm时，为0.2μm以下。

3.根据权利要求1或2所述的金属陶瓷制刀片，其中，所述中央部中的直径R1比所述端部中的直径R2大。

4.根据权利要求3所述的金属陶瓷制刀片，其中，所述直径R1比所述直径R2大5μm以上且30μm以下。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的金属陶瓷制刀片，其中，所述中央部中的所述粘结相富化层的硬度为10GPa以上且20GPa以下。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的金属陶瓷制刀片，其中，所述中央部中的所述粘结相富化层，具有在所述贯通孔的贯通轴侧与所述粘结相富化层相比所述粘结相含量多的金属层。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的金属陶瓷制刀片，其中，在所述中央部中的所述粘结相富化层之上具有涂层，该涂层具有与所述粘结相富化层相比硬度高的部分。

8.一种切削刀具，其具有：具有从第1端伸延到第2端的长度且具有位于所述第1端侧的卡槽的刀柄；

位于所述卡槽的权利要求1-7中任一项所述的金属陶瓷制刀片；和

***到该金属陶瓷制刀片的所述贯通孔的夹具。