[发明专利]用于高表面完整性加工的cBN烧结体以及cBN烧结体切削工具

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在高硬度难切削的铁基材料的切削加工中 实施高表面完整性加工的cBN烧结体，并且涉及通过控制切削过程 中的切削刃温度，而达到以下效果：使加工件切削表面上的加工影响 层的产生受到抑制，促进压应力的残留，增强加工件的疲劳寿命，并 延长切削工具的寿命。

背景技术

例如，与诸如超硬工具等切削工具所用的传统材料相比，由于 cBN烧结体具有化学稳定性和极高的硬度，所以cBN基烧结体切削 工具具有可能为高效率和长寿命之类的高性能材料特征。另外，与研 磨工具相比，cBN烧结体切削工具由于具有优异的适应性和环境友 好型的较高生产率而得到较高的评价，并且已经代替传统工具而被用 在难切削的铁基材料的加工应用中。

cBN烧结体材料可以分为两类：一类是含有cBN颗粒和粘结剂 材料的烧结体(其中cBN的含有率高，cBN颗粒彼此结合，并且其 余的主要成分是Co和Al(参见专利文献1))，或者是其中除cBN以 外尽可能不包含其它任何成分的烧结体(参见专利文献2)(以下称 这一类cBN烧结体材料为“cBN含有率高的烧结体”)；另一类cBN 烧结体材料的cBN含有率较低，cBN颗粒间的接触率低，并且是通 过对铁的亲和性低的、含有氮化钛(TiN)和碳化钛(TiC)的陶瓷 而结合在一起的(参见专利文献3)(以下称这一类cBN烧结体材 料为“cBN含有率低的烧结体”)。

由于cBN具有优异的力学性能(高硬度、高强度、高韧性)和 高导热性，所以在分断切屑以及不容易产生剪切热的用途中，前一类 cBN含有率高的烧结体可达到高的稳定性和长的寿命；并且其适合 用于切削铁基烧结件和灰铸铁，在这种切削加工中，由硬质颗粒的摩 擦所造成的机械磨损和损坏、以及由高速断续切削产生的热冲击所造 成的损坏是主要的。

然而，在加工钢和硬化钢(其中连续切削产生大量的剪切热， 使得切削刃暴露于高温下)时，因为cBN成分与铁发生热磨损而导 致磨损快速发展，所以cBN含有率高的烧结体比传统硬质合金工具 和陶瓷工具的寿命短。

另一方面，后一类cBN含有率低的烧结体由于其含有在高温下 对铁的亲和性低的、含有TiN和TiC的陶瓷粘结剂，所以显示出优 异的耐磨性，特别是在传统硬质合金工具和陶瓷工具实际不能加工的 硬化钢的加工情况中，因为cBN含有率低的烧结体作为切削工具， 其工具寿命可达到传统工具的寿命的十倍到几十倍，所以人们已经积 极地用其来取代研磨加工工具。

近年来，通过提高机械工具的刚性、以及调节cBN含有率低的 烧结体中的cBN与陶瓷粘结剂(该陶瓷粘结剂中含有TiN和TiC) 的百分比，在要求精度达到10点平均粗糙度(以下缩写为Rz)为 3.2μm到6.3μm的加工应用中(例如，在含有硬化钢的汽车传动部分 的切削加工应用中，其中所述的硬化钢是通过诸如渗碳硬化等所谓的 硬化处理使表面硬度提高到Hv为4.5GPa到7.6GPa的钢)，人们使 用cBN烧结体工具代替研磨工具。

最近，在要求高精度(表面粗糙度Rz为0.4μm到3.2μm)的滑 动表面和旋转表面等表面的加工中，在要求加工区具有足够的疲劳强 度这样的高表面完整性的最终精加工步骤的应用中、或者由要求加工 公差比传统研磨工艺的加工公差更小这样的半精加工(仅仅使用加工 公差极小(5到10μm或更低)的精加工过程，例如机械珩磨)而得到 高表面完整性的加工应用中，人们已经开始研究使用由cBN含有率 低的烧结体制成的切削工具来代替在加工效率和适应性方面都受到 制约的研磨加工。

专利文献1：日本专利公开昭52-43486

专利文献2：日本专利公开平10-158065

专利文献3：日本专利公开昭53-77811

专利文献4：日本专利公开平08-119774

发明内容

然而，在硬化钢的切削加工中，当加工效率为切削速度V＝ 100m/分钟、切削深度d＝0.15mm、进给量f＝0.08mm/转(单位时间的 排屑体积W为1,200mm³/分钟)或加工效率更高(该加工效率是将 cBN烧结体切削工具工业化应用于硬化钢加工是否有利的判断)时， 可能会在加工件的表面上形成厚度为1-20μm的加工影响层。加工影 响层的生成量的允许范围是根据加工件被制成最终产品时预期应用 的各种应力环境所要求的疲劳寿命特性来规定的。