專利名稱：有凹口或槽口的超高壓燒結(jié)切削工具及其制造方法和保持機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種由具有凹處或槽口的燒結(jié)物材料如燒結(jié)金剛石和燒結(jié)立方氮化硼(下文稱作“cBN”)制造的切削工具以及制造此種切削工具的方法。
背景技術(shù)：
如果從廣泛意義上進行分類，切削刃為高壓燒結(jié)材料的切削工具可以被分成下述三組。如圖7(a)所示，第一類切削工具整體由高壓燒結(jié)材料1構(gòu)成，其尤其在小規(guī)格切削工具上采用。如圖7(b)所示，第二類切削工具中高壓燒結(jié)材料1由硬質(zhì)合金制成的支撐金屬2進行強化。如圖7所示，第三類切削工具中硬質(zhì)合金作為基體且其被切削掉數(shù)個部分以留下凹口，而具有連接支撐金屬的高壓燒結(jié)材料通過釬焊方式焊接到此凹口中。在圖7(c)所示的例子中，在切削工具的中心設(shè)置有夾緊孔。
雖然高壓燒結(jié)材料具高硬度且具有優(yōu)良的抗磨損性能，但是考慮到其昂貴的成本，往往采取各種努力以縮小切削工具中所采用的此種材料的量。在需要內(nèi)切圓等于或大于3.97mm的大幾何尺寸的切削工具中，主要采用上述第三種結(jié)構(gòu)。(在絕大多數(shù)情況下，切削工具的尺寸主要取決于內(nèi)切圓的大小)。另一方面，切削工具中采用的上述第一和第二種結(jié)構(gòu)提供小幾何尺寸。其原因在于，不是采用第三種結(jié)構(gòu)以削減使用材料的量，而是采用上述切削出的高壓燒結(jié)材料作為工具，從而不需要將其焊接到碳化物基體上，這樣使得制造過程比較經(jīng)濟。同樣地，近來越來越需要在切削操作中提高操作效率，在一些情況下，需要在廣泛的切削深度和進給速率的情況下進行切削操作；但是在此種需要高功效的切削操作例子中，即便在用于具有相對大幾何尺寸的工具中，也需要選擇第一和第二切削工具結(jié)構(gòu)，其原因在于當(dāng)采用第三種結(jié)構(gòu)的切削工具時，切削齒的長度可能不夠或者由于切削操作時產(chǎn)生的大量熱量使切削刃的溫度上升，從而使釬焊焊接出現(xiàn)松動。
為了固定切削工具，公知的系統(tǒng)是借助于螺釘或類似部件通過前述孔將在中心部分具有孔的切削工具夾緊到工具固定器上。另一種通常采用的系統(tǒng)是所謂的“上夾”(clamp-on)系統(tǒng)。在“上夾”系統(tǒng)中，無中心孔的切削工具通過夾具夾緊到固定器上，其中夾具通過工具的頂部將工具壓緊在固定器上。切削工具上設(shè)置固定孔的系統(tǒng)的問題在于，在小規(guī)格工具中，貫通中心部分的位置鉆孔使工具本身的機械強度降低。同樣地，“上夾”系統(tǒng)的問題在于，由于切削工具的夾緊僅僅依靠工具和固定器之間的摩擦，與采用固定孔的系統(tǒng)相比，其固定作用力相對較弱。
需要著重指出的是，高壓燒結(jié)材料在非常高的高壓/高溫下進行燒結(jié)成直徑為等于或大于25mm的型坯。然后，為了使用型坯作為原材料來制造切削工具，此型坯將經(jīng)過多種加工步驟。高壓燒結(jié)材料的硬度非常高，其可加工性不強，從而對此材料進行加工的方法受到限制。
切削刃為高壓燒結(jié)材料的常規(guī)切削工具采用下述形式，其被釬焊焊接到基體燒結(jié)致密物上，其中致密物被加工以將其切削成大多數(shù)部件為如圖7(c)所示的預(yù)定形狀。關(guān)于在高壓燒結(jié)材料上進行切削操作，其公知的方法包括層切、線切削、激光加工和放電加工。在上述方法中，放電加工僅僅適用于導(dǎo)電的加工對象。
日本專利申請公開第H07-299577號公開了在通過將激光照射到其上以加工cBN燒結(jié)致密物的方法中，在氮氣或者惰性氣體環(huán)境中進行上述操作的技術(shù)方案。本發(fā)明涉及燒結(jié)的cBN致密物的切削，與在空氣中進行上述操作的傳統(tǒng)方案相比，其能夠在低激光輸出功率下在致密物上進行切削和其他加工操作，從而使其能夠產(chǎn)生不具有碎屑的切削表面，且具有較小的由于熱導(dǎo)致的偏差。同時，日本專利申請公開第H04-2402號公開了一種由設(shè)置有連接孔的線體加強陶瓷構(gòu)成的切削工具。
前述第一或第二結(jié)構(gòu)中的高壓燒結(jié)致密物已經(jīng)在由高壓燒結(jié)材料構(gòu)成的傳統(tǒng)小規(guī)格切削工具中采用。在此情況中的夾緊系統(tǒng)為“上夾”系統(tǒng)。主要借助于前角(rake)表面(切削表面)和夾緊部件之間的摩擦力形成的“上夾”系統(tǒng)方式的固定通常不是很穩(wěn)固。
在采用螺釘夾緊系統(tǒng)的例子中需要在切削工具的中心部分周圍形成通孔。由于在通孔部件中工具作用力降低，其缺點在于此工具不能在惡劣環(huán)境下使用。
如前所述，由于硬度的原因，高壓燒結(jié)材料難于進行加工，而激光加工是一種解決方案。但是，利用激光對高壓燒結(jié)材料進行加工的關(guān)鍵點傳統(tǒng)上是激光能量穿透燒結(jié)的cBN致密物的切削操作，比較強調(diào)加工的速度，從而采用高功率激光。此種情況的問題在于難于聚焦激光光束、經(jīng)常產(chǎn)生由于熱量引起的疵瑕，從而導(dǎo)致大量的切槽損耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種加壓燒結(jié)切削工具，其特征在于其整個前角表面由高壓燒結(jié)材料構(gòu)成，其在前角表面的中心部分具有凹口或槽口，以將所述工具夾緊到工具固定器上。由于整個前角表面由高壓燒結(jié)材料構(gòu)成，所以在切削刃附近沒有釬焊，從而消除了釬焊導(dǎo)致的失效，而且其使制造過程簡化，并且使制造成本降低。另外，通過在前角表面的中心部分具有凹口或槽口，切削工具能夠被壓緊作用在工具固定器凹口上，同時被側(cè)向拉入作用于固定器上，這樣不會出現(xiàn)工具在固定器上產(chǎn)生移動或從固定器上滑落。
在上述加壓燒結(jié)體中，在一些情況下，整個工具由高壓燒結(jié)材料構(gòu)成，在另外一些情況下，所述高壓燒結(jié)材料的切削表面的相對側(cè)通過硬質(zhì)合金進行強化，本發(fā)明對上述任何一種情況都適用。在工具在產(chǎn)生大量熱負載的切削條件下運用時，其整體可以由熱傳導(dǎo)率高的高壓燒結(jié)材料組成，從而減輕熱負載。另一方面，采用通過硬質(zhì)合金強化的工具，其總體硬度由于硬質(zhì)合金的硬度而得到增強，而且由于使用的比較昂貴的高壓燒結(jié)材料的量減少，工具的成本得以降低。
另外，上述高壓燒結(jié)材料可以采用燒結(jié)cBN致密物或者燒結(jié)金剛石致密物。根據(jù)工件的類型，通過采用燒結(jié)金剛石致密物對鋁合金，采用燒結(jié)cBN致密物對鑄鐵、鋼和鐵合金可以獲得最佳的工具性能。
上述設(shè)置在前角表面中的凹口或槽口能夠被設(shè)置成由凹口或槽口和切削表面相交構(gòu)成的線具有直線部分。采用本發(fā)明中的結(jié)構(gòu)，凹口或槽口設(shè)置成在工具表面中具有直線部分，其中通過對夾緊部件的夾緊到工具固定器上的部分進行精加工，夾具和工具之間形成線性或平面接觸，從而使保持力增強。
同樣，前述凹口也可以形成為圓錐體或平截頭體。在此例中，使夾緊部件的夾緊到工具固定器上的部分形成球體或類球體，在工具上形成穩(wěn)定的點接觸，從而消除由于偏向一邊的裝配導(dǎo)致的緊固作用力不穩(wěn)定。
本發(fā)明中的凹口或槽口的形狀可以采用上述以外的其它各種形狀，例如從前角表面看的榫狀或榫眼形狀。通過夾緊部件的端部的裝配，當(dāng)進行緊固時，在凹口或類似物的傾斜表面上，產(chǎn)生使切削工具向內(nèi)作用于工具固定表面上的作用。然后，此作用力緊密作用到凹口或類似物的傾斜表面上。此斜面越陡，則向內(nèi)作用力越大。在實際運用中，凹口或類似物的形狀根據(jù)上述向內(nèi)作用力和作用到工具固定器上的夾緊作用力之間的平衡來予以確定。
在凹口形狀為上述圓錐體時，作用于工具固定表面的向內(nèi)作用力和將切削工具夾緊到固定器的作用一起應(yīng)當(dāng)大體上固定，從而形成穩(wěn)定的連接。為了形成作用力的平衡，圓錐體的頂端角度為100到140度之間。特別優(yōu)選110到130度之間，因為這樣平衡更為令人滿意。在采用榫狀形式的例子中，切削工具將被更加穩(wěn)固地固定到工具固定表面上。
根據(jù)發(fā)明設(shè)置在前角表面中的凹口或槽口優(yōu)選通過激光加工形成。本發(fā)明中采用的激光加工既可適用于燒結(jié)cBN材料，也可以適用于燒結(jié)金剛石材料。由于這些高壓燒結(jié)材料的硬度高，通過采用研磨輪或者類似物進行研磨操作不能夠獲得足夠的加工速度，從而不能夠經(jīng)濟地制造工具。
通過此種方式加工的凹口的特征在于當(dāng)精細地觀察時，在工具的內(nèi)表面上是如圖10中所示實施例中的凹陷激光條痕(凹陷結(jié)構(gòu))。在通過旋轉(zhuǎn)磨石加工凹口時，將不可避免地存在研磨條紋為圓形并且相對于凹口中心軸線為離心結(jié)構(gòu)或者規(guī)則地沿預(yù)定方向分布。本發(fā)明本例中的凹口或槽口的另一特征在于，如果從總體上看，穿過凹口的平面中的截面由連續(xù)的直線構(gòu)成。采用本發(fā)明中的方法加工的凹口或槽口的截面形狀理論上將呈如圖8中所示的形狀。具體地說，由于在每次使激光束沿不同方向進行掃描的同時進行加工，并且在加工階段中逐漸降低掃描區(qū)域，其截面呈階梯形狀。在實際運用中，截面的形狀最終證明如圖9中傾斜的傾斜表面以各種不同的角度相連。然而，與傳統(tǒng)加工方法明顯不同的是，可以觀察到在加工進程同步呈現(xiàn)不斷加大的像環(huán)形的形狀。
同時，在采用放電加工的操作中，通常加工電阻率為1mΩ.cm或之上的高壓燒結(jié)材料一電傳導(dǎo)率較低或者不具有電傳導(dǎo)率的材料是不可能的，但是本發(fā)明中方法可以加工即使電阻率為1mΩ.cm或之上的高壓燒結(jié)材料。
本發(fā)明的另一方面是提供一種用于加壓燒結(jié)切削工具的夾緊機構(gòu)，夾緊機構(gòu)形成為納入切削工具，所述切削工具的整個前角表面由高壓燒結(jié)材料構(gòu)成，其在前角表面的中心部分具有凹口或槽口，以將所述工具夾緊到工具固定器上，其中連接到固定器的夾緊部件的向內(nèi)部分裝配在凹口或槽口中，作用于固定器的工具固定表面上。與傳統(tǒng)夾緊機構(gòu)相比，其中前角表面為平面的切削工具通過簡單地將其壓緊在固定器上以連接到工具固定器上，這樣可以形成更加堅固和穩(wěn)定的保持力。
另外，由合成樹脂、銅、銅合金或鉛中選擇的材料作為緩沖物間隔在凹口或槽口與夾緊部件之間。由于存在緩沖物，夾緊部件和工具之間接觸的點或線接觸變成面接觸，從而增強了夾緊作用力，并且防止在切削工具中出現(xiàn)破裂。
本發(fā)明還提供一種其整個前角表面由高壓燒結(jié)材料制成加壓燒結(jié)切削工具的制造方法， 其中采用脈沖傳輸?shù)妮敵龉β蕿?0至100瓦的YAG激光器以在切削工具的前角表面中形成凹口或槽口。通過采用此種方法，在加工過程中由于熱作用導(dǎo)致的損壞得以控制，從而能夠獲得滿意的加工表面。


圖1(a)是與本發(fā)明相關(guān)的按鈕型刀片的斜視圖。
圖1(b)是從圖1(a)中間截取的截面圖。
圖2(a)是根據(jù)本發(fā)明所制造的加壓燒結(jié)切削工具的另一獨立實施例的視圖，其中加壓燒結(jié)切削工具為整體由燒結(jié)金剛石材料構(gòu)成的三角形刀片。
圖2(b)是圖1(a)中A-A′線的截面圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明所制造的加壓燒結(jié)切削工具的斜視圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明所制造的切削工具的一個實施例。
圖5(a)示出了根據(jù)本發(fā)明所制造的切削工具的一個實施例。
圖5(b)是圖5(a)中B-B′線的截面圖。
圖6是顯示根據(jù)本發(fā)明所制造的加壓燒結(jié)切削工具連接到固定器的示意圖。
圖7(a)是傳統(tǒng)加壓燒結(jié)切削工具的視圖，其中此加壓燒結(jié)切削工具整體由燒結(jié)的氮化硼構(gòu)成。
圖7(b)是傳統(tǒng)加壓燒結(jié)切削工具的視圖，其中此加壓燒結(jié)切削工具被層壓有高壓燒結(jié)材料和硬質(zhì)合金。
圖7(c)是傳統(tǒng)加壓燒結(jié)切削工具的視圖，高壓燒結(jié)致密物被焊接到碳化物基體上被切削出的部分上。
圖8是高壓燒結(jié)致密物的凹口部分的理論上的截面圖，其中此高壓燒結(jié)致密物通過根據(jù)本發(fā)明的激光加工形成有凹口。
圖9是高壓燒結(jié)致密物的凹口部分實際的截面圖，其中此高壓燒結(jié)致密物通過根據(jù)本發(fā)明的激光加工形成有凹口。
圖10根據(jù)本發(fā)明所制造的加壓燒結(jié)切削工具的凹口表面的掃描電子顯微圖。
具體實施例方式
下面將對根據(jù)本發(fā)明的實施方式進行說明。
本發(fā)明中的切削工具具有如圖1、2和3所示的位于高壓燒結(jié)材料(加壓燒結(jié)致密物)的前角表面的凹口3。圖1所示的工具通常稱作按鈕刀片，其圍繞其中心部分的位置具有凹口。此實施例中的凹口形成于加壓燒結(jié)部分中，但是根據(jù)刀具使用的條件，凹口可以形成貫穿到碳化物支撐金屬部件上。圖2中的切削工具通常采用三角形狀，而凹口大致形成于其中中心部分。在圖3中，凹口形成于平行六邊形的各個表面圍繞中心部分的位置。為了防止出現(xiàn)例如裂縫和破碎的重大缺陷，也可以采用24個前端和12個刀刃。
在由前角表面和凹口相交形成的線具有曲率的情況下，由于切削工具的拉入(draw-in)部分和凹口被彎曲，從而其接觸表面積降低。接觸表面積的增加進一步增強其保持力。如果由凹口和前角表面構(gòu)成的線具有直線部分，則與夾緊部件接觸的表面積能夠增加，如圖4和圖5所示，從沿B-B′線的截面可以清楚地看出，在切削工具中形成有槽口形式的凹口。這樣，由于在切削操作中采用的前端相對的槽口被用于固定切削工具，保持接觸的表面積增加。
由于加壓燒結(jié)切削工具具有如上所述的凹口或槽口，所以可以如圖6中所示進行固定，從而可以提高定位精度，進而可以增強夾緊作用力和可靠性。在圖6中，加壓燒結(jié)切削工具1置于工具固定器4上面，并通過利用夾緊緊固螺釘將夾緊部件5的前端上的切削工具拉入部分7緊固到工具凹口3中被夾緊。如圖中所示，使夾緊緊固螺釘從遠離垂直于切削工具的底座的方向傾斜一使夾緊緊固螺釘前進方向沿工具相對的方向傾斜，從而使反作用于工具的拉入的作用力進一步增強。通過使高壓燒結(jié)致密物提供此種結(jié)構(gòu)，即使是小尺寸的工具也可以被穩(wěn)固地固定在固定器上。
關(guān)于凹口或槽口的激光加工對燒結(jié)cBN和燒結(jié)金剛石致密物，如果根據(jù)傳統(tǒng)方法激光加工在空氣中進行，由于伴隨加工產(chǎn)生的熱量，在致密物進行加工的地方附近溫度升高。對燒結(jié)cBN，在其粘合部分將產(chǎn)生熱變形，且對燒結(jié)金剛石致密物，金剛石晶體也將產(chǎn)生熱變形，從而使機械作用力降低。其降低的程度能夠達到200um。然而，對根據(jù)本發(fā)明的方法，由于激光輸出功率小，加工過程中產(chǎn)生的熱量通過高壓燒結(jié)材料的相對較高熱傳導(dǎo)的作用迅速地消除掉，由此經(jīng)過熱傳輸?shù)拿娣e可以控制在20-40um的水平。
采用通常用作工業(yè)用微加工激光器的1064nm波長的YAG激光器作為激光源是非常有效的。同樣地，也可以采用靠近相同波長的具有發(fā)射光線的半導(dǎo)體激光器。利用高功率脈沖YAG激光器執(zhí)行設(shè)置在切削工具的中心部分的凹口的加工，在高功率脈沖YAG激光器中，輸出功率被調(diào)節(jié)同時通過使用檢流計鏡使光線的獲得增強，與此同時通過控制輸出功率、振蕩頻率和滾花節(jié)距以固定加工量將工具切削出輪廓線。通過采用激光切削方法，抑制激光束的總輸出功率并且增強其光獲獲得水平，減輕了加工表面上的熱作用影響。此外，直接傳遞到激光加工裝置，懸掛起來以能夠接受點子數(shù)據(jù)和通過三維CAD系統(tǒng)預(yù)先準(zhǔn)備的形狀成型數(shù)據(jù)，并且配置激光加工裝置使其具有CAD-CAM系統(tǒng)以從接受的形狀成型數(shù)據(jù)中自動地產(chǎn)生加工步驟，使加工不僅限于通常的直線切削操作，而且延伸到具有不規(guī)則表面的復(fù)雜形狀。本發(fā)明的上述方面可以通過采用例如由Deckel Mano GmbH制造的DML-40來實現(xiàn)。
下面，將通過具體實施例對本發(fā)明進行進一步地詳細說明。
實施例1制成盤狀cBN燒結(jié)坯料，其具有燒結(jié)cBN致密物1，其由60％的cBN、20％的TiN、10％的AIN、余下組分為金屬互化物TiB-其在超高壓/高溫條件下致密并燒結(jié)，和硬質(zhì)合金支撐金屬2。采用現(xiàn)今公知的切削方法以使其形成盤狀切削工具，如圖1所示，其直徑為10mm、厚度為3.18mm。
接下來，如圖1所示，利用脈沖60瓦YAG激光器在切削工具的頂部形成深度為1.6mm的凹口。在形成凹口之后，對其表面光潔度進行檢驗，其中表面粗糙度為Rz 10um。同樣，采用連續(xù)波長100瓦YAG激光器，在切削工具的頂部形成同樣形狀的凹口。在此例中凹口的表面粗糙度為Rz 100um。上述獲得的切削工具如圖6所示裝配到工具固定器上，并接受切削測試。加工工件為SKD-11調(diào)質(zhì)鋼(硬度為HRC55-58)；測試條件為圓周速度為150m/min；切削深度為0.2mm，進給量為0.1mm/rev。采用與上述相同的燒結(jié)致密物作為對比。利用“上夾”夾緊系統(tǒng)將沒有形成凹口的切削工具固定到固定器上，并在相同的條件下進行切削測試。
不具有凹口的切削工具在加工表面上產(chǎn)生顫振。相反，在通過脈沖激光器形成有凹口的切削工具中，由于不僅在推力方向上產(chǎn)生緊固作用力，而且產(chǎn)生朝向工具固定器凹口的拉入力，從而可以獲得更加穩(wěn)定的保持力。相應(yīng)地，可以實現(xiàn)在加工表面上不產(chǎn)生顫振的情況下進行加工。而且，使夾緊件的尖端部分與硬質(zhì)合金相接觸，所述硬質(zhì)合金的橫向斷裂強度比cBN的橫向斷裂強度要高，從而獲得具有更強的緊固扭矩的夾緊操作，這樣，即使切削深度增加到0.35mm，也可以獲得穩(wěn)定的加工操作而不會出現(xiàn)顫振。
對通過連續(xù)波長激光器形成有凹口的切削工具，在加工過程中工具通過凹口產(chǎn)生裂紋，而超過此點，將不能進行操作。
實施例2首先，將占總體積90％的金剛石成分、余量組分為鈷和鎢的組合物在超高壓/高溫條件下進行致密和燒結(jié)以制備燒結(jié)致密物。在此燒結(jié)致密物上不具有硬質(zhì)合金的強化作用。此致密物利用金屬線放電加工以切削成預(yù)定的形狀，如圖2所示，形成代碼為TNMN-120404可轉(zhuǎn)位刀片。接下來，使用70瓦激光器以在燒結(jié)致密物中心部分設(shè)置凹口。凹口的深度為2.1mm、直徑為4.2mm。
采用此切削工具進行切削測試。工件為SKD-61調(diào)質(zhì)鋼(硬度為HRC60-62)；測試條件為圓周速度為200m/min；切削深度為0.2mm，進給量為0.15mm/rev。采用與上述相同的燒結(jié)致密物作為對比。利用“上夾”夾緊系統(tǒng)將沒有形成凹口的切削工具固定到固定器上，并在相同的條件下進行切削測試。
不具有凹口的切削工具在加工表面上產(chǎn)生顫振。相反，在通過脈沖激光器形成有凹口的切削工具中，由于不僅在推力方向上產(chǎn)生緊固作用力，而且產(chǎn)生朝向工具固定器凹口的拉入力，從而可以獲得更加穩(wěn)定的保持力。相應(yīng)地，可以實現(xiàn)在加工表面上不產(chǎn)生顫振的情況下進行加工。
而且，在夾緊件的尖端部分和凹口的接觸部分之間間隔由銅合金組成、厚度為0.3mm的板件作為緩沖物，從而可以在更大緊固扭矩的條件下進行夾緊，由此可以實現(xiàn)穩(wěn)定的加工，即使在切削深度增加到0.3mm的情況下也不會出現(xiàn)顫振。
實施例3首先，將占總體積92％的cBN、余量組分為鈷和鎢的組合物在超高壓/高溫條件下進行致密和燒結(jié)以制備盤狀燒結(jié)cBN坯料。此燒結(jié)坯料通過硬質(zhì)合金支撐金屬進行強化。此坯料形成代碼為SNGN-120404如圖4所示的切削工具，并經(jīng)過切削測試。
由于采用此工具，與實施例1和2相比，其切削載荷高，與切削工具的拉入部分接觸的凹口的表面區(qū)域應(yīng)該延伸，其中工具形成下述結(jié)構(gòu)即其結(jié)構(gòu)設(shè)置成使由與切削刃互補的前角表面和凹口部分的相交形成的線將構(gòu)成直線，從而增加了切削工具的拉入部分裝配在凹口中的表面積。
工件為SUJ2(硬度為HRC 62-64)；測試條件為圓周速度為180m/min；切削深度為0.2mm，進給量為0.2m/rev。采用與上述相同的燒結(jié)致密物作為對比。利用“上夾”夾緊系統(tǒng)將沒有形成凹口的切削工具固定到固定器上，并在相同的條件下進行切削測試。
不具有凹口的切削工具在加工表面上產(chǎn)生顫振。相反，在形成有凹口的切削工具中，由于不僅在推力方向上產(chǎn)生緊固作用力，而且產(chǎn)生朝向工具固定器凹口的拉入力，從而可以獲得更加穩(wěn)定的保持力。相應(yīng)地，可以實現(xiàn)在加工表面上不產(chǎn)生顫振的情況下進行加工。
實施例4首先，將占總體積85％的金剛石成分、余量組分為鈷和鎢的組合物在超高壓/高溫條件下進行致密和燒結(jié)以制備燒結(jié)致密物。在此燒結(jié)致密物上不具有硬質(zhì)合金的強化作用。從此燒結(jié)致密物中切削出代碼為TBGN-06102的切削工具，如圖5所示，在與切削刃相對的部分中設(shè)置有槽口。通過增加切削工具的向內(nèi)部分裝配在凹口中的表面積，保持作用力得到增強。
此實施例在高速、高壓條件下進行評估。工件為ADC-12；測試條件為圓周速度為280m/min；切削深度為2.5mm，進給量為0.5mm/rev。采用與上述相同的燒結(jié)致密物作為對比。利用“上夾”夾緊系統(tǒng)將沒有形成凹口的切削工具固定到固定器上，并在相同的條件下進行切削測試。
在不具有凹口的切削工具中，由于保持力不足，在下降過程中于切削前端中出現(xiàn)破裂。相反，在形成有凹口的切削工具中，由于不僅在推力方向上產(chǎn)生緊固作用力，而且產(chǎn)生朝向工具固定器凹口的拉入力，從而可以獲得更加穩(wěn)定的保持力，其結(jié)果是不會出現(xiàn)切削尖端的破裂。
實施例5首先，將占總體積85％、粒子平均直徑為10um的cBN、余量組分為主要成分為AlN和AlB2的鋁化合物的組合物在4Gpa和1200攝氏度的超高壓/高溫條件下進行致密和燒結(jié)以制備燒結(jié)cBN致密物。利用YAG激光器切削此燒結(jié)致密物以形成ISO代碼SNGN-120416的切削工具，此工具整體由cBN燒結(jié)物質(zhì)(下面稱之為“固體cBN燒結(jié)工具”)構(gòu)成。接著，采用脈沖60瓦YAG激光器以在工具中形成深度1.6mm、直徑為Φ8.4mm至Φ3.0mm的平截體凹口，從而獲得代碼為SNGN-120416的cBN燒結(jié)切削工具。
獲得的切削工具裝配到工具固定器上并經(jīng)過切削測試。FC 250的圓形條工具在濕的條件下進行加工，其中切削速度為1500m/min；切削深度為5mm，進給量為0.4mm/rev。作為對比，采用下述切削工具作為切削評價不具有凹口的ISO代碼SNGN-120416和具有孔的ISO代碼SNGN-120416的工具，其均由相同的固體cBN燒結(jié)材料構(gòu)成；由工業(yè)可獲得Si3N4燒結(jié)材料構(gòu)成并具有橢圓凹口的ISO代碼SNGN-120416的工具。
采用由固體cBN燒結(jié)材料制成且不具有凹口的ISO代碼SNGN-120416切削工具，在切削開始后44秒之后，在工具中沒有出現(xiàn)諸如破裂的不正常損壞，但是切削工具在進給分量作用力方向出現(xiàn)偏離，在加工表面上留下階梯破裂，從而使后續(xù)工作無法進行。
采用由工業(yè)可獲得Si3N4燒結(jié)材料構(gòu)成并具有橢圓凹口的ISO代碼SNGX-120416的切削工具，雖然在切削開始后30秒后形成200um VB寬度的側(cè)面磨損以及30um的碎裂，但是仍然可以繼續(xù)操作；在之后38秒的時點，由于破裂的原因，切削工具完全地損壞。對此例中的切削工具，從損壞的工具的損毀表面，可以推斷夾緊件偏向一邊地裝配作用在橢圓形凹口上，從該區(qū)域，工具破裂并失效。
采用由固體cBN燒結(jié)材料制成且具有孔的ISO代碼SNGA-120416的切削工具，在切削開始之后，當(dāng)在圓形條工件上加工315秒之后，在切削工具的側(cè)表面上出現(xiàn)破裂，從而使后續(xù)切削不能進行。
采用根據(jù)本發(fā)明一個方面的其中形成有平截頭體的SNGX-120416切削工具，即使在600秒之后，磨損正常且側(cè)向磨損的寬度VB較小為100um，從而可以繼續(xù)進行加工操作。
實施例6利用本發(fā)明中的激光加工方法以及研磨輪的研磨操作，將實施例5中形成的燒結(jié)金剛石材料形成如圖1所示的深度為1.6mm的凹口。
激光加工在60瓦輸出功率的條件下進行。對放電加工，首先預(yù)備與空心形式相互補的電極，而電極設(shè)置成橫過燒結(jié)材料的前角表面，當(dāng)電極的可延伸壽命由于電火花耗盡，從而使預(yù)定形狀的凹口取代電極，由此完成加工。
采用激光加工形成單一凹口耗時5分鐘30秒，但是采用放電加工，需要5個電極，同時需要45分鐘的加工時間。
實施例7利用本發(fā)明中的激光加工方法以及電弧加工方法在實施例2中形成的cBN燒結(jié)致密物中形成深度為1.6mm、直徑為Φ8.4mm至Φ3.0mm的截頭體凹口。在此，嘗試采用相同的燒結(jié)材料以采用電弧加工以形成如上所述的凹口，但是此操作不能進行，從而被中止。通過測量發(fā)現(xiàn)燒結(jié)材料的電阻系數(shù)為5mΩ.cm。
在60瓦輸出功率條件下進行激光加工。對研磨操作，首先預(yù)備與空心形式互補的旋轉(zhuǎn)磨石，當(dāng)磨石的可延伸壽命由于磨損耗盡，從而使預(yù)定形狀的凹口取代磨石，由此完成研磨加工。
采用激光加工形成單一凹口耗時7分鐘，但是采用研磨加工，需要20個磨石，同時需要80小時的加工時間。
如上所述，在本發(fā)明中，具有凹口的加壓燒結(jié)切削工具能夠被容易地固定且具有高尺寸精度。此種優(yōu)點在小規(guī)格切削工具中特別重要。同時，根據(jù)本發(fā)明的制造方法使在高速下加工各種形狀的凹口成為可能，而且由于加工導(dǎo)致的對切削工具的前角表面的毀損被降低到最小。
權(quán)利要求
1.一種加壓燒結(jié)切削工具，其特征在于其整個切削表面由高壓燒結(jié)材料構(gòu)成，其在切削表面的中心部分具有凹口或槽口，以將所述工具夾緊到工具固定器上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加壓燒結(jié)切削工具，其特征在于所述高壓燒結(jié)材料的切削表面的相對側(cè)通過硬質(zhì)合金進行強化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加壓燒結(jié)切削工具，其特征在于所述高壓燒結(jié)材料為燒結(jié)cBN材料或者燒結(jié)金剛石材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項所述的加壓燒結(jié)切削工具，其特征在于由凹口或槽口與切削表面相交構(gòu)成的線具有直線部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項所述的加壓燒結(jié)切削工具，其特征在于所述凹口為圓錐體或平截頭體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任何一項所述的加壓燒結(jié)切削工具，其特征在于所述凹口或槽口通過激光方式形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任何一項所述的加壓燒結(jié)切削工具，其特征在于具有凹口的工具區(qū)域的電阻系數(shù)為1mΩ.cm或以上。
8.一種用于加壓燒結(jié)切削工具的夾緊機構(gòu)，其特征在于夾緊機構(gòu)形成為拉入切削工具，所述切削工具的整個切削表面由高壓燒結(jié)材料構(gòu)成，其在切削表面的大約中心部分具有凹口或槽口，以將所述工具夾緊到工具固定器上，其中連接到固定器的夾緊部件的拉入部分裝配在凹口或槽口中，作用于固定器的工具固定表面上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于加壓燒結(jié)切削工具的夾緊機構(gòu)，其特征在于由合成樹脂、銅、銅合金或鉛中選擇的材料作為緩沖物間隔在凹口或槽口與夾緊部件之間。
10.一種加壓燒結(jié)切削工具的制造方法，其特征在于采用脈沖傳輸?shù)妮敵龉β蕿?0至100瓦的YAG激光器以在切削工具的切削表面中形成凹口或槽口，其中切削工具的整個切削表面由高壓燒結(jié)材料制成。
全文摘要
在由高壓燒結(jié)材料制成的傳統(tǒng)小規(guī)格可轉(zhuǎn)位刀片中，其不具有用于將刀片連接到工具固定器上的螺釘孔或凹口，從而將刀片夾緊到固定器上比較復(fù)雜且緊固作用力比較弱。其原因在于高壓燒結(jié)材料的硬度比較大，表面加工非常困難。在本發(fā)明中，采用利用檢流計鏡使其光獲得增強的激光器，通過調(diào)節(jié)輸出功率同時高度精確地控制光線的位置進行加工，以在高壓燒結(jié)材料組成的可轉(zhuǎn)位刀片的前角表面中設(shè)置工具固定器連接凹口。這樣，小規(guī)格高壓燒結(jié)材料構(gòu)成的可轉(zhuǎn)位刀片可以方便、穩(wěn)定地通過夾具固定到固定器上，從而降低了預(yù)備時間，提高了加工精度，并且使裝配的可靠性增強。
文檔編號B23B27/16GK1538890SQ0281533
公開日2004年10月20日 申請日期2002年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月10日
發(fā)明者植田丞司, 馬場良介, 佐橋稔之, 久木野曉, 之, 介, 曉 申請人:住友電氣工業(yè)株式社