切削刀片和切削刀具的製作方法

2023-05-22 10:35:26 1

專利名稱：切削刀片和切削刀具的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種切削刀片和切削刀具，更具體而言是涉及一種能長時間保持切削 性能的切削刀片和裝配有該切削刀片的切削刀具。
背景技術：
專利文獻1公開了一種具有切削刃部分以及由Al2O3微粒材料製成的其它部分的 Al2O3-SiC晶須切削刀具，所述切削刃部分具有大於等於2mm且小於等於4mm的厚度並由 Al2O3-SiC晶須材料製成，以此提供SiC加固的Al2O3晶須切削刀具，該切削刀具具有足以切 削例如灰口鐵和球墨鑄鐵的含鐵材料的成本性能比，並包含減少量的昂貴SiC晶須，。(參 見專利文獻1的第
段、權利要求1和圖1)。專利文獻1總體上公開了所形成的切削刃中包含的SiC晶須的量按體積為7% 40%，而實施示例中採用的是按體積25%或32%的SiC晶須，且採用僅這些量的SiC晶 須才被證實是有利的。(參見專利文獻1的第W009]段、第W015]段、第W019]段和第段)。專利文獻1中沒有指出具有包括按體積25%到32%，例如7% 25%的量，的範 圍以外的量的SiC晶須的切削刃的切削刀具能夠具有足以切削例如灰口鐵和球墨鑄鐵的 含鐵材料的成本性能比。一般而言，切削刀具的切削刃的特性主要取決於切削刃中包含的 成分的量；切削刃的特性被認為是隨量的多少而急劇變化。專利文獻2公開了一種由陶瓷燒結體製成的切削刀具，該陶瓷燒結體具有分層結 構，其包括刀片座和層疊在刀片座表面的至少部分上的外層，其中，外層表面的至少部分被 用作切削刀具的側面，且外層的熱膨脹係數小於刀片座的熱膨脹係數(參見專利文獻2的 權利要求1和圖3)。專利文獻2講到「刀片座的熱膨脹係數與外層的熱膨脹係數之差應優選為 0. 1\10-6 3.0\10_6/1(，該差值為251 100°C溫度下的平均值。當差值小於0. 1 X IO"6/ K時，足以形成抗裂性優良的切削刀具的殘餘壓應力可不發生。」(參見專利文獻2的第段)。下面將參考此文獻的實施示例。試驗示例1-11中，切削刃由Si3N4-Yb2O3-Al2O3和 Si3N4-Yb2O3-Al2O3-WC製成，且刀片座的熱膨脹係數與作為切削刃的外層的熱膨脹係數之差 為0. 3 3. 3ppm。試驗示例14中，切削刃由Al2O3-SiC製成，且外層，即切削刃的熱膨脹系 數與刀片座的熱膨脹係數之差為2ppm。(參見專利文獻2的表1)。試驗示例14中所使用 的SiC為細粒形式的粉。專利文獻2講授了可通過一種方法來製造切削刀具，該方法包括通過多級加壓、 層壓法、熱壓等等以預定形狀將粉末狀原料壓製成模製品；通過氣壓燒結、熱等靜壓燒結或 熱壓燒結來燒結模製品以製備燒結體；以及將獲得的燒結體加工成預定形狀(參見專利文 獻2的第
段)。現在參考此文獻的實施示例。實施示例中，通過「將用於刀片座的粉末混合物和用於外層的粉末混合物依此順序加入模子內，並利用單軸壓力機通過多級加壓或層壓將混 合物壓製成模製品」來製造切削刀具；「通過冷等靜壓增加獲得的模製品的密度」以製備最 終的模製品；以及以預定形狀將最終的模製品加工成成品。(參見專利文獻2的第W028] 段、第W029]段、第W030]段和第W031]段)。如理解的，實施示例證實通過多級加壓和 冷等靜壓來製造專利文獻2中公開的發明申明已經實現的抗裂性和耐磨性很好的切削刀 具。然而，從專利文獻2的公開所不清楚的是，通過片材層壓法和氣壓燒結製造的切削刀具 的抗裂性和耐磨性是否很好。另外，專利文獻2中公開的發明涉及由不包括晶須的陶瓷製成的切削刀片。專利 文獻2對製造包括晶須的陶瓷的方法隻字未提，且難以利用讓陶瓷中產生殘餘應力的技術 來燒結晶須。近年來，對於切削刀具已經期望諸如抗熱衝擊性、耐磨性和抗裂性等性質的改良。 一般而言，耐磨性趨向於隨著切削刃中包含的晶須量的增加而減弱。因此，已經期望獲得在 切削刃中的晶須量減少時不會減弱耐磨性的切削刀片以及裝配有此類切削刀片的切削刀 具，且這些切削刀片的抗裂性和進一步諸如抗熱衝擊性的其它特性都很好。現有技術文獻專利文獻1 JP Hll (1999)-10409A專利文獻2 JP 2003-231005A

發明內容
本發明要解決的問題本發明的目的是提供一種切削刀片和切削刀具，所述切削刀片的耐磨性、抗裂性 和抗熱衝擊性都很好，而且能長時間保持切削性能。本發明目的還在於提供一種包括減少 量的晶須的切削刀片。本發明的另一目的是提供一種裝配有上述切削刀片的切削刀具。解決問題的手段解決上述問題的手段是(1) 一種切削刀片，包括刀片座以及由包含晶須的陶瓷製成的切削刃，刀片座和切 削刃彼此一體形成，其中刀片座具有大於切削刃所具有的第二熱膨脹係數的第一熱膨脹系 數；以及第一係數與第二係數之差大於Oppm且不大於3ppm。手段(1)的優選實施例為(2)根據手段(1)所述的切削刀片，其中切削刃具有主要由氧化鋁製成的基質，晶 須由碳化矽製成，且切削刃的表面內存在大於OMPa且不大於200MPa的殘餘應力。(3)根據手段⑴或(2)所述的切削刀片，其中刀片座由具有多個相的複合材料制 成。(4)根據手段(1)至(3)中任一手段所述的切削刀片，其中刀片座由金屬陶瓷製 成。(5)根據手段(1)至(3)中任一手段所述的切削刀片，其中刀片座由包括碳化矽粒 子的陶瓷製成，這些碳化矽粒子具有1 μ m 5 μ m的平均粒徑。(6)根據手段(1)至(5)中任一手段所述的切削刀片，其中切削刃的厚度Wl與刀片座的厚度W2之比W1/W2大於0. 1且不大於0. 7。(7)根據手段(1)至(6)中任一手段所述的切削刀片，其中切削刃與刀片座通過熱 壓燒結或通過利用釺料的釺焊一體形成。上述手段還提供(8) 一種裝配有根據手段⑴至(7)中任一手段所述的切削刀片的切削刀具。本發明的優勢根據本發明，刀片座的熱膨脹係數大於切削刃的熱膨脹係數的事實導致產生殘餘 應力，這使得即便切削刀片中包含的晶須量小也可能提供維持長時間切削性能的切削刃。另外，本發明的發明人發現，切削刃上的裂縫和切削刃的磨損中的任何一者或二 者導致切削刀片不能再切削工件的情況。為使切削刃上不出現裂縫，就必須提高抗裂性，而 為了不磨損切削刃，就必須增強耐磨性。然而，陶瓷模製品抗裂性的提高趨向於降低其耐磨 性，而陶瓷模製品耐磨性的提高趨向於降低其抗裂性。傳統技術不能同時提高陶瓷模製品 的抗裂性和耐磨性。讓本發明的切削刀片成功具備更長時間的切削性能意味著本發明還成 功提高了耐磨性和抗裂性，而且還加強了抗熱衝擊性，該抗熱衝擊性用於抵禦由於刀片座 與切削刃的熱膨脹係數之差引起的殘餘應力而在切削期間對切削刀片反覆施加的熱負載。 由於切削刃包括作為主要成分的晶須，且切削刃內存在殘餘應力的創新，本發明能基於抗 裂性、耐磨性和抗熱衝擊性同時提高的新成果提供傳統切削刀片不可能實現的且使用壽命 更長的切削刀片。本發明還提供了一種具有熱膨脹係數能夠容易調整的刀片座的切削刀片。本發明還提供了一種使用壽命長的切削刀具，該切削刀具因其裝配有上述切削刀 片而具有優良的耐磨性、抗裂性和抗熱衝擊性。


[圖1]圖1是示出了根據本發明的切削刃的示例的圖。[圖2]圖2是示出了根據本發明的切削刃的另一示例的圖。[圖3]圖3是示出了根據本發明的切削刀具的示例的圖。[圖4]圖4是根據本發明的切削刃的示例的背散射電子圖像。[圖5]圖5是圖4的放大圖。
具體實施例方式為同時提高抗裂性和耐磨性，本發明的發明人以獨到的見解實現了本發明的切削 刃，下面將對其進行說明。為製造由抗裂性優良的陶瓷製成的切削刃，必須使陶瓷包括晶須。因此，我們研究 了具有切削刃的切削刀片，所述切削刃由加入了 SiC晶須的陶瓷而非包含上述專利文獻2 公開的示例中製備的切削刃所包含的SiC細粉的陶瓷製成。在用包含大量晶須的陶瓷製成的切削刀片來研磨鐵材料時，晶須自身磨損。因此， 為提高切削刀片的耐磨性，必須減少晶須的量。另一方面，在出於耐磨性目的減少晶須的量 時，晶須減少的量降低了抗裂性，並致使使用壽命短的切削刀片。此外，如果切削刀片不包 括晶須，則抗裂性較之包括晶須的切削刀片明顯降低。因此通常認為，包含不少於一定量的晶須對切削刀片來說是不可或缺的。由於耐磨性的提高導致抗裂性的降低，而抗裂性的提 高導致耐磨性的降低，所以我們得出的結論是，通過調整晶須的量和陶瓷類型的選擇來同 時實現抗裂性和耐磨性的提高不是幾乎不可能的。本發明設法同時實現抗裂性和耐磨性的 提高並延長切削刀片的使用壽命的基本思想是切削刃包括晶須，且晶須的量不致於降低抗 裂性和耐磨性，並防止抗裂性因切削刀片中產生的殘餘應力而降低。將切削刀片中的刀片 座的熱膨脹係數相對於切削刃的熱膨脹係數調整到預定範圍能實現在切削刀片中產生殘 餘應力，所述切削刀片包括由包含晶須的陶瓷製成的切削刃以及由陶瓷和/或金屬陶瓷製 成的刀片座，所述陶瓷和/或金屬陶瓷不包含晶須或包含數量小於切削刃中所包含的晶須 的量的晶須，其中切削刃和刀片座彼此一體形成。切削刃中包含的晶須的示例可包括石墨晶須、氧化鋁晶須、氮化矽晶須、莫來石晶 須、碳化鈦晶須和硼化鈦晶須。優選的是碳化矽晶須。由於晶須有時可以與工件發生反應， 因此，應根據工件的種類適當選擇晶須的種類。晶須的尺寸優選為平均直徑介於0. 1 μ m到 Ιμπι之間，沿縱軸的長度介於2μπι到IOOym之間。用具有優選尺寸的碳化矽晶須來提高 根據本發明的切削刀片的抗裂性將更容易。對用以製造切削刃的陶瓷來說，可選擇不與工件發生反應的各種陶瓷，這與晶須 一樣。陶瓷的示例可包括由氧化鋁、碳化矽、碳化鈦和氧化鋁與碳化矽和/或碳化鈦的化合 物製成的陶瓷。製成切削刃的陶瓷應當是平均粒徑為0. 1 μ m 2 μ m的粉末形式。採用此類粉末 陶瓷能更容易地在陶瓷內分散晶須和燒結即將獲得的模製品。應當用適當的混合裝置，如球磨機，通過乾燥混合或溼法混合來混合陶瓷和晶須。 在通過溼法混合來混合陶瓷和晶須時，可將丙酮、甲醇、乙醇等等用作溶劑。應當根據諸如 預期工件的種類的因素和本發明的切削刀片將被使用的情形來決定切削刃的形狀和尺寸。化學成分分析表明，切削刃中包含的晶須的量與包含到其中的陶瓷的量的比率和 混合到用於切削刃的原料中的晶須的量與混合到原料中的陶瓷的量的比率基本相同。就 混合到原料中的晶須的量而言，切削刃的晶須含量按體積應優選地介於切削刃整個體積的 25%到40%之間。晶須的量小於該範圍下限的切削刃傾向於抗裂性降低，而晶須的量大於 上限的切削刃傾向於表現出晶須大量損耗。當刀片座的熱膨脹係數比切削刃的熱膨脹係數 大預定範圍內的值時，具有上述範圍內的量的晶須的切削刃還能提供切削性能維持長很多 時間的切削刀片。如果同時加壓燒結用於切削刃的原料與用於刀片座的原料，則能將切削刃形成為 刀片座的整體部分，以下將對其進行說明。而且，可以分開製造即將成為切削刃的切削刃前 軀體和即將成為刀片座的刀片座前軀體。接著，可將這些前軀體釺焊成切削刀片。刀片座應具有大於切削刃所具有的第二熱膨脹係數的第一熱膨脹係數。第一係數 與第二係數之間的差優選為大於Oppm且不大於3ppm。當刀片座的第一係數與切削刃的第二係數之間的差處於範圍內時，在由於已經通 過燒結製成切削刃和刀片座的事實而形成本發明的切削刀片時，切削刃與刀片座之間產生 殘餘應力。切削刃與刀片座之間的殘餘應力使得本發明的切削刀片具有提高的抗裂性。由 於抗裂性的提高，本發明的切削刀片能保持更長時間的切削性能。此外，由於調整熱膨脹系 數使得切削刀片具備持久的切削性能，所以這使得切削刃可包括較少量的晶須，這有助於減少將使用的昂貴的晶須的量。刀片座的第一熱膨脹係數與切削刃的第二熱膨脹係數之差為Oppm時，切削刃與 刀片座之間不產生殘餘應力，這意味著不能提高根據本發明的切削刀片的抗裂性。而且，當 第一係數大於第二係數超過3ppm時，產生過大的殘餘應力，這可能會導致刀片座的破裂。 刀片座的破裂降低了根據本發明的切削刀片的抗裂性。除此以外，當刀片座的第一熱膨脹 係數小於切削刃的第二熱膨脹係數時，與當第一係數以大於Oppm且不大於3ppm的值大於 第二係數時行進的殘餘應力相比，殘餘應力在相反方向上行進，並且從而降低根據本發明 的切削刀片的抗裂性。切削刃由包括晶須的陶瓷製成。儘管對於陶瓷和晶須的合成沒有特定限制，但優 選的是用於基質主要部分的氧化鋁和碳化矽晶須的合成。這樣的合成以很好的均衡方式提 高了切削刀片的耐磨性和其抗裂性。當切削刃表面內的應力大於OMPa且不大於200MPa時，在切削刃基質主要由氧化 鋁製成且晶須由碳化矽製成的切削刃中產生的殘餘應力能提高抗裂性，而不會破壞耐磨 性。殘餘應力還能防止發生破裂。即便發生破裂，它們也緩慢地增加。因此，該切削刃適用 於能長時間使用的切削刀具。此外，切削刃的表面內大於OMPa且不大於200MPa的殘餘應 力能穩定切削刀片的切削性能。意味著切削刃與刀片座之間不存在殘餘應力的OMI^a殘餘 應力不能提高本發明的切削刀片的抗裂性。調整刀片座的第一熱膨脹係數與切削刃的第二熱膨脹係數之差可實現殘餘應力 的調整。用於調整殘餘應力的其它方法包括選擇使用和不使用釺料；以及燒結溫度、熱壓的 壓力、切削刃的厚度、切削刃的形狀、材料的彈性模量、材料的泊松比、組織的各向異性、切 削刃與刀片座之間的溼潤性及其它因素的調整。例如可通過根據JIS R 1618，名為「通過熱力學分析的的精細陶瓷熱膨脹測量方 法」所說明的方法來測量刀片座和切削刃的熱膨脹係數。可通過日本材料學會出版的「通過X射線測量應力的標準方法-陶瓷 版-」 (JMSM-SD1-00)中說明的方法來測量切削刃的殘餘應力。只要刀片座具有以上述範圍內的值不同於切削刃的熱膨脹係數，用於根據本發明 的切削刀片的刀片座的材料就可以是與用於切削刃的相同或相似的陶瓷。切削刃的陶瓷和 刀片座的陶瓷可以相同或相互不同。金屬陶瓷可與陶瓷一同用於刀片座的材料，或替代陶 瓷。金屬陶瓷的示例可包括TiCN-Ni-Co金屬陶瓷和TiCN-Ni金屬陶瓷，所述TiCN-Ni-Co金 屬陶瓷和TiCN-Ni金屬陶瓷由主要由Ni或Ni和Co的合成物製成的粘結相以及主要由碳 氮化物相製成的硬質相形成，所述碳氮化物相包括作為主要金屬成分的Ti，還包括V、Cr、 Zr、Nb、Mo、Hf、Ta和W中的至少一種。適於形成刀片座的陶瓷和/或金屬陶瓷通常為粉末 形式，且粉末的粒子具有0. 1 μ m到2 μ m之間的平均粒徑。只要刀片座的熱膨脹係數以上述範圍內的值大於切削刃的熱膨脹係數，則該刀片 座可包括晶須和/或粉末。從另一角度出發，為使刀片座的熱膨脹係數不同於切削刃的熱 膨脹係數，刀片座可由不同於切削刃的陶瓷的金屬陶瓷和/或陶瓷、包括數量小於切削刃 中包含的晶須的量的晶須的陶瓷和/或金屬陶瓷、包括粉末而非晶須的陶瓷和/或金屬陶 瓷或者與切削刃的陶瓷完全不同的材料製成。刀片座的優選示例為由具有多個相的複合材料所製成的刀片座。在刀片座由複合材料製成時，多種陶瓷和/或金屬陶瓷中的每一種的量的調整更容易地控制熱膨脹係數。 由此，調整根據本發明的切削刀片的刀片座的熱膨脹係數與切削刃的熱膨脹係數之差變得
更容易。用於刀片座的特別優選的材料是由陶瓷與金屬陶瓷或加入到陶瓷中的碳化矽粒 子組成的複合陶瓷。將加入到陶瓷中的碳化矽粒子應具有Iym 5μπι的粒徑。如果發生破裂，具有 1 μ m 5 μ m粒徑的碳化矽粒子能檢驗裂縫的擴展，並能提供優良的可燒結性。因此，加入 此類碳化矽粒子是優選的。陶瓷刀片座的主相優選地應由氧化鋁製成，因為易於調整氧化 鋁的熱膨脹係數和殘餘應力。可用光學顯微鏡或電子顯微鏡來測量碳化矽粒子的平均粒徑。金屬陶瓷的示例可包括TiCN-Ni-Co金屬陶瓷和TiCN-Ni金屬陶瓷，所述 TiCN-Ni-Co金屬陶瓷和TiCN-Ni金屬陶瓷由主要由Ni或Ni和Co的合成物製成的粘結相 以及主要由碳氮化物相製成的硬質相形成，所述碳氮化物相包括作為主要金屬成分的Ti， 還包括V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta和W中的至少一種。本發明的切削刀片具有彼此一體形成的刀片座和切削刃。兩層結構或三層結構可用於本發明的切削刀片。由於本發明的切削刀片的切削刃 用於切削工件，因此，將刀片形成為使得切削刃暴露。採用兩層結構時，可將切削刃簡單地 疊放在刀片座上。採用三層結構時，可將板狀刀片座夾在兩個切削刃之間。在製備切削刀片期間用於將切削刃接合至刀片座的方法可以是熱等靜壓燒結、熱 壓燒結、釺焊等等。用於將切削刃接合至刀片座的優選方法是熱壓燒結。另一優選方法是 用釺料進行釺焊，其中，用釺料來釺焊切削刃的前軀體和刀片座的前軀體。熱壓燒結通常具 有包括將形成刀片座所必需的刀片座原料粉末放到模子中的過程；將形成切削刃所必需的 切削刃原料粉末放在模子內的刀片座原料粉末的表面上，以使切削刃原料粉末覆蓋刀片座 原料粉末；以及單軸地對原料粉末施壓，同時將粉末加熱至預定溫度。熱壓燒結期間的施壓 為切削刃和刀片座提供牢固的化學粘結。更確切地說，例如，將刀片座中包含的氧化鋁成分 和(多個)切削刃中包含的氧化鋁成分燒結以形成橋接刀片座和(多個)切削刃的交聯。 因此，具有通過熱壓燒結形成的彼此一體形成的刀片座和(多個)切削刃的切削刀片具備 大的粘附強度，而且(多個)切削刃在切削操作期間不會與刀片座分離。而且，較之由刀片 座前軀體和用樹脂膠粘劑膠黏至刀片座前軀體的(多個)切削刃前軀體形成的切削刀片， 具有通過用釺料釺焊形成的彼此一體形成的刀片座和(多個)切削刃的切削刀片具備大的 粘附強度，且(多個)切削刃在切削操作期間不會與刀片座分離。這是因為切削刃和刀片 座通過釺料具備牢固的化學粘結。當刀片座由陶瓷製成時，由於與刀片座的陶瓷例如氧化鋁燒結的切削刃的陶瓷例 如氧化鋁的原因，熱壓燒結在刀片座與切削刃之間提供由交聯實現的化學粘結。當刀片座 由金屬陶瓷製成時，熱壓燒結提供由固溶體實現的化學粘結，該固溶體中，切削刃中的陶瓷 例如氧化鋁與刀片座的金屬陶瓷中包含的金屬互溶，例如過渡金屬，如鐵、鎳和鈷。除此以 外，釺焊提供陶瓷，例如具有包括在刀片座中的過渡金屬及其它金屬的氧化鋁和/或金屬 陶瓷，與金屬，例如包括在釺料中的鈦，之間的化學粘結，這使得切削刃與刀片座牢固粘結。 從而，用於優選的釺焊的釺料應當是包括鈦等等的活性釺料。
如理解的，無論通過熱壓燒結還是釺焊形成本發明的切削刀片，切削刃中包含的 金屬粒子和刀片座中的金屬粒子之間的化學粘結，或者切削刃中包含的金屬粒子、刀片座 中的金屬粒子和釺料中的金屬粒子之間的化學粘結都實現了牢固粘附狀態。根據本發明的 含有晶須的切削刀增強了抗裂性。熱壓燒結或釺焊進一步增強了抗裂性。根據本發明的切削刀片的切削刃的厚度或者切削刃橫跨疊層的距離通常為不小 於0. 8mm且不大於2mm。切削刃的厚度小於該範圍的下限時，儘管有利地降低了切削刃中所 使用的昂貴的晶須的量，但切削或研磨期間在切削刃內出現的裂縫可能會在短時間內到達 切削刃與刀片座之間的交界面。另一方面，厚度超過該範圍的上限時，製造切削刀片的成本 增加，且切削刃中的殘餘應力傾向於隨著刀片座橫跨疊層的距離增大而減小。本發明的切削刀片中，切削刃的厚度Wl與刀片座的厚度W2之比W1/W2應優選地 大於0. 1且不大於0.7。比率W1/W2大於0. 1且不大於0.7時，切削刃中出現的裂縫要很長 時間才會擴展到刀片座。另一個優點是指定的比率使得所使用的晶須的量減少到期望的範 圍。此外，該比率使得刀片座與切削刃之間產生的殘餘應力有效發揮作用，並順利地得到保 持。根據本發明的切削刀片具有優良的耐磨性、抗裂性和抗熱衝擊性，而且能長時間 維持其切削性能。這些性質使得切削刀片能容易操作各個機械部件，尤其是用於飛行器的 部件。更具體而言，許多飛行器部件由耐熱合金製成，而耐熱合金因其高強度和高熔點而難 以切削。在切削此類部件時，有時會產生熱量，這會將切削刀片的溫度升高到高水平。然後， 切削刀片交替而重複地經受極高溫度的熱接觸和冷卻過熱刀片的冷卻處理。耐熱合金的示 例可包括超級合金，如INC0NEL 718、WASPAL0Y和RENE。這些耐熱合金可用於在高溫應用 中常用的部件，例如飛行器的噴氣發動機、蒸汽渦輪和燃氣渦輪的部件。由於本發明的切削 刀片具有切削刃和刀片座，其中前者的熱膨脹係數不同於後者的熱膨脹係數，這樣的差異 致使切削刀片在切削期間因高溫而產生殘餘應力，因此，本發明的切削刀片將能輕易地切 削通常難以切削而且傾向於產生熱量而使切削刀片暴露於高溫的工件。將參照

根據本發明的切削刀片和切削刀具的實施例。圖1示出了本發明的實施例的切削刀片1。切削刀片1為具有彼此一體形成的切 削刃2和刀片座3的燒結體。如圖1所示，切削刀片1具有三層結構，該三層結構由夾在一 對切削刃2、2之間並與它們一體形成的刀片座3組成。切削刃2的熱膨脹係數與刀片座3 的熱膨脹係數之差為切削刀片1提供殘餘應力，殘餘應力發揮作用以使刀片座3吸附切削 刃2到它本身。在將本發明的切削刀片用作負型切削刀片時，該切削刀片應優選地具有圖 1所示的三層結構。圖2示出了本發明另一實施例的切削刀片11。切削刀片11在層數上 不同於切削刀片1。具體而言，切削刀片11具有兩層結構，如圖2所示。除了層數以外，如 切削刀片11的原材料、製造過程和形狀的性質都與切削刀片1的相同或相似。如果需要正 型切削刀片，則切削刀片應具有由刀片座3組成的兩層結構，刀片座3的一面與切削刃2接 合，並與其一體形成。圖3示出了本發明的實施例的切削刀具4。切削刀具4具有切削刀片1、刀柄5和 緊固件6。刀柄5具有位於其一端的凹槽，該凹槽的形狀互補於切削刀片1的平面形狀，從 而容納切削刀片1。緊固件6為用以對布置在刀柄5的凹槽中的切削刀片1施壓的構件，從 而避免刀片1在切削期間脫離刀柄5。
示例下面將示出本發明的實施示例和比較示例。以下將示出刀片座通過熱壓燒結與切 削刃結合的示例和刀片座通過釺焊與切削刃接合的示例。⑴熱壓燒結製備用於切削刃和刀片座的原料粉末，以使切削刃和刀片座具有表1所示的成 分。名為A至D、H至Q、S和U的粉末為用於以下示例中的刀片座的粉末，而名為E至G、K、 R、T和V的粉末為用於切削刃的粉末。表1所示的氧化鋁為具有0. 4 μ m平均粒徑的商用粉末。碳化矽為具有0. 5 μ m 6. 0 μ m平均粒徑的商用粉末。碳化矽晶須為商業產品，其平均直徑為0. 8 μ m，而其沿縱軸 的平均長度為10 μ m 50 μ m。另外，氧化釔採用平均粒徑為1. 0 μ m的商用粉末，而且氧化 鋯採用平均粒徑為2.0μπι的商用粉末。表1中，金屬陶瓷Α、金屬陶瓷B和金屬陶瓷C分別 為全部由NGK SPARK PLUG有限公司製造的「C7X」產品、「Τ15」產品和「Ν40」產品。而且， Al2O3-TiCN陶瓷和Al2O3陶瓷分別為同一公司製造的「HC2」產品和「HC1 」產品。製備好切削刀片之後，測量切削刃和刀片座的熱膨脹係數。[表 1]
權利要求
1.一種切削刀片，包括刀片座和由包括晶須的陶瓷製成的切削刃，所述刀片座和所述 切削刃彼此一體形成，其中所述刀片座具有第一熱膨脹係數，所述第一熱膨脹係數大於所 述切削刃所具有的第二熱膨脹係數；並且所述第一係數與所述第二係數之差大於Oppm且 不大於3ppm。
2.根據權利要求1所述的切削刀片，其中所述切削刃具有主要由氧化鋁製成的基質， 所述晶須由碳化矽製成，且在所述切削刃的表面內存在大於OMPa且不大於200MPa的殘餘 應力。
3.根據權利要求1或2所述的切削刀片，其中所述刀片座由具有多個相的複合材料製成。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的切削刀片，其中所述刀片座由金屬陶瓷製成。
5.根據權利要求1至3中任一項所述的切削刀片，其中所述刀片座由包括碳化矽粒子 的陶瓷製成，所述碳化矽粒子具有1 μ m 5 μ m的平均粒徑。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的切削刀片，其中所述切削刃的厚度Wl與所述刀 片座的厚度W2之比W1/W2大於0. 1且不大於0. 7。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的切削刀片，其中所述切削刃與所述刀片座通過 熱壓燒結或通過利用釺料的釺焊一體形成。
8.一種切削刀具，裝配有根據權利要求1至7中任一項所述的切削刀片。
全文摘要
提供了一種能長時間保持切削性能的切削刀片和切削刀具。所述切削刀片具有由陶瓷製成的切削刃，並包括彼此一體形成的刀片座和切削刃，其中所述刀片座具有大於切削刃所具有的第二熱膨脹係數的第一熱膨脹係數；以及所述第一係數與所述第二係數之差大於0ppm且不大於3ppm。
文檔編號B23B27/18GK102105248SQ20098012895
公開日2011年6月22日 申請日期2009年3月30日 優先權日2008年7月22日
發明者上川弘二, 豐田亮二, 伊藤達也, 浦島和浩, 虻川宏平, 鈴木友輔 申請人:日本特殊陶業株式會社