已知有所谓的“用后可扔型”切削刀具，其用于该切削工具的具有切削刃部分的可拆卸尖端可安装在杆的端部上。用该工具可实现显著的节约，因为当尖端磨损时，仅需要更换该尖端，而杆可再使用。例如，已知钨钢切削刃结构，其中设置在刀头(尖端)底部内的螺纹轴螺纹连接到设置在杆端部内的母螺纹部分内(例如参照专利文献1)。对于具有这种结构的刀具来说，在刀头用硬质合金制成的情况下，例如，切削刃部分和螺纹轴由切削硬质合金(实心)件制成。
专利文件1：日本注册实用新型第3132125号
但是，由硬质合金件制成的螺纹轴的韧性可能会较低，且靠近螺纹开始位置的部分尤其薄且容易断裂。因此螺纹轴在插入期间或切割期间可能断裂。因而，设想出其中切削刃部分和螺纹轴分别用制成具有不同硬度、并然后通过钎焊彼此连结的方法。但是，由于切削刃部分和螺纹轴具有不同的硬度，可能会降低连结的整体性，且当刀具用于机械加工时，由于不同的硬度可能会降低稳定性和精确性。此外，由于钎焊是需要技巧的技术，所以钎焊在需要缩短和简化制造过程的现场环境中可能是不合要求的。

为了解决上述问题而作出本发明，且本发明的目的是提供一种将多件硬质合金牢固结合的硬质旋转刀具。
本发明提供一种用于进行切削的硬质旋转刀具，特征在于该硬质旋转刀具包括杆形支承部分和结合到支承部分前端的切削刃部分；杆形支承部分和切削刃部分中的一个是由硬质合金制成的烧结体；杆形支承部分和切削刃部分中的另一个是由硬质合金制成并在低于所述烧结体的烧结温度的温度下预烧结的预烧结体；以及烧结体和预烧结体烧结在一起形成结合状态。
附图说明
图1是硬质端铣刀1的分解斜视图。
图2是硬质尖端20的平面图。
图3是硬质尖端制造过程的流程图。
图4是示出其中在插入过程(步骤S31)中将支承部分中间体40插入切削刃部分中间体30的插入孔31内的状态的视图。
图5是示出在最终完全插入过程(步骤S32)中完全烧结的尖端中间体50的状态的视图。
图6是图5中所示双点划线W所圈住区域的电子显微镜图(放大5,000倍)。
图7是图5中所示双点划线W所圈住区域的电子显微镜图(放大10,000倍)。

此后，将参照附图解释作为本发明实施例的硬质端铣刀1。在以下解释中，术语“硬质”是“硬质合金”的简称，且是指已通过粉末冶金(加热和硬化)形成的碳化钨和钴的合金。一般而言，所含的钴的比率越低，合金越硬且越耐磨损，但合金的韧性降低且合金变得更脆。相反，所包含的钴的比率越高，韧性和抗弯曲性越高，但耐磨性降低。
首先，解释硬质端铣刀1的结构。如图1所示，硬质端铣刀1包括圆柱形柄10和螺纹连接到柄10前端内的硬质尖端20。换言之，硬质尖端20是可在柄10的前端内进行更换的可分度型(indexable)刀具。此外，柄10用高速钢浇铸成单件，高速钢是铁基的合金。在柄10的前端内，形成有螺纹孔11，该螺纹孔与柄10本身同轴，且其中未切出母螺纹的内周面12形成在柄10的前端侧面内。
相反，硬质尖端20由硬质合金制成。硬质尖端20通过下文描述的制造过程制成。如图2所示，硬质尖端20包括切削刃部分21，该切削刃部分21是短圆柱形，具有形成球形的前端和从切削刃部分21的圆柱形底表面中心突出的杆形支承部分22。切削刃23通过切入切削刃部分21的尖端的外表面而形成。
可拧入柄10内螺纹孔11内的公螺纹24形成在支承部分22的外周表面的后端侧面上。因此，当硬质尖端20的支承部分22拧入柄10的螺纹孔11内时，支承部分22的公螺纹24拧入螺纹孔11内部的螺纹内，且在支承部分22前端侧面处没有公螺纹24的外周面25沿在螺纹孔11的前端侧面的内周面12滑动。因此，硬质尖端20牢固地固定到柄10的前端。
接着，解释硬质尖端20的加工过程。如图3所示，在硬质尖端制造过程中，首先分别进行以下过程：切削刃部分中间体制造过程(步骤S11至S14)，其中制造作为切削刃部分21的预烧结体的切削刃部分中间体30(参照图4)；以及支承部分中间体制造过程(步骤S21至S24)，其中制造作为支承部分22的完全烧结体的支承部分中间体40(参照图4)。接着，进行插入过程(S31)，其中将支承部分中间体40的前端插入形成在切削刃部分中间体30内的插入孔31(参照图4)内，如下文所述。此后，进行最终完全烧结过程(步骤S32)，其中烧结尖端中间体50(参照图5)，在尖端中间体50中将切削刃部分中间体30与支承部分中间体40形成为一体。最后，进行加工过程(步骤S33)，其中加工完全烧结的尖端中间体50，从而完成最终产品——硬质尖端20。以下将详细描述各个过程。
首先描述切削刃部分中间体制造过程。如图3所示，切削刃部分中间体制造过程包括：粉碎和混合过程(步骤S11)，其中将硬质粉末材料混合在一起；加压工程(步骤S12)，其中通过对混合的材料加压而形成特定形状；预烧结过程(步骤S13)，其中进行加压成形部分的预烧结；以及成形过程(步骤S14)，其中进行预烧结的成形部分的成形。作为预烧结体的圆柱形切削刃部分中间体30通过进行这一系列过程而制成。
以下将解释粉碎和混合过程(步骤S11)。在粉碎和混合过程(步骤S11)中，可使用诸如碳化钨、钴、碳化钛、碳化钽等的粉末材料。将粉末混合成特定的组成，然后通常通过球磨机等在任何地方进行数小时至数日的湿式粉碎和混合。在该过程中，在将硬质材料粉碎成特定颗粒大小的同时，将粉末充分混合成均匀地分布各个组分。为了改进粉末材料的可混合性并防止粉末材料的氧化，可使用诸如丙酮、乙醇、苯、四氯化碳等的有机溶剂作为用于湿式粉碎和混合的溶剂。在使用球磨机的情况下，可将其状态调节成粉末材料与磨球的比率为1∶1至1∶3，且溶剂的量为每千克粉末材料200至300毫升。还添加并混入润滑剂以使其在随后的加压过程有可成形性。在本实施例中，切削刃部分中间体30的钴含量调节成9％。
以下将解释加压过程(步骤S12)。在加压过程(步骤S12)中，通过在20至300Mpa的压力下对粉碎和混合过程(步骤S11)中混合的粉末材料加压而形成图4所示的圆柱形切削刃部分中间体30。
以下将解释预烧结过程(步骤S13)。在预烧结过程(步骤S13)中，进行通过在加压过程(步骤S12)中加压形成的切削刃部分中间体30的预烧结。在600至1000摄氏度的温度下进行预烧结。在预烧结中，去除在加压过程(步骤S12)中所使用的润滑剂，并将钴颗粒的烧结进行到限定的程度。因此切削刃部分中间体30变得大致与白垩具有相同的强度。
以下将解释成形过程(步骤S14)。在成形过程(步骤S14)中，使通过在预烧结过程(步骤S13)中形成的切削刃部分中间体30成形。通过车床车削、切削等在切削刃部分中间体30的一端面的中心形成圆柱形插入孔31。下文将描述的支承部分中间体40的一端可插入插入孔31内。这样就完成了切削刃部分中间体制造过程的一系列操作。
接着，将描述支承部分中间体制造过程。如图3所示，在某种程度上，支承部分中间体制造过程的流程类似于前述切削刃部分中间体制造过程的流程。支承部分中间体制造过程包括：粉碎和混合过程(步骤S21)，其中将硬质粉末材料混合在一起；加压工程(步骤S22)，其中通过对混合的材料加压而形成一定形状；完全烧结过程(步骤S23)，其中进行加压的支承部分中间体40的完全烧结；以及研磨过程(步骤S24)，其中在完全烧结后平整外周面。作为完全烧结体的支承部分中间体40通过进行这一系列过程而制成。
接着，将描述不同于切削刃部分中间体过程的不同点。首先，在粉碎和混合过程(步骤S21)中，支承部分中间体40的钴含量调节成10％。换言之，支承部分中间体40的钴含量高于切削刃部分中间体30的钴含量(9％)。这样做是为了使在加工过程(步骤S33)(在最终完全烧结过程(步骤S32)之后进行并在下文进行描述)中在支承部分22的外周面上加工公螺纹24(参照图2)更加容易，并赋予适当程度的韧性。
在加压过程(步骤S22)中，支承部分中间体40在与切削刃部分中间体制造过程中的加压过程(步骤S12)中的条件相同的条件下加压。此外，在加压过程(步骤S22)中，形成长圆柱形支承部分中间体40，如图4所示。在最终完全烧结后，将支承部分中间体40的外径调整成稍大于形成在上述切削刃部分中间体30的端面上的插入孔31的内径。
接着，在加压过程(步骤S22)之后，进行完全烧结过程(步骤S23)。在1350至1550摄氏度的温度下进行完全烧结，该温度高于预烧结的温度。在完全烧结中，进行液相烧结，其中将钴颗粒转化成液相并进一步进行组分的致密化。这使支承部分中间体40的体积收缩大约20至30％。
接着，将解释研磨过程(步骤S24)。通过无中心研磨等来进行支承部分中间体40的外周的研磨，从而在下述插入过程(步骤S31)中获得与插入孔31的附着。这样就完成了支承部分中间体制造过程的一系列操作。
接着，将解释插入过程(步骤S31)。插入过程(步骤S31)是这样的过程：其中通过切削刃部分中间体制造过程制造的切削刃部分中间体30以及通过支承部分中间体制造过程制造的支承部分中间体40配装在一起形成单个单元，如图4所示。具体地说，尖端中间体50通过将圆柱形支承部分中间体40插入形成在圆柱形切削刃部分中间体30的端面上的插入孔31内而形成。该插入是在将插入孔31的内径和支承部分中间体40的外径调整成在最终完全烧结后稍微紧密地配装在一起的状态下进行的。
接着，将解释最终完全烧结过程(步骤S32)。在最终完全烧结过程(步骤S32)中，对如图4所示的在插入过程(步骤S31)中形成的尖端中间体50进行完全烧结。较佳的完全烧结温度是1350至1550摄氏度，与上述完全烧结过程(步骤S25)相同。同时，在切削刃部分中间体30和支承部分中间体40中发生以下现象。
首先，因为预烧结切削刃部分中间体30尚未完全烧结，所以发生液相烧结，其中切削刃部分中间体30的粉末材料中的钴颗粒转化成液相。相反，因为支承部分中间体40已经完全烧结，所以仅切削刃部分中间体30收缩。因此，插入切削刃部分中间体30的插入孔31内的支承部分中间体40的前端部分通过切削刃部分中间体30的收缩而受到挤压。此外，在切削刃部分中间体30的插入孔31的内周面与支承部分中间体40的前端部的外周面的边界部分发生钴颗粒的液相烧结。换言之，切削刃部分中间体30的钴颗粒和支承部分中间体40的钴颗粒发生液相烧结。
完全烧结之后，使用电子显微镜来检查切削刃部分中间体30和支承部分中间体40的边界部分，从而检验边界部分的结合程度。采用扫描电子显微镜(SEM)来作为电子显微镜。
如图6和图7所示，切削刃部分中间体30的颗粒结构与支承部分中间体40的颗粒结构完全相同。此外，在切削刃部分中间体30的插入孔31的内周面与支承部分中间体40的前端部的外周面之间的边界已完全消失。因此确定切削刃部分中间体30和支承部分中间体40已可靠地形成单个单元。因此证明可实现比已知钎焊方法形成的结合更牢固的结合。
最后，将解释加工过程(步骤S33)。在加工过程(步骤S33)中，在最终完全烧结过程(步骤S32)中形成的完全烧结硬质合金尖端中间体50上进行最终加工，以形成最终产品。换言之，通过切割支承部分22的尖端的表面而形成切削刃23，并进行诸如在支承部分22的后端侧的外表面上切出公螺纹之类的过程。这样就完成了硬质尖端制造过程的一系列操作，并形成最终产品——硬质尖端20，其中切削刃部分21和支承部分22形成单个单元。
如上所述，本实施例中的硬质尖端20螺纹连接到圆柱形柄10的前端内。硬质尖端20的材料是硬质合金。硬质尖端20包括切削刃部分21和杆形支承部分22，该切削刃部分21是短圆柱形，具有形成球形的前端，杆形支承部分22从切削刃部分21的底表面中心突出。在用于制造硬质尖端20的硬质尖端制造过程中，首先分别进行以下过程：切削刃部分中间体制造过程，其中制造作为切削刃部分21的预烧结体的切削刃部分中间体30；以及支承部分中间体制造过程，其中制造作为支承部分22的完全烧结体的支承部分中间体40。接着，支承部分中间体40的前端插入形成在切削刃部分中间体30内的插入孔31内。然后将其中切削刃部分中间体30和支承部分中间体40所形成的单个单元的尖端中间体50完全烧结。
此时，因为切削刃部分中间体30尚未完全烧结，所以发生液相烧结，其中切削刃部分中间体30的粉末材料中的钴颗粒转化成液相。相反，因为支承部分中间体40已经完全烧结，仅切削刃部分中间体30收缩。因此，插入切削刃部分中间体30的插入孔31内的支承部分中间体40的前端部分通过切削刃部分中间体30的收缩而受到挤压。此外，在切削刃部分中间体30的插入孔31的内周面与支承部分中间体40的前端部的外周面的边界部分发生钴颗粒的液相烧结。这就使切削刃部分中间体30和支承部分中间体40能够牢固地彼此结合。
显然可对本发明进行各种类型的变型。例如，图2所示的硬质尖端20的尺寸仅是一个实例，也可采用与上述实施例中尺寸不同的尺寸。上述实施例中所示硬质尖端20的粉末材料的组成仅是一个实例，也可将除了这些之外的粉末混合在一起。
此外，在上述实施例的制造过程中，在最终完全烧结过程(步骤S32)中的结合利用了切削刃部分中间体30的收缩和液相现象，且为了实现结合强度，支承部分中间体40包括研磨过的面，且孔与轴之间的关系是约0.2的紧密关系。
工业应用
本发明的硬质旋转刀具并不限于用于拧入杆前端内的可分度型刀具，并可用于制造为与杆一体的刀具。