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      PCD鉆頭的制作方法與工藝

      文檔序號(hào):12005427閱讀:754來源:國知局
      PCD鉆頭的制作方法與工藝
      本發(fā)明涉及在鉆頭主體的刀尖前端安裝有多晶金剛石基燒結(jié)體的鉆頭(以下,稱為“PCD鉆頭”),尤其涉及在Al合金、Ti合金、陶瓷及CFRP(碳纖維增強(qiáng)塑料)等難切削材料的高能率鉆孔加工中,不產(chǎn)生缺損,在長期的使用中,發(fā)揮優(yōu)異的耐磨性的PCD鉆頭。本申請基于2011年11月28日在日本申請的專利申請2011-258478號(hào)主張優(yōu)先權(quán),將其內(nèi)容援用于此。

      背景技術(shù):
      首先,對一般的鉆頭進(jìn)行如下說明。如圖1A至圖1C所示,通常鉆頭在以硬質(zhì)合金、高速鋼等制作的鉆頭主體的長度方向上,以螺旋狀形成有刃帶部與槽部。一般的鉆頭主體1通過硬質(zhì)合金等硬質(zhì)材料形成為以軸線O為中心的外形大致圓柱狀,其后端側(cè)(圖1A中的右側(cè))為刀柄部2,通過該刀柄部2安裝于機(jī)床的旋轉(zhuǎn)軸來向圖中以符號(hào)T所示的鉆頭旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)而用于鉆孔加工。而且,鉆頭主體1的前端部(圖1A中的左側(cè)部分)為刀尖部3,在該刀尖部3的外周的夾著軸線O的相反側(cè),從鉆頭主體1的前端后刀面3B在刀尖部3的全長上相對軸線O對稱地形成有一對排屑槽4、4。另外,該刀尖部3形成為包括排屑槽4、4且關(guān)于軸線O對稱。如圖1C所示,排屑槽4、4在與軸線O正交的截面中,由壁面4A和壁面4B構(gòu)成,該壁面4A朝向鉆頭旋轉(zhuǎn)方向T前方側(cè),該壁面4B與該壁面4A平滑地連接,朝向鉆頭旋轉(zhuǎn)方向T后方側(cè),并且呈向鉆頭旋轉(zhuǎn)方向T前方側(cè)成為凸?fàn)畹慕孛媲€狀。而且,這些排屑槽4、4從前端后刀面3B向基端側(cè)呈向鉆頭旋轉(zhuǎn)方向T的后方側(cè)以恒定的螺旋角扭轉(zhuǎn)的螺旋狀。另一方面,前端后刀面3B由從軸線O向鉆頭主體外周側(cè)以朝向軸線O方向的基端側(cè)的方式傾斜的2個(gè)平面構(gòu)成,并且通過這2個(gè)平面,隨著從排屑槽4、4的開口部圍繞軸線O朝向鉆頭旋轉(zhuǎn)方向T的后方側(cè)后退兩級臺(tái)階,被賦予兩段的退刀槽。而且,在該前端后刀面3B與朝向兩個(gè)排屑槽4、4的鉆頭旋轉(zhuǎn)方向T前方側(cè)的壁面4A、4A的交叉棱線部,即壁面4A、4A的前端邊緣,分別形成有從前端后刀面3B上的軸線O周邊的前端中心部C朝向外周側(cè)延伸的大致直線狀的前端切削刃6、6。而且通過前端后刀面3B被賦予從軸線O向鉆頭主體外周側(cè)朝向軸線O方向的基端側(cè)的傾斜,前端切削刃6、6以隨著從前端后刀面3B上的前端中心部C朝向外周側(cè)大致直線狀地朝向基端側(cè)的方式傾斜,由此兩個(gè)前端切削刃6、6被賦予預(yù)定的頂角。接著,下面對一般的PCD鉆頭進(jìn)行說明。以往,已知有將以超高壓燒結(jié)金剛石粉末的多晶金剛石基燒結(jié)體(以下稱為“PCD”)安裝于鉆頭主體的刀尖前端,將該P(yáng)CD的角部的棱線作為切削刃的PCD鉆頭。該P(yáng)CD鉆頭在難切削材料等的鉆孔加工中,顯示出優(yōu)異的耐磨性。例如,如專利文獻(xiàn)1及2所示,已知有通過釬焊等在由硬質(zhì)合金等組成的鉆頭主體的刀尖前端安裝PCD的PCD鉆頭,由于PCD鉆頭的耐磨性優(yōu)異,因此適用于Al合金、Ti合金、陶瓷及CFRP等難切削材料的鉆孔加工。在以往的PCD鉆頭中,通常如圖2A及圖2B所示,切削刃刀片17通過釬焊等安裝在鉆頭的刀尖前端。圖2A及圖2B表示以往的PCD鉆頭的安裝有切削刃刀片17的刀尖前端的放大概要。以往的PCD鉆頭21在其前端安裝有切削刃刀片這一點(diǎn)上與所述以往的鉆頭不同。所述切削刃刀片17由金屬或硬質(zhì)合金等組成,在成型為適當(dāng)?shù)男螤钪?,嵌入形成于鉆頭主體的前端的狹縫(參考圖2A)。之后,通過切削、磨削、研磨等處理,以往的PCD鉆頭的前端成型為鉆頭前端形狀(參考圖2B)。此時(shí)的切削刃刀片17的制作如表示于圖3A至圖3D的其概要進(jìn)行。例如首先制作在硬質(zhì)合金等基座上以預(yù)定的厚度一體燒結(jié)金剛石粉末成型體的PCD(參考圖3A)。圖3A表示用于制作以往的PCD鉆頭的燒結(jié)體。對于燒結(jié)體,可以使用例如圓筒形狀的燒結(jié)體。該燒結(jié)體具有形成為平面的PCD層18和在其上下形成的金屬或硬質(zhì)合金層19、19。接著,將原材料從中心部切成梯形形狀,以便適合于刀尖前端(參考圖3B)。而且,根據(jù)需要削掉上下的多余的金屬或硬質(zhì)部,由此獲得預(yù)定形狀的燒結(jié)體片20(參考圖3C)。燒結(jié)體片20在厚度方向上由3個(gè)層構(gòu)成。具體而言,由PCD層18和在其兩面形成的金屬或硬質(zhì)合金層19、19構(gòu)成。然后,如圖3D所示,將該燒結(jié)體片20插入安裝在形成于鉆頭的刀尖前端的狹縫。之后,通過切削、磨削、研磨等處理,以往的PCD鉆頭的前端成型為鉆頭前端形狀(參考圖2B)。以往的PCD鉆頭的前端的兩組前端刀尖16、16通過加工燒結(jié)體片20而形成為切削刃刀片的端面15與壁面4A的棱線。專利文獻(xiàn)1:日本專利公開昭61-95808號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:美國專利第4713286號(hào)說明書但是,在將所述以往的PCD鉆頭用于難切削材料的高能率鉆孔加工時(shí),存在因刀尖的缺損等,工具壽命比較短的問題點(diǎn)。尤其在Al合金、Ti合金、陶瓷及CFRP等難切削材料或它們的復(fù)合材料等的高能率鉆孔加工中,該問題點(diǎn)比較嚴(yán)重,因此要求工具壽命的長壽命化。這可以說在鉆頭刀尖中心,由于對被切削材料的按壓力較大,因此對刀尖中心要求強(qiáng)度、韌性,另一方面,在鉆頭刀尖外周,由于切削速度變得較快,因此磨損較易進(jìn)行,而要求耐磨性,未能獲得同時(shí)滿足強(qiáng)度、韌性及耐磨性的刀尖是其重要原因之一。而且,在以往的PCD鉆頭中,磨損進(jìn)行的同時(shí)熔敷較為嚴(yán)重,因此存在在長期的使用中,無法維持優(yōu)異的精加工面精度的問題點(diǎn)。

      技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
      在此,本發(fā)明人等對在用于Al合金、Ti合金、陶瓷及CFRP等難切削材料或它們的復(fù)合材料的高能率鉆孔加工時(shí),不產(chǎn)生刀尖的缺損等異常損傷,在長期的使用中,發(fā)揮優(yōu)異的耐磨性的PCD鉆頭進(jìn)行深入研究的結(jié)果,發(fā)現(xiàn)了以下的見解。關(guān)于構(gòu)成PCD鉆頭的刀尖前端的由PCD組成的切削刃刀片,將其燒結(jié)組織設(shè)為適應(yīng)于切削刃刀片的部位的不同的組織,例如,對于切削刃刀片中心部,形成為強(qiáng)度、韌性優(yōu)異的Co含量相對多的微粒組織,另一方面,對于切削刃刀片外周部,形成為耐磨性優(yōu)異的Co含量相對少的粗粒組織,由此能夠獲得強(qiáng)度、韌性優(yōu)異并且耐磨性優(yōu)異的PCD鉆頭。在PCD鉆頭的刀尖前端安裝切削刃刀片時(shí),在鉆頭的切削刃棱線和形成于與所述切削刃棱線相交的所述切削刃刀片上的不同的燒結(jié)組織相互的界面所呈的交叉角中,將所述切削刃刀片中心部側(cè)的交叉角設(shè)為小于90度,由此能夠獲得強(qiáng)度、韌性、耐磨性更加優(yōu)異的PCD鉆頭。此發(fā)明是基于所述見解而完成的,具有以下形態(tài)。(1)一種PCD鉆頭,其具備:鉆頭主體;及安裝于所述鉆頭主體的刀尖前端的切削刃刀片,其特征在于,所述切削刃刀片為以超高壓燒結(jié)金剛石粉末得到的多晶金剛石基燒結(jié)體,所述切削刃刀片從所述切削刃刀片中心部至其外周部由至少多個(gè)不同的燒結(jié)組織構(gòu)成,通過所述不同的燒結(jié)組織的界面區(qū)分的切削刃刀片中心部由微粒組織組成,另一方面,切削刃刀片外周部由平均粒徑大于所述微粒組織的粗粒組織組成,在所述PCD鉆頭的切削刃棱線和與所述切削刃棱線相交的所述燒結(jié)組織的界面所呈的交叉角中,所述切削刃刀片中心部側(cè)的交叉角小于90度。(2)上述(1)所述的PCD鉆頭,其中,所述切削刃刀片中心部的多晶金剛石基燒結(jié)組織的Co含量為18面積%以上,所述切削刃刀片外周部的多晶金剛石基燒結(jié)組織的Co含量為15面積%以下。(3)上述(1)或(2)所述的PCD鉆頭,其中,所述切削刃刀片中心部的多晶金剛石基燒結(jié)組織的金剛石晶粒的平均粒徑小于5μm,所述切削刃刀片外周部的金剛石晶粒的平均粒徑為5μm以上。(4)上述(1)或(2)所述的PCD鉆頭,其中,所述切削刃刀片內(nèi)部的所述燒結(jié)組織的界面相對于PCD鉆頭的軸向平行。發(fā)明效果對于本發(fā)明的PCD鉆頭的構(gòu)成PCD鉆頭的刀尖前端的切削刃刀片,將其燒結(jié)組織設(shè)為適應(yīng)于切削刃刀片的部位的不同的組織。對于切削刃刀片中心部,形成為強(qiáng)度、韌性優(yōu)異的Co含量相對多的微粒組織,另一方面,對于切削刃刀片外周部,形成為耐磨性優(yōu)異的Co含量相對少的粗粒組織。由此,能夠獲得強(qiáng)度、韌性優(yōu)異并且耐磨性優(yōu)異的PCD鉆頭。而且,在PCD鉆頭的刀尖前端安裝切削刃刀片時(shí),鉆頭的切削刃棱線和形成于所述切削刃刀片上的不同的燒結(jié)組織相互的界面所呈的交叉角中,將所述切削刃刀片中心部側(cè)的交叉角設(shè)為小于90度,由此能夠獲得強(qiáng)度、韌性、耐磨性更加優(yōu)異的PCD鉆頭。附圖說明圖1A是一般的鉆頭的側(cè)視圖。圖1B是從鉆頭前端方向觀察一般的鉆頭的刀尖前端的主視圖。圖1C是圖1B的放大圖。圖2A是刀尖前端安裝有切削刃刀片的以往的PCD鉆頭的放大主視圖。圖2B是刀尖前端安裝有切削刃刀片的以往的PCD鉆頭的刀尖前端的放大側(cè)視圖。圖3A是表示為了制作以往的PCD鉆頭所使用的多層燒結(jié)體的圖。圖3B是表示為了制作以往的PCD鉆頭而切割成梯形的多層燒結(jié)體的圖。圖3C是表示為了制作以往的PCD鉆頭而從多層燒結(jié)體切出的梯形的燒結(jié)體片的圖。圖3D是表示為了制作以往的PCD鉆頭而插入形成于鉆頭前端的狹縫的梯形的燒結(jié)體片的圖。圖4A表示本發(fā)明的實(shí)施方式的PCD鉆頭的刀尖前端的放大主視圖。圖4B表示本發(fā)明的實(shí)施方式的PCD鉆頭的刀尖部的放大側(cè)視圖。圖5A是為了制作本發(fā)明的實(shí)施方式的PCD鉆頭所使用的多層金剛石燒結(jié)體。圖5B是表示為了制作本發(fā)明的實(shí)施方式的PCD鉆頭而進(jìn)行的、對不同的PCD層的界面斜向進(jìn)行的、燒結(jié)體片的切割的圖。圖5C是表示為了制作本發(fā)明的實(shí)施方式的PCD鉆頭而從多層金剛石燒結(jié)體傾斜地切出的燒結(jié)體片的主視圖。圖5D是表示為了制作本發(fā)明的實(shí)施方式的PCD鉆頭而從多層金剛石燒結(jié)體傾斜地切出的燒結(jié)體片進(jìn)一步切出的梯形的燒結(jié)體片的立體圖。圖5E是表示為了制作本發(fā)明的實(shí)施方式的PCD鉆頭而插入形成于鉆頭前端的狹縫的梯形的燒結(jié)體片的圖。具體實(shí)施方式在以往的PCD鉆頭中,在使用Co含量較小且顯示出粗粒組織的高耐磨性PCD時(shí),由于在刀尖前端的鉆頭中心部作用有較大的按壓力,因此產(chǎn)生缺損等異常損傷,工具壽命較短。另一方面,在使用Co含量較多且顯示出微粒組織的高強(qiáng)度、高韌性PCD時(shí),雖然缺損等的產(chǎn)生有所減少,但因耐磨性不充分,工具壽命仍然較短。因此,此發(fā)明中,為了對應(yīng)難切削材料的高能率鉆孔切削加工,進(jìn)行了以下說明的PCD鉆頭的切削刃刀片的改良。其結(jié)果,獲得了兼?zhèn)涓邚?qiáng)度、高韌性和耐磨性,并且在長期的使用中發(fā)揮優(yōu)異的切削性能的PCD鉆頭。以下,根據(jù)附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。另外,對與一般的鉆頭及以往的PCD鉆頭相同的構(gòu)成要件附加相同的符號(hào)而省略詳細(xì)說明。圖4A表示本發(fā)明的形態(tài)的實(shí)施方式即PCD鉆頭31的刀尖前端的放大主視圖。圖4B表示本實(shí)施方式的PCD鉆頭31的刀尖部的放大側(cè)視圖。該P(yáng)CD鉆頭31的前端安裝有切削刃刀片37。作為本發(fā)明的形態(tài)的PCD鉆頭31在嵌入的切削刃刀片由多個(gè)不同的多晶金剛石燒結(jié)組織構(gòu)成這一點(diǎn)上與以往的PCD鉆頭不同。切削刃刀片37的前端面35由切削刃刀片中心部35B及切削刃刀片外周部35A組成。被所述不同的燒結(jié)組織的界面區(qū)分的切削刃刀片中心部35B由微粒組織組成,另一方面,切削刃刀片外周部35A由平均粒徑大于所述微粒組織的粗粒組織組成。另外,所述PCD鉆頭的切削刃棱線36和與所述切削刃棱線相交的所述燒結(jié)組織的界面所呈的交叉角中,所述切削刃刀片中心部側(cè)的交叉角θ小于90度。在圖5A至圖5E表示本發(fā)明的切削刃刀片的制作順序的概要。首先,制作層疊特性不同的多種金剛石粉末成型體,并且將其一體燒結(jié)為預(yù)定的厚度的復(fù)層PCD(參考圖5A)。圖5A表示用于制作本發(fā)明的PCD鉆頭的復(fù)層PCD基燒結(jié)體。例如如圖5A所示,該復(fù)層PCD基燒結(jié)體具有圓筒形狀。該復(fù)層PCD基燒結(jié)體具有形成為平面的高韌性的PCD層38和形成于其上下的高耐磨性PCD層39、39。沿相對厚度傾斜的方向大致平行地對該復(fù)層PCD基燒結(jié)體進(jìn)行切片,制作例如厚度為0.5mm~2.0mm左右的刀片材料(參考圖5B及圖5C)。另外,從該刀片材料切出預(yù)定的形狀、例如梯形形狀的燒結(jié)體片40(參考圖5D),由此制作兼?zhèn)涠鄠€(gè)特性的由復(fù)層PCD組成的切削刃刀片。即,制作在以通過種類不同的PCD的燒結(jié)組織相鄰接來形成的界面為邊界的切削刃刀片的中心部35B與外周部35A分別具備不同的燒結(jié)組織、特性的由復(fù)層PCD組成的切削刃刀片37。如圖5E所示,該切削刃刀片37安裝在形成于鉆頭前端部的狹縫。之后,通過切削、磨削、研磨等處理,本發(fā)明的PCD鉆頭31的前端成型為鉆頭前端形狀(參考圖4A及圖4B)。如圖4A所示,以鉆頭的切削刃棱線和與所述切削刃棱線相交的所述燒結(jié)組織的界面所呈的交叉角中,所述切削刃刀片中心部側(cè)的交叉角θ小于90度的方式在鉆頭刀尖前端安裝該切削刃刀片,由此制作本發(fā)明的PCD鉆頭31。而且,作為本申請發(fā)明的形態(tài)的PCD鉆頭中,形成于切削刃刀片內(nèi)部的所述燒結(jié)組織的界面以相對于PCD鉆頭31的軸向平行的方式安裝于鉆頭的刀尖前端。例如,如圖5A所示,作為復(fù)層PCD,使用2種金剛石粉末成型體,使用Co含量較多(例如,在燒結(jié)體中占18面積%以上)且燒結(jié)后的組織成為微粒組織的金剛石粉末成型體,來作為內(nèi)側(cè)的金剛石粉末成型體,另一方面,使用Co含量較少(例如,在燒結(jié)體中為15面積%以下)且燒結(jié)后的組織成為粗粒組織的金剛石粉末成型體,來作為夾著內(nèi)側(cè)的金剛石粉末成型體的外側(cè)的金剛石粉末成型體。當(dāng)使用由這種層疊結(jié)構(gòu)的復(fù)層PCD組成的切削刃刀片制作PCD鉆頭31時(shí),在鉆孔加工時(shí)作用有較大的按壓力的切削刃刀片的中心部35B,發(fā)揮高強(qiáng)度、高韌性,另一方面,在切削速度較快且磨損易進(jìn)行的切削刃刀片的外周部35A,發(fā)揮優(yōu)異的耐磨性,由此在用于Al合金、Ti合金、陶瓷及CFRP等難切削材料或它們的復(fù)合材料的高效鉆孔加工時(shí),不會(huì)產(chǎn)生刀尖的缺損等異常損傷,在長期的使用中,發(fā)揮優(yōu)異的耐磨性。將切削刃刀片的中心部中的燒結(jié)組織設(shè)為微粒組織,而且將Co含量設(shè)為18面積%以上的理由在于,通過將Co含量設(shè)為18面積%以上,韌性高于金剛石晶粒的Co能夠連續(xù)性網(wǎng)絡(luò)狀地存在于燒結(jié)組織中,能夠獲得改善燒結(jié)體整體的韌性的效果。而且通過設(shè)為微粒,Co的網(wǎng)絡(luò)變得復(fù)雜,韌性得到改善。若為粗粒,則當(dāng)沖擊施加于刀尖時(shí),產(chǎn)生金剛石晶粒自身破損而在切削加工中產(chǎn)生問題的程度的崩刀(刀刃掉落),但若為微粒,則即使金剛石晶粒脫落,也能夠確保刀尖鋒利。另一方面,將切削刃刀片的外周部中的燒結(jié)組織設(shè)為粗粒組織,而且將Co含量設(shè)為15面積%以下的理由如下。首先,能夠通過設(shè)為粗粒來發(fā)揮金剛石晶粒自身所具有的高耐磨性。而且,能夠通過將Co含量設(shè)為15面積%以下來使金剛石晶粒之間的縮頸發(fā)達(dá),防止金剛石晶粒的脫落。其結(jié)果,能夠長期確保鋒利的刀尖,因此能夠在CFRP的切削中防止脫層,且能夠在Al合金、Ti合金及陶瓷等難切削材料的切削中降低切削阻力。另外,本發(fā)明的“微?!笔侵附饎偸Я5钠骄叫∮?μm的晶粒,另一方面,“粗?!笔侵附饎偸Я5钠骄綖?μm以上。而且,本發(fā)明的形態(tài)的PCD鉆頭中,在將切削刃刀片安裝于刀尖前端時(shí),鉆頭的切削刃棱線和與該切削刃棱線相交的種類不同的PCD的燒結(jié)組織相鄰接而形成的界面所呈的交叉角中,將所述切削刃刀片中心部側(cè)的交叉角θ設(shè)為小于90度。這只要在對復(fù)層PCD進(jìn)行切片加工時(shí),如圖5C所示,相對復(fù)層PCD的水平面以預(yù)定的傾斜角度傾斜地進(jìn)行切片,獲得平行四邊形形狀的切削刃刀片即可。傾斜地進(jìn)行切片時(shí)的傾斜角度相當(dāng)于本發(fā)明的形態(tài)的PCD鉆頭中所言的所述交叉角θ。本發(fā)明中,相對復(fù)層PCD的水平面,傾斜地進(jìn)行切片來制作平行四邊形形狀的切削刃刀片(即,本發(fā)明所言的將所述交叉角θ設(shè)為小于90度)是因?yàn)槿艚徊娼铅葹?0度,則當(dāng)磨損進(jìn)行時(shí)在不同的組織的邊界產(chǎn)生階梯差而成為因邊界的異常損傷的原因。另一方面,將交叉角θ設(shè)為銳角的理由在于,即使磨損進(jìn)行,也只是邊界的位置產(chǎn)生變化,而不產(chǎn)生階梯差,因此不會(huì)產(chǎn)生異常損傷。另外,所述交叉角θ優(yōu)選為10~60度,更優(yōu)選為10~30度。原因在于,若成為小于10度,則因磨損進(jìn)行而無法維持復(fù)層PCD結(jié)構(gòu),若超過60度,則在邊界產(chǎn)生階梯差的可能性變高。將由復(fù)層PCD組成的切削刃刀片37安裝于鉆頭刀尖前端,可例如使用含Ti活性金屬釬料(60Ag-24Cu-14In-2Ti)進(jìn)行釬焊,但不限定于此,還能夠使用以往已知的接合方法。為了將安裝于鉆頭刀尖前端的由復(fù)層PCD組成的切削刃刀片37加工成預(yù)定的鉆頭形狀,能夠例如使用金剛石砂輪進(jìn)行加工,但由于復(fù)層PCD的加工性非常差,因此能夠在謀求改善加工效率的基礎(chǔ)上,使用帶有放電機(jī)構(gòu)的磨削裝置。包含于高韌性的PCD層38的金剛石晶粒具有微粒組織,其平均粒徑例如小于5μm。更加優(yōu)選的包含于高韌性的PCD層38的金剛石晶粒的平均粒徑的范圍為0.5μm至小于5μm。尤其優(yōu)選的范圍為1μm至3μm。而且,包含于高韌性的PCD層38的Co含量較高,研磨面中的Co含量例如為18面積%以上。更加優(yōu)選的包含于高韌性的PCD層38的Co含量的范圍為18面積%至30面積%。尤其優(yōu)選的范圍為18面積%至25面積%。包含于高耐磨性的PCD層39的金剛石晶粒具有比所述高韌性的PCD層38更粗的粗粒組織。其平均粒徑例如為5μm以上。更加優(yōu)選的包含于高耐磨性的PCD層39的金剛石晶粒的平均粒徑的范圍為5μm至30μm。尤其優(yōu)選的范圍為10μm至20μm。而且,包含于高耐磨性的PCD層39的Co含量較低,研磨面中的Co含量例如為15面積%以下。更加優(yōu)選的包含于高耐磨性的PCD層39的Co含量的范圍為5面積%至15面積%。尤其優(yōu)選的范圍為8面積%至12面積%。包含于復(fù)層PCD基燒結(jié)體的高韌性的PCD層38及高耐磨性PCD層39的平均粒徑及Co含量能夠用下面的方法進(jìn)行測量。首先,通過電火花線切割機(jī)切割復(fù)層PCD基燒結(jié)體或切削刃刀片。接著,將獲得的切割面用金剛石砂輪進(jìn)行研磨加工,獲得精加工前研磨面。接著,使用#5000的砂輪對獲得的精加工前研磨面進(jìn)行精加工,獲得精加工后研磨面。測量至少需要縱0.5mm、橫0.7mm的精加工后研磨面。接著,用掃描電子顯微鏡(SEM)的背散射電子圖像觀察該精加工后研磨面,獲得組織圖。分析能夠以為了獲得試料的表面的背散射電子圖像所需的一般條件進(jìn)行。例如,能夠以電子束的輸出為15kV、1×10-8A、觀察區(qū)域的面積為0.35mm2、檢測器使用電子探針顯微分析儀(ElectronProbeMicroAnalyser:EPMA)的條件進(jìn)行。接著,對獲得的組織圖進(jìn)行圖像處理來實(shí)現(xiàn)二值化處理,獲得黑白組織圖。通過SEM獲得的背散射電子圖像根據(jù)原子量附帶對比度,因此對于像PCD那樣的原子量較小的金剛石與原子量較大的Co的識(shí)別而言,比二次電子像更適合。包含于復(fù)層PCD基燒結(jié)體的高韌性的PCD層38及高耐磨性PCD層39所含的金剛石晶粒的平均粒徑通過在該黑白組織圖中畫長度為100μm的直線,數(shù)該直線內(nèi)含有幾個(gè)金剛石晶粒來求出。可通過100μm除以金剛石晶粒的個(gè)數(shù),獲得金剛石晶粒的平均粒徑。包含于復(fù)層PCD基燒結(jié)體的高韌性的PCD層38及高耐磨性PCD層39所含的Co含量可通過求出黑白組織圖中的200μm×300μm的區(qū)域內(nèi)的相當(dāng)于Co的部分(白色部)的面積,并求出相當(dāng)于Co的部分的面積相對于觀察區(qū)域的面積的比例來獲得。切削刃棱線部36和不同的燒結(jié)組織的界面所呈的交叉角θ的測量能夠通過使用光學(xué)顯微鏡從PCD鉆頭前端部側(cè)在PCD鉆頭的軸向上觀察PCD鉆頭的前端部來進(jìn)行。該光學(xué)顯微鏡使用一般的光學(xué)顯微鏡即可。測量條件設(shè)為鉆頭前端部的正面整個(gè)區(qū)域進(jìn)入視線的條件即可。倍率例如為200倍。不同的燒結(jié)組織的界面能夠從金剛石晶粒直徑的不同與Co含量的不同至光澤等的不同輕松地識(shí)別,并能夠畫出大致直線,因此能夠以基于光學(xué)顯微鏡的觀察進(jìn)行確定。確定的燒結(jié)組織的界面和與其界面相交的切削刃棱線36所呈的交叉角中,能夠通過測量切削刃刀片中心部側(cè)的交叉角來獲得交叉角θ的值。接著,根據(jù)實(shí)施例對本發(fā)明的形態(tài)的PCD鉆頭進(jìn)行具體的說明。[實(shí)施例]首先,根據(jù)以下的(a)~(g)的工序,制作本發(fā)明PCD鉆頭1~10。(a)將表1所示的平均粒徑及配合比例的金剛石粉末與Co粉末作為原料粉末,使用丙酮來作為溶劑,裝入硬質(zhì)合金制的罐,用相同硬質(zhì)合金制的球,以濕式法混合24小時(shí)。(b)將在前面獲得的混合粉末在真空中進(jìn)行干燥,之后,在成型模中以200MPa進(jìn)行加壓,制作圓板狀的成型體A。(c)對由表1所示的平均粒徑的金剛石粉末與Co粉末組成的原料粉末與所述(a)~(b)同樣地制作Co含量與成型體A不同的成型體B。(d)在成型體A的上下配置成型體B,用成型體B以夾層狀態(tài)夾入成型體A,并封入Ta密封容器,在壓力5.5GPa、溫度1600℃、保持時(shí)間10分鐘的條件下進(jìn)行超高壓高溫處理,制作圓板狀的復(fù)層PCD1~10。(參考圖5A)表2示出在前面獲得的復(fù)層PCD中的成型體A部分的厚度及成型體B部分的厚度。(e)對所述圓板狀的復(fù)層PCD以相對其厚度方向傾斜的方式用電火花線切割機(jī)進(jìn)行切片,由此制作平行四邊形的長條狀燒結(jié)體片(切削刃刀片)。(參考圖5B及圖5C)(f)將獲得的所述平行四邊形的長條狀燒結(jié)體片(切削刃刀片)插入預(yù)先形成于硬質(zhì)合金制鉆頭主體或高速鋼制鉆頭主體的前端的狹縫,用含Ti活性金屬釬料(60Ag-24Cu-14In-2Ti)進(jìn)行釬焊(參考圖5D及圖5E)。另外,在向狹縫插入時(shí),根據(jù)狹縫形狀,燒結(jié)體片上有時(shí)出現(xiàn)裂紋,但此時(shí),可將Cu薄板配設(shè)于釬焊部來緩和內(nèi)部應(yīng)力的產(chǎn)生,防止燒結(jié)體片產(chǎn)生裂紋。(g)通過用金剛石砂輪將鉆頭刀尖前端加工成預(yù)定鉆頭形狀,制作從切削刃刀片中心部至其外周部具備不同的燒結(jié)組織,并且燒結(jié)組織的界面相對于切削刃棱線部所呈的角度小于90度的切削刃刀片安裝于刀尖前端的本發(fā)明PCD鉆頭1~10。在表3示出對本發(fā)明PCD鉆頭1~10進(jìn)行測量的切削刃刀片中心部與外周部的燒結(jié)組織。而且,分別示出切削刃棱線部和與該切削刃棱線部相交的燒結(jié)組織的界面所呈的交叉角中,所述切削刃刀片中心部側(cè)的交叉角。如下進(jìn)行作為燒結(jié)組織的金剛石粒徑、Co含量的測量。獲得用金剛石砂輪對通過電火花線切割機(jī)切割的面進(jìn)行研磨加工的研磨面。精加工使用#5000的砂輪。獲得用掃描電子顯微鏡(SEM)的背散射電子圖像觀察研磨面的組織圖。進(jìn)一步使用圖像處理軟件進(jìn)行二值化處理,獲得黑白組織圖。背散射電子圖像根據(jù)原子量附加對比度,因此對于像PCD那樣原子量較小的金剛石與原子量較大的Co的識(shí)別而言,比二次電子像更加適合。通過在組織圖中畫直線,數(shù)在長度為100μm的直線包含幾個(gè)晶粒來求出金剛石粒徑。Co含量通過測量組織圖中的Co部(白色部)的面積求出。而且如下進(jìn)行燒結(jié)組織的界面相對于切削刃棱線部所呈的交叉角的測量。對傾斜切割的PCD材料截面進(jìn)行光學(xué)顯微鏡觀察,用獲得的圖進(jìn)行角度的測量。為了比較,如表4所示那樣變更圓板狀成型體A、圓板狀成型體B的配合比例、組合等,而且變更切削刃棱線部和燒結(jié)組織的界面所呈的交叉角,根據(jù)所述(a)~(g)的工序,制作表5所示的比較例PCD鉆頭1~10。與本發(fā)明PCD鉆頭1~10同樣地,測量切削刃刀片中心部和外周部的燒結(jié)組織、切削刃棱線部和燒結(jié)組織的界面所呈的交叉角。表5中示出各自的測量結(jié)果。[表1][表2](備注)“成型體B”在“成型體A”的上下使用2個(gè),但“成型體B”欄的“厚度(mm)”表示每1個(gè)的厚度(mm)。[表3][表4](備注)“成型體B”在“成型體A”的上下使用2個(gè),但“成型體B”欄的“厚度(mm)”表示每1個(gè)的厚度(mm)。[表5]接著,對所述本發(fā)明PCD鉆頭1~10、比較例PCD鉆頭1~10在以下的切削條件1、2下實(shí)施高能率鉆孔切削加工實(shí)驗(yàn)。[切削條件1]如下條件下的Al-30%SiC復(fù)合板材的濕式鉆孔切削加工實(shí)驗(yàn):被切削材料-平面尺寸:100mm×250mm、厚度:15mm的Al-30%SiC復(fù)合材料板材;鉆頭直徑:6.4mm;轉(zhuǎn)速:4976min-1;切削速度:100m/min.;進(jìn)給速度:0.06mm/rev;切削油劑:水溶性切削油。[切削條件2]如下條件下的氧化鋁半燒結(jié)體板材的濕式鉆孔切削加工實(shí)驗(yàn):被切削材料-平面尺寸:100mm×250mm,厚度:8mm的氧化鋁半燒結(jié)體板材;鉆頭直徑:5mm;轉(zhuǎn)速:1592min-1;切削速度:25m/min.;進(jìn)給速度:0.05mm/rev;切削油劑:水溶性切削油。分別進(jìn)行切削條件1和2下的切削加工實(shí)驗(yàn),在任一個(gè)切削加工實(shí)驗(yàn)中均求出鉆孔加工數(shù)(孔)。在表6示出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。[表6]從表3、5、6所示的結(jié)果可知本發(fā)明的PCD鉆頭,對于構(gòu)成PCD鉆頭的刀尖前端的切削刃刀片,使其燒結(jié)組織為根據(jù)切削刃刀片的部位的不同的組織,對于切削刃刀片中心部形成為強(qiáng)度、韌性優(yōu)異的Co含量相對多的微粒組織,另一方面,對于切削刃刀片外周部形成為耐磨性優(yōu)異的Co含量相對少的粗粒組織,因此強(qiáng)度、韌性優(yōu)異并且在長期的使用中,發(fā)揮優(yōu)異的耐磨性。此外,伴隨在PCD鉆頭的刀尖前端安裝切削刃刀片,將形成于所述切削刃刀片的不同的燒結(jié)組織相互的界面相對鉆頭的切削刃棱線所呈的傾斜角設(shè)為小于90度,由此進(jìn)一步提高強(qiáng)度、韌性、耐磨性。與此相對,可知從本發(fā)明規(guī)定的范圍超出的比較例PCD鉆頭中,因刀尖前端的切削刃刀片的缺損產(chǎn)生、耐磨性不足等,在短時(shí)間到達(dá)使用壽命。產(chǎn)業(yè)上的可利用性此發(fā)明的PCD鉆頭在Al合金、Ti合金、Cu合金、陶瓷及CFRP等難切削材料的鉆孔加工中,在長期的使用中發(fā)揮優(yōu)異的切削性能。
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