專利名稱：對(duì)工件進(jìn)行機(jī)械加工的方法
>^發(fā)明涉^^一種對(duì)工件i^ft^l^P工的方法。
技術(shù)背景極硬研J^刀割元件或工具組^f皮廣泛用于鉆孑L 、切削及其它類似的研磨應(yīng)用中，其^^皿金剛石材料，凌被稱為多晶金剛石(PCD)，以;sj^立方氮化硼，即通常所說的PCBN制成。這樣的元件或工具組分通常包括一與 通常由硬質(zhì)4i制成的支持翻目結(jié)合的PCD層或者PCBN層。PCD層或PCBN 層可以呈現(xiàn)出鋒利的切削刃、切割點(diǎn)、切割面或A^f磨面。PCD中包括大量的含有一相當(dāng)大量金剛石與金剛石相結(jié)合的津鵬ij的金剛 石孩M立。典型的，PCD具有M相，^^有一種ilh^鈷、鎳、鐵或包含其中一 種或多種這種金屬的合金金剛石催化劑/溶劑。PCBN通常也包^^占結(jié)相，典型 的是cBN催化劑或包^it樣的催化劑。適合的粘結(jié)相的例子有鋁、堿金屬、鈷、 鎳、鴒等等。PCD切割元件被廣J^^應(yīng)用于對(duì)金屬、*，以;M^"^^^H"料的才A^ 工中。尤其;U氣車工業(yè)、航空工ik^木制品工ikit過PCD的^f^J，得到了更高 的生產(chǎn)力水平、精度7K平及產(chǎn)品一致性。在金屬加工業(yè)中，45^、雙金屬材 料、#1^、 ^/石墨強(qiáng)化塑W^金屬復(fù)合M是典型的通過PCD進(jìn)^Wfc^ 工的材料。層壓艦、水;脹、碎^M^合仗、刨花^^p膠^A^N"制品中通 過PCD進(jìn)#*1^工的例子。PCD作為鉆孑UbU的插入部件(inserts)也應(yīng)用于 石油皿工業(yè)。用于汽車工業(yè)、航空工業(yè)、建筑業(yè)和一^:的工程工業(yè)的工具組分尤其需要 大量的積森口工，從而使其能夠達(dá)到適于預(yù)期目的所需的成型精度以;s^面完整度。擁有了現(xiàn)代化的積稀口工工具的優(yōu)越性能，切割工具已經(jīng)變成影響工件 質(zhì)量和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素。用于制造的典型工件^t料包^^ir屬、黑色^r屬和有色4r屬、^^超級(jí)合 金，金屬復(fù)合才瓤，石料，包括;mi和水泥的合鍵筑材料，包括天然械、賴壓械、碎械、纖^iLAJr錄的插材料，包括塑料、玻璃iUl碳
纖維增強(qiáng)塑料的化學(xué)合^N"料，以及陶瓷。
^^)切割工具制造工件所采用的典型辦包4緣切、切割、研磬、車削及
鉆孔。在才;i^口工過程中，可以才娘M工具經(jīng)歷的間斷的程度而對(duì)這些IMt 進(jìn)行分類。例如，在車削餅中，工具的切割元件^fe/i^口工辨的整個(gè)過程 中與工^##連續(xù)接觸。與jtbf目反，在研磨辦中， 一個(gè)或多^^刀割工具在整 個(gè)才;i^工鰣鵬、司魏與工件械觸。
對(duì)提高制造元件性能的普遍需求導(dǎo)致了更難以通it^O^加工方式生產(chǎn)的更 復(fù)雜的工件的#,在連續(xù)iOM^口工過程中，尤其是在間斷式切削加工過程 中，切割工具經(jīng)受熱循環(huán)和,負(fù)栽。jJ^卜，iE^W才^^工，更高效率 的需求，iM常通過更高的材^^刀割效率來實(shí)現(xiàn)，而這同#^致了在切削工具 的上產(chǎn)生增加的熱和負(fù)載。
因此，為了迎合結(jié)構(gòu)和制造工 步;^的需求，切割工具因此也必須向 著不僅能夠提供 的絲強(qiáng)度，還具有更高初性的方向g
US 3,745,623公開了 一種在具有M4^M^套的情況下制造PCD的方法， 在制造過程中保護(hù)套的一^分轉(zhuǎn)變成了碳化物。^f屑器表面上M鋯的保護(hù) 套薄層可能留在PCD上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種對(duì)工件進(jìn)^W口工的方法，其中所述工件由選自金屬、 金屬基復(fù)*、緒、合成物、陶資、石W^合絲筑材料的材辨'J成，所述 方法包括^^一種包括一種工具組分的工具對(duì)工件進(jìn)#^加工的步驟，所述 工具組分包括具有一加工面的多晶金剛石層、包^"種^r屬并且沿交界面與 多晶金剛石層的加工面相:kW的城層，多晶金剛石層臨近交界面的區(qū)域中包 ^"些ltt層中所具有的金屬。
M層為工具組分提供了 一層比多晶金剛石層柔軟的層。這個(gè)城皿靠 其中的一些已經(jīng)擴(kuò)散到多晶金剛石臨近其與M層的交界面的區(qū)域中、并e^ 在于多晶金剛石中的金屬而被牢固g合在多晶加工面上。在多晶金剛石中呈 現(xiàn)出姓相(secondphase)的一些這種金屬，也同樣擴(kuò)僻"城層中。因此， M層與多晶金剛石之間的結(jié)合實(shí)際上是一種擴(kuò)，合。這種結(jié)合可以被制造 出來，比如，在多晶金剛石的制造過程中，也，議，在這種制造過程中^tf層凈皮產(chǎn)生并iLML場(chǎng)與多晶金剛石相結(jié)合。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在需要工具材料具有M性的應(yīng)用場(chǎng)合，以及需要切削工 具同時(shí)^^l高的絲強(qiáng)度和更高韌性的場(chǎng)合，通錄多晶金剛石材料的加工 面上提^~層城層能夠提高工具組分的這些性能。因此，本發(fā)明提供了改良 的對(duì)多種使用了這種工具組分的工件進(jìn)^^W口工的方式。在4^頁域中，對(duì)一種工件進(jìn)^^i^加工包括移動(dòng)該工件，以;M目對(duì)于^ft工件移動(dòng)工具切削組 分的切削刃或切割點(diǎn)，然后將切削刃或切割點(diǎn)推近工件進(jìn)^^加工。進(jìn)4沐 ;^工M的例子有4^;、切割、研磨、車削和鉆孑L等。能夠利用本發(fā)明中的方法進(jìn)^+A^口工的典型工件材料包括金屬、黑色 和有色金屬、^r及其超耐熱不辦岡，金屬基復(fù)*，石料，包括"mi和水 泥的合成建筑材料，包4舌天然M、 M壓^L、碎^、纖lpb^ibl^;^ 的M材料，包括塑料、玻璃ilA碳纖^t強(qiáng)塑料的化學(xué)合^t料，以及陶瓷。 其它的應(yīng)用包才^t合^H"料(包括木材)、4S^r、錛鐵、鈥^、耐熱型超級(jí) 妙(HRSA)或硬化鋼進(jìn)行研磨、鋸割或鉸孔。軟質(zhì)層中的金屬可以是^ftM的金屬中的任意一種，伏i^Ait;度金屬中 的一種。適合的itJ度金屬的例子有鉬、鈮、鉭、^f^鴒。金屬鎳也同樣被認(rèn)為 是一種適用于本發(fā)明的材料。軟質(zhì)層中所具有的金屬的存在形式可以是金屬、金^^f匕物、氮化物、硼 化物、硅化物、碳氮化物或其中的兩種或多種的組合。軟質(zhì)層中的金屬M(fèi)的 是以金屬、金/i^^緣或它們的組^/形^4在。更m的是，贈(zèng)層中包括 大量的以金^^化物形式存在的一種金屬，以及少量的金屬諸如金屬、來自多 晶金剛石中的金屬，例如在多晶金剛石中以M相形式存在的金屬結(jié)。Itt層可以只是^工面的-^分Ji^伸或者，了整個(gè)加工面。多晶金剛石層的加工面伏i^l:該層的頂面，其與該層的另一個(gè)表面相交叉， 從而在交M形成切割點(diǎn)或切削刃。所述Wt^i^J斤述切削刃或切割點(diǎn)起一Jj^伸并至少越it^斤^口工面的"^分。不同。通常情況下，M層具有達(dá)100微米的厚度。^tt層的厚度M為至少 50孩沐。在本發(fā)明的工具組分中，軟質(zhì)層與多晶金剛石層的加工面相結(jié)合，軟質(zhì)層可以在所述工具組分的制造過程中在現(xiàn)場(chǎng)制造。在這種方法中，制造多晶金剛
石層的組^^ 于金屬杯或金屬封殼(capsule)中，然后所述金a或金屬封 殼將經(jīng)受制造多晶金剛石所必需的高溫高壓務(wù)降。在制造過程中，金*或金 屬封殼中的一些與多晶金剛石的夕卜表面相粘結(jié)或相結(jié)合。將要形^質(zhì)層的一 金屬層可艦置于與金脅或金屬封殼中絲合的金剛石孩^N目接觸的位置。 在制造過程中，金屬封殼、金脅或所述金屬層中的一些金屬#^擴(kuò)彭']多晶 金剛石中。類似地，來自多晶金剛石中的一些金屬，如鈷，^^擴(kuò)彭，jltt 層中。
多晶金剛石層的加工面可肯bl平整的、拋光的，或是她的、不細(xì)'J的。 當(dāng)多晶金剛石層的加工面是^t的或是不規(guī)則的，這可f暖由于加工面經(jīng)受噴
砂處Sil翻^t理的結(jié)果。
軟質(zhì)層的頂部暴露表面可以進(jìn)^m光。對(duì)軟質(zhì)層的拋MS^^"tb寸多 晶金剛石層的表面拋M理^"容易得多。
多晶金剛石/^i^it常是沿著與加工面相對(duì)的表面與一個(gè)M或支持體 相結(jié)合。碳化物^A碳^^、碳^4a、碳^^il碳^^。特細(xì)的碳化^f皮優(yōu) i4^應(yīng)用于利用^^頁^/^p的方法來制造^tt^r。


附圖是本發(fā)明的方法中^^]的一種工具組分的一個(gè)糾實(shí)施例的部分剖視圖。
M實(shí)施方式
因此，本發(fā)明提供了一種樹工具材料的糾喊嚴(yán)^"求的場(chǎng)合中具有 &近性能的工具組分的應(yīng)用。^^發(fā)明中的多種不同的;W加工處理中，M 層的特'l;i^其與多晶金剛石層的牢固結(jié)^f"其它優(yōu)點(diǎn)如下i^斤逸
損。而這^Mf提高切削刃的強(qiáng)度，減少磨合(break-in)磨損期。磨圓的程度能 夠通過提高或降^^0資層的^t^制。M層的材料也會(huì)在多晶金剛石層的 ii^^處將孔隙或凹陷填充，從而導(dǎo)致較少的磨損發(fā)生。在經(jīng)過了初期的磨圓過 程之后，軟質(zhì)頂層^^^f屑器的形狀。
與賄技術(shù)中的多晶金剛石產(chǎn)品相比，經(jīng)過拋光的歸頂;^吏得加工面上金剛石表面具有較低的應(yīng)力。所有的 這些因素,減小剝離、刨削和裂化的頻率和強(qiáng)度，尤其是^M"M進(jìn)行間斷 性的和/或沖擊性的初械加工中。!^將結(jié)合圖示了一種工具組分的切削刃部分的附圖，對(duì)本發(fā)明的方法中 所^^I的這種工具組分的一個(gè)脅實(shí)施例進(jìn)^i兌明。如附圖所示， 一種工具組 分包^-個(gè)沿著交界面14與一層多晶金剛石12相結(jié)合的石M^rM 10。多 晶金剛石層12具有一;l^斤iiX具組分的加工面的Ji4面16。 Ji4面16沿著直 線24與側(cè)面18相交叉，該線24限定用于工具組分的切削刃。軟質(zhì)層20與加工面16相結(jié)合。所述M層20延伸到切削刃24。軟質(zhì)層 20的類型如Jii^斤述并且包括一種金屬,來自軟質(zhì)層20中的一些這種金;l^存 在于多晶金剛石層的區(qū)域22中，其用虛線示出。來自多晶金剛石層12中的一 些金絲出StiMtt層20中。因此，擴(kuò)絲合存在于傾層20與多晶金剛石 層12之間。g將對(duì)本發(fā)明的方法中使用的一種工具組分的實(shí)施例進(jìn)"fr^述。 實(shí)施例1大量^4古作為粘結(jié)相的金剛石微并到i^于石M^r絲表面。大量未粘附的金剛石微^^x于鉬制封殼中，所述封殼被置于常規(guī)的高壓/高溫設(shè)備的^區(qū)域中。封殼中的內(nèi)，經(jīng)受大約14(HrC的溫度以及大約5GPa壓力。這些條 件維持一定的時(shí)間，足以制成多晶金剛石層，該多晶金剛石層具有與石MM M相結(jié)合的表面以W目對(duì)的一暴露面。多晶金剛石層具有棘的狄相。封殼M應(yīng)區(qū)域中被移走。鉬或碳化鉬層與多晶金剛石的夕h^表面相結(jié)合。 鉬或碳^4E1層的夕MP區(qū)艦過研磨而被去除，剩下一個(gè)與多晶金剛石層的錄 面中的一個(gè)相結(jié)合的、比多晶金剛石更軟的材料薄層。樹層的厚y!^100孩沐'^^EDS進(jìn)行分析顯示，樹層中包括多數(shù)量 的碳4W目，以及少量的硬質(zhì)^^基質(zhì)中的金屬鉬和鈷。使用EDS進(jìn)行分析，發(fā) 現(xiàn)多晶金剛石的與WT層交^h接近的區(qū)域中包含有鉬。軟質(zhì)層與多晶金剛石 層之間結(jié)合得非常強(qiáng)。大多數(shù)的切削工具組分是由碳^^支持的多晶金剛石制 造而成，這樣的切削工^^物具有如附圖所示的結(jié)構(gòu)。在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，這些切削工具組分^Mt加工和金屬加工應(yīng)用中是有效的。沒有M軟質(zhì)層的分層 的現(xiàn)象。
實(shí)施例2
一種由碳化物支持的多晶金剛石產(chǎn)品，其包括與石M^rM相結(jié)合的多 晶金剛石層，且其具有包含多數(shù)量的碳^4/E、和少量的作為金屬的鈮和來自多 晶金剛石層的鈷的樹層。這種多晶金剛石產(chǎn)品是利用與實(shí)施例l中相同的方 法被制造的，其中^^鈮制封殼代賴制封殼。少量的4^^J14在于接近與 M層交W:的多晶金剛石區(qū)域中。Itt層的厚^ ioo樣沐。來自這種產(chǎn)品 中的多個(gè)工具組^^皮制造，其中的#~"個(gè)^^有如附圖所示的結(jié)構(gòu)，并jit于 應(yīng)用在鉆孔中。
權(quán)利要求
1、一種對(duì)工件進(jìn)行機(jī)械加工的方法，其中所述工件由選自金屬、金屬基質(zhì)復(fù)合物、木材、合成物、陶瓷、石料和合成建筑材料的材料制成，所述方法包括使用一種包括工具組分的工具對(duì)工件進(jìn)行機(jī)械加工的步驟，所述工具組分包括具有一加工面的多晶金剛石層、包含一種金屬并且沿交界面與多晶金剛石層的加工面相結(jié)合的軟質(zhì)層，多晶金剛石的層臨近所述交界面的區(qū)域包含一些來自軟質(zhì)層的金屬。
2、 N又利要求1所述的方法，其中，軟質(zhì)層的金屬是一種&度金屬。
3、 ^^U'J要求1或2所述的方法，其中，ltt層的金屬以是金屬、金絲 化物、金屬氮化物、金，化物、金屬珪化物、金/W氮4t^或它們其中的兩 種或多種的組合的形式存在。
4、 如上i^'J^求中^-項(xiàng)所述的方法，其中，贈(zèng)層中包括多數(shù)量的碳 化物形式的金屬，以及少量的以金屬形iC^在的金屬和來自多晶金剛石中的金 屬。
5、 如上i^5L利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述的金屬選自于鉬、鈮、 鉭、絲鴒。
6、 如上i^5U'虔求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，^層具有達(dá)100微米的 厚度。
7、 如上i^5U'虔求中^—項(xiàng)所述的方法，其中，傾^5^51 >工面的
8、 fc^U'J要求"中任一項(xiàng)所述的方法，其中，城層絲整個(gè)加工面。
9、 如上^U'J^求中^-"項(xiàng)所述的方法，其中，所述加工面是多晶金剛石 的層的頂面，該頂面與一側(cè)面相交3U^而在交5U^限定用于工具組分的切削刃。
10、 H5U'J^"求9所述的方法，其中，所述城層^J斤述切削刃延伸越過 至少所ii^r工面的^p分。
11、 如上i^5U'溪求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述M層具有至少50 孩沐的厚度。
12、 如上i^5L利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述多晶金剛石的層與 J^目結(jié)合。
13、 i^L利要求13所述的方法，其中，所ili^i一種^t^r絲。
14、 如上ii^又利要求中^-項(xiàng)所述的方法，其中，所^iJL^工為鋸割、 切割、研磨、車削或是鉆孔。
15、 如上i^K利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述工件是一種選自于 黑色金屬、有色金屬、合金或者它們的超耐熱^r^金屬材料。
16、 N5U'J要求1-14中但一項(xiàng)所述的方法，其中，所述工件是一種選自于來自"miii是水泥的^^ut筑材料。
17、 HiU'J要求l-14中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述工件是一種選自于 天然M、賴壓M、碎^、纖^Libl^^WL的M材料。
18、 i4又矛J^求1-14中^fi-項(xiàng)所述的方法，其中，所述工件是一種選自于 塑料、玻璃^A碳纖,強(qiáng)塑料的合成復(fù)，。
19、 ^W'j要求1所述的方法，力4娥附圖中所J^^的那樣的方法。
20、 i^U'J要求1所述的方法，如任意一個(gè)所述實(shí)施例中J^^Ji的那樣 的方法。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種對(duì)工件進(jìn)行機(jī)械加工的方法，所述工件由選自金屬、金屬基復(fù)合材料、木材、合成纖維、陶瓷、石料和合或建筑材料的材料制成，所述方法包括使用一種具有工具組分的工具對(duì)工件進(jìn)行機(jī)械加工的步驟，所述工具組分包括具有一加工面(16)的多晶金剛石層(12)、具有一種金屬并且沿交界面與多晶金剛石層(12)的加工面(16)相焊接的軟質(zhì)層(20)，多晶金剛石層(12)臨近交界面的區(qū)域(22)中包含一些軟質(zhì)層(20)中所具有的一些金屬。
文檔編號(hào)B22F3/12GK101652210SQ200880006472
公開日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2008年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月28日
發(fā)明者C·J·比勒陀利烏斯, P·M·哈登 申請(qǐng)人:六號(hào)元素(產(chǎn)品)(控股)公司