硬质合金切削刀具的制造方法及通过该方法制造的切削刀具的制作方法
【专利摘要】本发明公开了硬质合金切削刀具的制造方法和通过所述方法制造的切削刀具，所述方法包括：a)通过热处理使由热作工具钢形成的主体部和由硬质合金形成的切削部接合在一起；b)使接合的所述主体部和所述切削部冷却预设的一段时间；c)根据应用目的将所述切削部加工成具有预定图案并形成切削刀具；d)使用由金属氧化物、氮化物和碳化物中的至少一者形成的膜对经过加工的所述切削刀具进行涂覆；以及e)使经过涂覆的所述切削刀具在空气中冷却预设的一段时间。根据本发明，即使在所述涂覆步骤之后也不会产生裂纹，因此能够制造出具有优良机械性能的硬质合金切削刀具。
【专利说明】
硬质合金切削刀具的制造方法及通过该方法制造的切削刀具
技术领域
[0001]本发明涉及仅切削部由硬质合金形成的切削刀具的制造方法，并且更具体地，涉及具有优良的机械性能的硬质合金切削刀具的制造方法以及通过该方法制造的切削刀具，其中，即使在高温涂覆处理之后在所述硬质合金切削刀具中也不会产生裂纹。
【背景技术】
[0002]诸如铣床中所用的立铣刀、用于冲孔的钻头以及冷热冲压机等切削刀具包括位于其前端的切削部以及与所述切削部一体地形成的柄部。所述切削刀具应当具有诸如耐用性、耐磨性和机械加工性等优良的机械性能，并因而通常由硬质金属制成。
[0003]然而，由于用作刀具材料的硬质合金非常昂贵，所以制造出了仅切削部而不包括柄部是由硬质合金形成的切削刀具。
[0004]相关技术文件1(韩国实用新型登记公报第20-0256477号)披露了这样的硬质合金钎焊刀具:该刀具的柄部由工具钢形成，且切削部由硬质合金形成，其中，镍薄片被插入到柄部与切削部之间的对接接头部中，然后通过钎焊将柄部与切削部形成为一体。此外，相关技术文件2(韩国专利10-1099395)披露了包括硬质合金材料的机加部和一般材料的支撑部的硬质合金切削刀具以及其制造方法，其中通过放电等离子烧结在真空室中对用作机加部和支撑部的原材料的经过处理的粉末进行烧结并被一体地形成。
[0005]如上所述，在相关技术文件I和2中，仅切削部，即机加部由硬质合金形成，因此可以降低刀具的制造成本。
[0006]这里，在相关技术文件中所披露的硬质合金切削刀具以及其它切削刀具的情况下，需要在刀具的表面上涂覆金刚石薄膜或氮化钛铝的额外处理，以提供优良的诸如耐用性、耐磨性和机械加工性等机械性能。
[0007]然而，在柄部和切削部均由硬质合金形成的切削刀具的情况下，在上面的涂覆过程中不会出现问题；而在仅切削部由硬质合金形成的切削刀具的情况下，由于柄部和切削部具有彼此不同的热膨胀系数，所以在涂覆处理中所施加的热处理之后，在刀具的表面处可能出现裂纹。
【发明内容】
[0008]技术问题
[0009]本发明的目的在于提供一种能够防止在高温涂覆处理之后在主体部和切削部的表面处出现裂纹的硬质合金切削刀具的制造方法。
[0010]本发明的另一目的在于提供一种能够确保切削部与重磨削工具之间的空间从而能够容易地对所述切削部进行重磨削并对工件的表面进行精确地加工的硬质合金切削刀具。
[0011]技术方案
[0012]根据本发明的一个方面，提供了硬质合金切削刀具的制造方法以及通过所述方法制造的切削刀具，其中所述方法包括步骤:a)对由热作工具钢(hot work tool steel)形成的主体部和由硬质合金形成的切削部进行加热并使它们接合在一起;b)使接合的所述主体部和所述切削部冷却预设的一段时间；c)根据应用目的将所述切削部加工成具有预定图案并形成切削刀具；d)使用由金属氧化物、氮化物和碳化物中的至少一者形成的膜对经过加工的所述切削刀具进行涂覆；以及e)使经过涂覆的所述切削刀具在空气中冷却预设的一段时间。
[0013]优选地，在所述步骤a)中，可通过高频焊接或氧气焊接使所述主体部与由所述硬质合金形成的切削部在800至1200°C下接合，其中所述主体部可包括诸如SKD61等热作模具(工具)钢。
[0014]优选地，在所述步骤b)中，可使接合的所述主体部和所述切削部在真空室中缓慢地冷却24小时。
[0015]优选地，在所述步骤c)中，可通过铲磨机对所述切削部进行磨削，以使得具有相同切削后角的多个刀片在所述切削部的圆周方向上以弯曲的形状形成。
[0016]优选地，在所述步骤d)中，在400至700°C的温度下在所述切削刀具的表面上沉积厚度为2至4微米的氮化钛铝(TiAlN)。
[0017]根据本发明的另一方面，提供了通过上述方法制造的硬质合金切削刀具，其中所述主体部具有多个凹槽和翼部，所述翼部被加工成使得所述翼部的侧端面具有“L”形状，且所述切削部与所述翼部的被加工成具有“L”形状的所述侧端面接合。
[0018]优选地，所述多个凹槽和翼部可以沿着所述主体部的周向以斜线的方式布置。所述翼部可以具有在纵长方向上彼此间隔开的多个“L”形的刀片接合部，并且所述切削部能够以露出于所述凹槽的方式被接合至所述刀片接合部。
[0019]优选地，所述切削部可以包括以狭缝形状形成的断肩器。
[0020]本发明的效果
[0021]根据本发明，可以防止在通过高温涂覆处理对主体部和切削部进行处理之后在经过涂覆的刀具的表面处出现裂纹。
[0022]此外，根据本发明，确保了切削部与重磨削工件之间的空间，因此能够容易地进行切削部的重磨削，且能够对工件的表面进行精确地加工。
【附图说明】
[0023]通过参考附图对本发明的示例性实施例进行详细说明，本发明的上面的和其它目的、特征及优点对本领域技术人员而言将变得更加显而易见，其中:
[0024]图1是示意性地图示了根据本发明的硬质合金切削刀具的制造方法的流程图；
[0025]图2a和2b是通过根据本发明的硬质合金切削刀具的制造方法制造的平铣刀的视图；
[0026]图3a和3b是通过根据本发明的硬质合金切削刀具的制造方法制造的立铣刀的视图；
[0027]图4a和4b是通过根据本发明的硬质合金切削刀具的制造方法制造的仿形铣刀的视图；
[0028]图5a和5b是通过根据本发明的硬质合金切削刀具的制造方法制造的细齿铣刀的视图；
[0029]图6a和6b是通过根据本发明的硬质合金切削刀具的制造方法制造的槽铣刀的视图；
[0030]图7a和7b是通过根据本发明的硬质合金切削刀具的制造方法制造的滚刀的视图；
【具体实施方式】
[0031]在下文中，将参考附图对根据本发明的示例性实施例的硬质合金切削刀具的制造方法进行说明。
[0032]参考图l、2a和2b，根据本发明的制造方法包括:通过热处理将主体部10与切削部20接合在一起的步骤SI 00 ；使接合的主体部1和切削部20冷却的步骤S200 ；对冷却的切削部20进行加工的步骤S300;对切削刀具的表面涂覆膜的步骤S400;以及使经过涂覆的切削刀具冷却的步骤500。
[0033]首先，在通过热处理使主体部10与切削部20接合在一起的步骤SlOO中，在800至1200°C的温度下通过钎焊或焊接将由诸如SKD61等热作工具钢形成的主体部的接合部接合至由硬质合金形成的切削部的接合部。在此结合步骤中，优选的是，通过高频焊接或氧气焊接使主体部1与切削部20彼此接合。
[0034]而且，通过该接合步骤，主体部10与切削部20被彼此接合并且还进行了热处理。通过热处理，由SKD661形成的主体部10具有约HRC 55的洛氏硬度，且由硬质合金构成的切削部20具有约HRC 93至97的洛氏硬度。
[0035]这里，切削部20可以是包括84.5wt%的碳化钨(WC)、1.5wt%的钽&铌双碳化物粉末(TaNbC)和14wt %的钴(Co)的基于碳化钨的硬质合金。而且，切削部20可以是包括85至88界1:%的碳化妈(WC)和11至13*1:%的钴(&3)的基于碳化妈的合金。由于基于碳化妈的合金表现出了比高速钢或钨铬钴合金(Stellite)更高的硬度和更优良的耐磨性并且在高温下也表现出了良好的硬度，所以可以通过接合至主体部10的一部分而将基于碳化钨的合金用于切削部20。
[0036]在使接合的主体部10和切削部20冷却的步骤S200中，通过钎焊或焊接接合的主体部10和切削部20在真空室中缓慢地冷却预定的一段时间。在通过热处理进行的接合步骤SlOO和冷却步骤S200期间，具有不同的热膨胀系数的主体部10和切削部20经受了热处理和冷却。特别地，在主体部10由SKD61形成且切削部20由基于碳化钨的合金形成的情况下，主体部10和切削部20在室温下被置于真空室中24小时，以进行缓慢冷却。那时，主体部10和切削部20可被处理成(调整成)具有相同的热膨胀系数。主体部10和切削部20的为了获得相同的热膨胀系数的这样的处理是用来防止在主体部10与切削部20的接合部处出现裂纹，即使是在后述的涂覆步骤S400中对主体部10和切削部20加热之后也能够防止在主体部10与切削部20的接合部处出现裂纹。
[0037]在对切削部20进行加工的步骤S300中，切削部20根据它的用途，即将要制造的切削刀具的种类而被加工成具有预定的图案。例如，可根据切削部的加工图案加工出图2a和2b所示的平铣刀、图3a和3b所示的立铣刀、图4a和4b所示的仿形铣刀、图5a和5b所示的细齿铣刀、图6a和6b所示的槽铣刀以及图7a和7b所示的滚刀。
[0038]在加工步骤S300中，通过铲磨机对切削部20进行磨削。此时，对切削部20进行加工以使切削部20具有多个刀片，这些刀片具有相同的切削后角并且是在切削部的圆周方向上以弯曲形状形成。由于切削部的这种形状，切削刀具具有刮削功能。即，切削刀具可对工件的表面进行非常精确地加工。
[0039 ]在对切削刀具的表面涂覆膜的步骤S400中，将包括金属氧化物、氮化物和碳化物中的至少一者的膜涂覆在切削刀具的加工表面上，以提高切削刀具的诸如硬度、耐磨性和抗氧化性等机械性能。
[0040]在此涂覆步骤S400中，可通过物理气相沉积(PVD)法或化学气相沉积(CVD)法将覆膜涂覆在切削刀具的表面上。涂覆温度被保持在400至700°C的温度，且覆膜被形成为具有2至4微米的厚度。由于该覆膜，涂覆步骤之后的切削刀具表现出的机械性能是涂覆步骤之前切削刀具的机械性能的约1.5倍。
[0041]此时，切削刀具的主体部10和切削部20由于高的涂覆温度而发生膨胀。然而，由于主体部10和切削部20在上述冷却步骤S200中被处理成具有相同的热膨胀系数，所以即使在对主体部10和切削部20加热的涂覆步骤S400之后，在主体部10和切削部20的接合部处也不会出现裂纹。此外，当切削刀具被磨损时，即使在重磨削处理之后，也可容易地进行上面的涂覆处理，且因此可持续地保持刀具的性能。
[0042]同时，为了增加刀具的耐磨损性，上述膜的材料可以是周期表的IV、V和VI族的过渡金属的氧化物、碳化物或氮化物，或者选自于由硅、硼和铝所组成的组中的元素的氧化物、碳化物或氮化物。而且，上述覆膜可以涂覆有金刚石和氮化硼化合物(cBN)以用于广泛的切削应用。特别地，金刚石是硬度最大的材料并且还具有优良的热导率、耐磨性和电阻，因而适用于覆膜材料。
[0043]而且，覆膜的一层或多层可由通过PVD法沉积的微晶氧化铝(Al2O3)形成，且在非△1203层的情况下，非六1203层可包括选自于1^、他、!^、￥、了&、10、2^(>、1和41的金属的氮化物和/或碳化物之中的一种或多种难熔化合物。
[0044]另外，上述覆膜可以包括通过PVD法和CVD法沉积的诸如二元的TiN和TiC、三元的TiAlN和AlCrN、四元的TiAlSiN以及类金刚石碳(DLC)等各种耐热过渡金属氮化物或碳化物的硬质膜。在这些硬质膜中，通过PVD法形成的TiAlN膜具有诸如高硬度和优良的抗氧化性等机械性能并因而最适用于上述覆膜。
[0045]然后，在冷却经涂覆的切削刀具的步骤S500中，使高温的经涂覆的切削刀具在空气中冷却预设的一段时间。当冷却步骤S500结束时，仅尖端部与硬质合金接合的切削刀具就完成了。
[0046]如上所述，在本发明中，不同种类的材料的主体部10和切削部20在高温下被接合，然后在真空气氛下缓慢地冷却。因此，这两种部件可被调整成具有相同的热膨胀系数。因此，在高温涂覆步骤中，可以防止在主体部10与切削部20的接合部处出现裂纹。
[0047]在下文中，将参考附图对通过根据本发明的硬质合金切削刀具的制造方法制造的切削刀具进行说明。
[0048]首先，参考图2a和2b，图示了通过上述步骤SlOO至S500制造的平铣刀。平铣刀包括由热作工具钢形成的主体部10和由硬质合金形成的切削部20。主体部10在接合步骤SlOO之前被提前加工成具有多个凹槽11和多个翼部12。
[0049]在对圆柱形的主体部10进行加工的步骤中，形成多个凹槽11和翼部12，这些凹槽11和翼部12被布置成相对于圆柱形的主体部10的纵长方向(S卩，主体部的轴向)倾斜约7至23度。这里，翼部12被加工成使得每个翼部的侧端面具有“L”形状。并且，切削部20与每个翼部12的被加工成具有“L”形状的所述侧端面接合。切削部20和翼部12的接合是依照上述接合步骤SlOO进行的。
[0050]优选地，主体部10的凹槽11和翼部12沿主体部10的轴向以斜线的方式布置，并且翼部12具有用于切削的多个“L”形刀片接合部12a，这些刀片结合部12a沿纵长方向彼此间隔开。切削部20以露出于凹槽11之外的方式被接合至用于切削部的接合部12a。切削部20的突起结构对于切削刀具被磨损时所需的重磨削是有利的。换言之，露出于主体部10之外的切削部20由于凹槽11的空间可以确保与重磨削工具的接触空间，且因此可以容易地进行切削部20的重磨削。
[0051 ] 而且，如上所述，在切削部20的加工步骤S300中，通过铲磨机对切削部20进行磨肖IJ，以使切削部20在圆周方向上具有相同的切削后角。因此，切削部20以在与刀具的旋转方向相反的方向上弯曲的弯曲形状形成。这种弯曲的切削部20可以使得当通过所述平铣刀对工件进行加工时在切削部20与工件之间形成光滑的接触角，并因而可以减少切削部20的磨损，并且还可以使工件能够被精确地加工。即，所述切削刀具由于切削部20的形状可以具有刮削功能。因此，切削刀具可对工件的表面进行非常精确地加工。
[0052]同时，切削部20可具有以狭缝形状形成的断肩器21。断肩器21被加工成使得在切削部20的端部处形成有多个轮齿。因此，由于设置有断肩器，碎肩在切削时不会融接并且被顺利地排出。
[0053]同时，图3a和3b图示了立铣刀，图4a和4b图示了仿形铣刀，图5a和5b图示了细齿铣刀，图6a和6b图示了槽铣刀，且图7a和7b图示了滚刀。在所有这些切削刀具中，通过上述制造步骤SlOO至S500将硬质合金接合至上述尖端部。
[0054]参考图3a至7b，像平铣刀一样，切削刀具包括由热作工具钢形成的主体部110、210、310、410和510以及由硬质合金形成的切削部120、220、320、420和520。在接合步骤SlOO之前预先对主体部110、210、310、410和510进行加工，以形成多个凹槽111、211、311、411和511 以及多个翼部 112、212、312、412 和 512。
[0055]在对主体部110、210、310、410和510进行加工的步骤中，在主体部中形成多个凹槽111、211、311、411和511以及翼部112、212、312、412和512。这里，翼部112、212、312、412和512被加工成使得每个翼部的侧端面具有“L”形状。并且切削部120、220、320、420和520被接合至翼部的被加工成具有“L”形状的侧端面。切削部和翼部的接合是根据上述接合步骤S100进行的。
[0056]优选地，翼部112、212、312、412和512具有用于切削部的多个“L”形的接合部112a、212&、312&、4123和5123。切削部120、220、320、420和520以露出于凹槽111、211、311、411和511之外的方式被接合至用于切削部的接合部112a、212a、312a、412a和512a。像这样，露出于主体部110、210、310、410和510之外的切削部120、220、320、420和520凭借凹槽111、211、311、411和511的空间可以确保与重磨削工具的接触空间，且因此可以容易地执行切削部的重磨削。
[0057]而且，在对切削部120、220、320、420和520进行加工的步骤S300中，通过铲磨机对切削部进行磨削以使切削部在圆周方向上具有相同的切削后角。因此，切削部120、220、320、420和520以在与刀具的旋转方向相反的方向上弯曲的弯曲形状形成。弯曲的切削部120、220、320、420和520可以使得当所述切削刀具对工件进行加工时在切削部与工件之间形成光滑的接触角，因而可以减少切削部的磨损，并且还可以使工件能够被精确地加工。
[0058]而且，在图3a和3b所示的立铣刀以及图6a和6b所示的槽铣刀的情况下，切削部120和420可以具有以狭缝形状形成的断肩器121和421。断肩器121和421被加工成使得在每个切削部的端部处形成有多个轮齿。因此，碎肩在切削时不会融接并且可以被顺利地排出。
【主权项】
1.一种硬质合金切削刀具的制造方法，其包括步骤: a)通过热处理将由热作工具钢形成的主体部和由硬质合金形成的切削部接合在一起； b)使接合的所述主体部和所述切削部冷却预设的一段时间； c)根据应用目的将所述切削部加工成具有预定图案并且形成所述切削刀具； d)使用由金属氧化物、氮化物和碳化物中的至少一者形成的膜对经过加工的所述切削刀具进彳丁涂覆以提尚机械性能；以及 e)使经过涂覆的所述切削刀具在空气中冷却预设的一段时间。2.如权利要求1所述的方法，其中所述热作工具钢是SKD61且所述步骤a)包括:通过高频焊接或氧气焊接在800至1200°C的温度下使所述主体部与所述切削部接合。3.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤b)包括:在真空室中使接合的所述主体部和所述切削部缓慢地冷却24小时。4.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤c)包括:通过铲磨机对所述切削部进行磨肖IJ，使得具有相同切削后角的多个刀片在所述切削部的圆周方向上以弯曲的形状形成。5.如权利要求1所述的方法，其中所述步骤d)包括:在400至700°C的温度下在所述切削刀具的表面上沉积厚度为2至4微米的氮化钛铝(TiAlN)。6.—种通过如权利要求1至5中的任一项所述的方法制造的硬质合金切削刀具，其中所述主体部具有多个凹槽和多个翼部，所述翼部被加工成使得所述翼部的侧端面具有“L”形状，且所述切削部与所述翼部的被加工成具有“L”形状的所述侧端面接合。7.如权利要求6所述的切削刀具，其中所述凹槽和所述翼部沿着所述主体部的轴向以斜线的方式布置，所述翼部具有在纵长方向上彼此间隔开的多个“L”形的刀片接合部，且所述切削部以露出于所述凹槽之外的方式被接合至所述刀片接合部。8.如权利要求7所述的切削刀具，其中所述切削部包括以狭缝形状形成的断肩器。
【文档编号】C23C16/34GK105848824SQ201580000194
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年5月13日
【发明人】南廷雨
【申请人】南廷雨