[發明專利]由無應力CBN復合材料制造的切削工具和制造方法

無效

• 申請號: 201380027468.3
• 申請日: 2013-05-31
• 公開（公告）號: CN104364400A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 格羅爾德·溫爾;托爾比約恩·塞林德;邵銳
• 申請（專利權）人: 戴蒙得創新股份有限公司
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C26/00;C04B35/56;C04B35/58;C04B35/5831
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 郭國清;穆德駿

相關申請的交叉參考

本申請要求2012年5月31日提交的臨時申請61/653,699的優先權。本申請與名稱為“Sintered?superhard?compact?for?cutting?tool?applications?and?method?of?its?production”(用于切削工具應用的燒結超硬復合片和其制造方法)且要求2012年5月31日提交的臨時申請61/653,779的優先權的共同待審申請有關。本申請此外與名稱為“Method?of?making?a?cBN?material”(制造cBN材料的方法)且要求2012年5月31日提交的臨時申請61/653,686的優先權的共同待審申請有關。

技術領域

本發明總體上涉及切削工具，并且特別地涉及如下的切削工具，其包含無殘余應力的燒結體，和固定至合適的硬質金屬例如硬質合金硬質金屬(cemented?carbide?hard?metal)的切削工具載體上的自立式(free?standing)超硬復合材料。

背景技術

多晶立方氮化硼(PCBN)、金剛石和金剛石復合材料通常用于提供用于切削工具例如金屬加工中使用的切削工具的超硬切削刃。

用于硬質部件車削的薄cBN復合材料坯體目前隨著燒結被制造為硬質合金硬質金屬，其也被稱為“支撐的”。它們是在高壓、高溫(HPHT)工藝中制造的，其中首先將cBN復合材料粉末摻合物與硬質合金硬質金屬盤一起裝載在耐熔囊中。通常將幾個這樣的囊編成高壓腔芯。在HPHT工藝期間，使材料經受至少40,000個大氣壓的壓力和在1300-1450℃范圍內的溫度。在這樣的條件下，cBN復合材料粉末摻合物被燒結得完全致密，并且由于盤中鈷的熔化，硬質金屬盤熔融或至少變軟。

在HPHT燒結工藝期間，cBN復合材料熔合至硬質金屬。在HPHT燒結后，壓力和溫度降至環境條件，并且在這個過程期間，cBN復合材料和硬質合金硬質金屬都變成剛性固體。因為cBN復合材料和硬質金屬具有不同的機械性質例如體積模量和熱性質例如熱膨脹，所以產生不可避免的殘余應力場。這特別出現在硬質部件車削cBN復合材料的情況下，其在大多數情況下具有如下的陶瓷類粘結材料，其具有比硬質合金硬質金屬顯著更高的熱膨脹系數。因此，cBN復合材料層處于拉伸應力下。圖1示出由硬質合金硬質金屬支撐的cBN復合材料層。通過X射線衍射(XRD)進行的殘余應力分析顯示，該cBN復合材料層具有660MPa的拉伸應力。這種拉伸應力降低了材料的機械強度并且可能產生劣化切削工具性能的垂直裂紋，如圖1中所示的。

可通過使用金屬陶瓷硬質金屬盤代替硬質合金來支撐cBN復合材料層，以避免cBN復合材料層中拉伸應力的不利狀態。可將金屬陶瓷硬質金屬設計為具有更高的熱膨脹系數，以使得cBN復合材料可被設計為具有壓縮殘余應力。適度的壓縮殘余應力可能是有利的，但如果過量，則這樣的壓縮應力可能導致在cBN復合材料層中出現裂紋，所述裂紋與cBN復合材料/支撐層界面平行。

圖2示出由金屬陶瓷硬質金屬支撐的cBN復合材料層中的裂紋。這種層中的殘余應力為約1,400MPa(壓縮應力)。在機械負荷下，例如在加工操作中，這種層將會分層并從支撐的金屬陶瓷硬質金屬剝落。最確定的是，本領域普通技術人員可通過調節金屬陶瓷硬質金屬組成使其熱性質和機械性質與各種cBN復合材料的熱性質和機械性質匹配來避免這些問題，然而，從制造工藝和成本的觀點來看，這將不是特別期望的解決方案。除此之外，產生必須將金屬陶瓷硬質金屬支撐材料釬焊至硬質合金類載體的問題，在這種情況下，由于金屬陶瓷和硬質合金的熱膨脹系數不同，將出現裂紋。

因此，可見需要在韌度要求苛刻的操作例如硬質部件車削中使用的由無應力超硬復合材料制造的切削工具。

發明內容

在一個實施方案中，切削工具用刀片包含具有頂部、底部和連接至頂部和底部的多個側壁的刀體，其中在不存在支撐物的情況下，刀體包含燒結的超硬材料；和具有凹槽的基底載體，其中刀體的底部和側壁適于固定至基底載體的凹槽。

在另一個實施方案中，切削工具用刀片可包含具有頂部、底部和連接至頂部和底部的多個側壁的無應力刀體，其中無應力刀體包含超硬復合材料；和具有凹槽的基底載體，其中刀體的底部和側壁適于固定至基底載體的凹槽。