[发明专利]超硬刀具元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种超硬刀具元件，尤其涉及用于加工或切削硬质或 耐磨主体的工具，该主体包括如金属、陶瓷或木材、或复合材料的材 料。

背景技术

需要使用具有硬或超硬切削刀片的工具来加工硬质或耐磨工件材 料，如金属合金、陶瓷、金属陶瓷、某些复合材料和石材。碳化钨硬 质合金是一种应用最广的刀具材料，用于加工硬质工件材料，既硬又 韧。多晶金刚石(PCD)和多晶立方氮化硼(PCBN)为超硬材料， 例如可用于加工广泛适用于汽车工业中的某些金属合金。超硬材料特 别坚硬，维氏硬度至少为约25GPa。但是，通常超硬材料不如硬质合 金材料坚韧，因而超硬材料比硬金属更易破裂和裂开。超硬刀具插入 件可包括结合到支撑基底上的超硬结构，其通常由碳化钨硬质合金制 成。

美国专利3,745,623号公开了在钛或锆护套中制造PCD，其中一 些在制造过程中会转变为碳化物。遍布破屑机表面的PCD上可保留一 层薄的钛或锆护套。

美国专利5,833,021号公开了一种多晶金刚石刀具，特别适用于钻 入地层的钻头上，该刀具具有一层施加在多晶金刚石表面上的难熔涂 层以增加刀具元件的工作寿命。

美国专利6,439,327号公开了一种多晶金刚石刀具，用于钻入地层 的旋转钻头上，其中刀具侧面设置有金属层，该金属层高压结合到多 晶金刚石侧面上。钼是合适金属的一个例子。

美国专利6,779,951号公开了一种钻孔机插入元件，通过将多晶金 刚石(PCD)夹在碳化钨硬质合金(或类似硬质材料)层和多金属层 之间来制备该插入元件，从而增强了层间结合性并减小了分层的可能 性。

PCT专利申请WO/2008/104946号公开了一种工具构件，包括具 有工作面的多晶金刚石层，以及厚度最大为100微米且含金属的更软 层。

PCT专利申请WO/2008/104944号公开了一种使用工具的加工工 件的方法，该工具包括的工具部件包括具有工作面的多晶金刚石层， 以及结合到工作面上的、含金属的更软层。

英国专利申请2 251 879A号公开了一种用于旋转钻头的切削元件 预制件的制造方法，该钻头用于钻入地下地层中或在地下地层中钻孔。 该方法包括步骤：形成包括超硬材料的中间结构，超硬材料结合在不 及其硬的两外层材料之间。超硬材料优选包括多晶金刚石材料，不及 超硬材料硬的材料优选包括碳化钨。

需要提供一种超硬工具来将硬质或耐磨工件切削至小的精加工误 差，可使精加工表面十分光滑、尺寸精度高，并可减小对工件边缘的 损伤，从而可提高工具使用寿命。

发明内容

本发明的第一方面提供了一种超硬刀具元件，用于加工包括木材、 金属、陶瓷材料或复合材料的工件，该超硬刀具元件包括：超硬结构， 超硬结构具有前刀面侧和后刀面侧，前刀面侧和后刀面侧在它们之间 围绕一楔角，该楔角为锐角；保护层，该保护层在前刀面侧上的前刀 面分界面处结合到超硬结构上，该保护层基本上比超硬结构的材料要 软；楔角至少为约20度或至少为约35度，最大为约75度，最大为约 73度或最大为约65度。

在本发明的一个实施例中，最靠近切削刃的保护层的区域的厚度 至少为约(13.3-0.11ω)微米，最大为约(380-5.0ω)微米和约 (126.6-0.11ω)微米中的较小值，其中楔角ω的范围为约35度至约65 度。在本发明的一个实施例中，最靠近切削刃的保护层的区域的厚度 至少为约(46.7-0.56ω)微米，最大为约(380-5.0ω)微米和约 (126.6-0.11ω)微米中的较小值，其中楔角ω的范围为约35度至约65 度。在本发明的一个实施例中，最靠近切削刃的保护层的区域的厚度 (微米)至少为约20微米，最大为约200微米，楔角ω的范围为约35 度至约65度。

在本发明的一个实施例中，最靠近切削刃的保护层的区域的厚度 大于约(86.6-1.33ω)微米，楔角ω的范围为约35度至约65度。在 本发明的一个实施例中，最靠近切削刃的保护层的区域的厚度小于约 (380-5.0ω)微米，其中楔角ω的范围为约35度至约65度。在本发明 的一个实施例中，最靠近切削刃的保护层的区域的厚度大于约 (86.6-1.33ω)微米，小于约(462.5-6.5ω)微米，其中楔角ω的范围 为约35度至约65度。