[发明专利]包含超硬材料的切削工具及其制造方法

说明书

本发明题为“包含超硬材料的切削工具及其制造方法”。在一个方面，本文描述了采用超硬材料制造切削工具的方法。制造切削工具的方法包括将切削工具图案电子地加载到激光加工系统中并向所述激光加工系统提供坯料，所述坯料包括超硬材料层。通过单个激光加工步骤将所述切削工具图案施加到所述坯料以形成所述切削工具，所述切削工具包括至少一个成形切削刃，所述切削刃包含超硬材料并且具有小于10μm的刃半径。所述单个激光加工步骤可以最终形式提供所述切削工具，从而避免进一步的加工步骤。

技术领域

本发明涉及包含超硬材料的切削工具，并且具体地，涉及生产此类切削工具的有效方法。

背景技术

超硬材料(诸如金刚石和立方氮化硼)可用于工具加工应用，包括各种材料的加工。由超硬材料提供的高硬度和高耐磨性可显著延长切削工具的寿命。例如，多晶立方氮化硼(PCBN)的耐磨性比烧结碳化钨高约100倍，并且多晶金刚石(PCD)的耐磨性比PCBN高约10倍。

虽然对于工具加工应用是有益的，但高硬度和高耐磨性的材料在工具制造中可能存在若干挑战。金刚石粗磨粉或立方氮化硼的合成可通过高压、高温(HPHT)技术实现。金刚石还可通过化学气相沉积(CVD)来沉积。多晶材料(包括PCD和PCBN)可通过将单个晶体烧结成较大的连续体来生产。值得注意的是，烧结技术必须将晶体保持在相图的立方区域中，以防止转变为较软的六方相。因此，需要高温和高压。PCD和PCBN通常形成为坯料，由该坯料制造切削工具。

通常，通过电线放电加工(EDM)将PCD或PCBN坯料切削成较小的片。随后将从母坯料切削的单个片钎焊到钢或烧结碳化物基底的凹座中。另选地，可将PCD或PCBN的台粘结到烧结碳化物基底。切削刃制备是制造过程的下一个步骤。磨削和/或倒圆可提供期望的切削刃几何形状和刃质量，同时消除由电线EDM工艺赋予的表面损坏和缺陷。磨削超硬材料是困难且耗时的。就复杂的切削刃几何形状而言，可以采用放电磨削。当切削工具可转位或包括相当长的切削刃时，超硬材料的切削刃制备特别麻烦。

发明内容

鉴于这些缺点，本文描述了制造包含超硬材料的切削工具的方法，在一些实施方案中，该方法可提供成本和/或时间效率。此类方法例如可在单个加工步骤中提供成品切削工具，从而节省与多步骤工艺相关联的时间和成本，其中超硬材料的坯料被切削，钎焊到基底上并且随后经受劳动密集型切削刃制备技术。简而言之，制造切削工具的方法包括将切削工具图案电子地加载到激光加工系统中并向激光加工系统提供坯料，该坯料包括超硬材料层。通过单个激光加工步骤将切削工具图案施加到坯料以形成切削工具，该切削工具包括至少一个成形切削刃，该切削刃包含超硬材料并且具有小于10μm的刃半径。此外，成形切削刃的后刀面的超硬材料可具有小于0.4μm的表面粗糙度(R_a)。

在另一方面，包含超硬材料的切削刀片在本文中有所描述。切削刀片例如包括超硬材料层，该超硬材料层限定至少一个切削刃的前刀面和后刀面，该切削刃具有小于10μm的半径，其中超硬材料沿后刀面的表面粗糙度(R_a)小于0.4μm。

这些和其它实施方案在以下具体实施方式中进一步描述。

附图说明

图1示出根据一些实施方案的电子切削刀片图案的图形表示。

图2是根据本文所述的单步方法的在坯料的周边内加工的切削工具的透视图。

图3是根据本文所述的单步方法的在坯料的周边内加工的切削工具的透视图。

图4是根据一些实施方案的通过将切削工具图案激光施加到坯料而形成的切削刀片的侧视图，该坯料包括联接到烧结碳化物基底的PCD层。

图5是根据一些实施方案的通过将切削工具图案激光施加到坯料而形成的切削刀片的侧视图，该坯料包括联接到烧结碳化物基底的PCD层。

具体实施方式