切削工具的制作方法_3

文档序号:9353985阅读:来源:国知局
适当添加粘合剂、溶剂,并进行混合、粉 碎,通过喷雾干燥法等进行干燥、造粒。然后,通过挤压成形将该造粒粉末成形为规定的切 削工具形状。成形时,重要的是改变作为前刀面的成形体的主面与作为后刀面的成形体的 侧面的成形密度。作为改变成形体的主面和侧面的成形密度的方法的一例,可以通过加快 挤压成形时的金属模具的上下冲头的移动速度,并且缩短施加载荷的时间来进行。作为改 变成形体的主面和侧面的成形密度其他的方法,也可以通过调整成形时使用的颗粒的粒 径、硬度、颗粒的易流动度、粘合剂的硬度、粘合剂的添加量等来进行。
[0044] 另外,为了使氮化硅系烧结体的表面的结晶相的含有比率达到合适的状态,也能 够在焙烧钵之中涂布含有混合粉末的膏体(Mn膏),并在使其干燥了的状态下进行焙烧,该 混合粉末以质量比计,按1 : 5~1 : 50的比例混合有MnO2粉末和Si3N4粉末。MnO2粉末 附着在成形体的表面作为催化剂起作用,使烧结体的表面的焙烧进行。其结果是,烧结体的 表面和内部成为不同的状态,能够将烧结体的表面状态调整到规定的范围。另外,MnO2附着 在烧结体的表面作为催化剂起作用,使烧结体的表面的焙烧进行。其结果是,烧结体的表面 和内部成为不同的状态,能够将烧结体的表面状态调整到规定的范围。MnO2粉末在焙烧中 从烧结体的表面挥发,焙烧后不会残存在烧结体中。
[0045] 其后,以下述条件进行焙烧。焙烧的具体的条件是,将上述成形体放入焙烧炉中, 使焙烧炉内为IOlPa~1011Pa(l~10气压)的氮气氛后,以1~10°C/分钟升温,在 1650~1800°C的焙烧温度下保持1~5小时。然后,使焙烧温度至1250~1600°C的保持 温度的第一降温速度为1~9°C/分钟而进行冷却后,以保持温度保持1~4小时,之后,以 10~50°C/分钟的第二降温速度冷却至室温。
[0046] 根据本实施方式,通过在上述焙烧后的冷却过程中的1250~1600°C下的保持,由 于氮化硅的热膨胀系数(室温至1420°C的线热膨胀系数为3.5X106)和塞隆的热膨胀系 数(室温至l〇〇〇°C的线热膨胀系数为3. 2X10 6),与氮化钛的热膨胀系数(室温至1000°C 的线热膨胀系数为9. 4X10 6)之差,导致在氮化硅和塞隆与氮化钛之间发生体积膨胀。这 时,因为作为前刀面与后刀面的主面与侧面的成形密度不同,所以前刀面和后刀面的氮化 硅和塞隆与氮化钛的体积膨胀也不同。其结果是,在保持温度下的保持后,通过从保持温度 以10~50°C/分钟的降温速度冷却至室温,能够使前刀面与后刀面的氮化硅和塞隆与氮化 钛的残余应力达到规定的范围。另外,从焙烧温度以1~l〇°C/分钟的速度降温至1450~ 1600°C的范围内,以此温度保持1~4小时,从而能够在此保持时间内使表面的黄长石相按 本发明的范围内的取向进行结晶化。这时,氮化钛相也随着黄长石相的生成,而沿特定的方 向取向。
[0047] 然后,对上述的烧结体实施磨削加工。具体的研磨加工,是通过双头磨削加工前刀 面,通过外周磨削加工后刀面。其后,根据需要,对于切刃进行使用弹性磨石的研磨、采用轮 刷研磨等进行研磨,在切刃上设置倒棱銜磨面、R面銜磨面。
[0048] 另外,在上述烧结体的表面,也可以通过CVD法、PVD法的气相合成法,被覆形成 TiN、Al2O3和TiAlN等的硬质被覆层。
[0049] 【实施例1】
[0050] 作为原材料,按表1的比例,制备平均粒径0. 3ym的氮化硅(Si3N4)粉末、平均粒 径I. 2ym的RE元素氧化物粉末、平均粒径0. 7ym的氧化铝(Al2O3)粉末、平均粒径0. 7ym 的氮化铝(AlN)粉末、平均粒径2.5ym的氮化钛(TiN)粉末,添加粘合剂和溶剂后,利用搅 拌球磨粉碎、混合72小时。
[0051] 其后,进行干燥而除去溶剂,并制作造粒粉末,将该造粒粉末填充到SNMG1204形 状和RNGN1204形状的切削工具形状的挤压成形用的金属模具内。而后,一边调整上下冲 头的移动速度和施加载荷的时间,一边施加3000kg的成型载荷而进行挤压成形。对于 SNMG1204形状的10个成形体测量未烧密度。对于10个成形体,将成形体的上下表面各研 磨Imm厚度并测量未烧密度。对于10个成形体,将成形体的4个侧面各研磨Imm厚度并测 量未烧密度。计算各自的平均值,计算前刀面与后刀面的未烧密度的比率(前刀面/后刀 面),记述为未烧密度比。表中,表述为未烧密度比。
[0052] 将该成形体放置在焙烧钵内,脱脂后,使焙烧炉内为氮91IPa(9个气压),以表1的 焙烧条件使其烧结,从而得到烧结体。还有,在焙烧温度下保持2小时。另外,表中,从焙烧 温度至1250~1600°C的保持温度的第一降温速度记述为降温速度1,保持温度下的保持时 间记述为保持时间,从保持温度至室温的第二降温速度记述为降温速度2。此外,对于该烧 结体的表面,在前刀面实施双头磨削加工,在后刀面实施外周磨削加工,对于切刃使用弹性 磨石以成为〇.l〇_X20°的形状的方式实施倒棱珩磨加工,从而得到切削工具。
[0053]【表1】
[0054]
[0055] 对于所得到的氮化硅系烧结体,使前刀面和后刀面成为镜面状态后,使用2D 法(装置:X射线衍射BrukerAXS公司制D8DISC0VERwithGADDSSuperSpeed,辐射 源:CuK。,输出功率45kV,110mA,检测器距离15cm,准直仪直径测量衍射线: 140° (TiN(511)面)),测量前刀面和后刀面的氮化钛的残余应力。另外,确认到X射线衍 射峰值时,任一试料中都能够确认有氮化硅系相(a-塞隆相,(6-塞隆相)和氮化钛相的 存在。还有,关于试料No.6以外的试料,氮化硅系相中的塞隆相的Z值在任一试料中 均在0. 01~0. 3的范围内,关于试料No. 6,不能确认到a-塞隆相和0 -塞隆相的存在,由 氮化娃质烧结体构成。
[0056] 另外,使用扫描型电子显微镜(SEM)观察烧结体的研磨断面组织,通过能量色散 光谱(EPM)分析,取得Si和Ti元素的元素映射,确定氮化硅系相与氮化钛相。然后,利用 LUZEX图像分析法,作为面积%求得氮化硅系相和氮化钛相的存在比率,将其视为体积%求 得。结果如表2所示。
[0057] 此外,使用得到的RNGN1204形状的切削工具,通过下述条件评价切削性能。
[0058] 加工方法:车削加工
[0059] 被切削材:因科镍合金718 50小圆棒
[0060] 切削速度:200m/分钟
[0061]送给量:0? 15mm/rev
[0062]切入量:1. Omm
[0063] 切削条件:湿式切削
[0064] 评价项目:测量5分钟切削后的边界磨损量,并且观察刀头状态。
[0065] 结果显示在表2中。
[0066]【表2】
[0067]
[0068] 根据表1和2所示的结果,氮化钛相的含有比率少于10体积%的试料No. 12中发 生突发缺损,氮化钛相的含有比率多于30体积%的试料No. 13和氮化硅系相的含有比率少 于50体积%的试料No. 14中,边界磨损大。从焙烧温度没有以保持温度保持而进行降温的 试料No. 15、降温速度1快于9°C/分钟的试料No. 16、降温速度2慢于KTC/分钟的试料 No. 17、从焙烧温度没有以保持温度保持,而以快于降温速度1的范围的速度进行降温的试 料No. 19、前刀面侧的未烧密度小于后刀面侧的未烧密度的试料No. 18中,前刀面的氮化钛 相受到的拉伸应力均为后刀面的氮化钛相受到的拉伸应力以下,切刃发生卷刃,或朝向前 刀面发生崩
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