切削工具的制造方法技术

该切削工具(10)的制造方法中，该切削工具(10)具备：烧结合金制的工具基体(1)；硬质被膜(2)，配置于工具基体(1)的外表面上且至少具有由碳化物、氮化物及碳氮化物中的任一种或它们的复合化合物构成的层；以及切削刃(3)，形成于工具基体(1)的棱线部且包含硬质被膜(2)中位于棱线部的部分，该切削工具(10)的制造方法包括激光喷丸工序，所述激光喷丸工序通过在硬质被膜(2)上直接照射脉冲宽度为100ps以下的脉冲激光(L)，对硬质被膜(2)及工具基体(1)的表面区域赋予压缩残余应力。面区域赋予压缩残余应力。面区域赋予压缩残余应力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】切削工具的制造方法


[0001]本专利技术涉及一种切削工具的制造方法，具体而言，涉及一种用于提高切削工具的切削刃的耐缺损性的后处理方法。
[0002]本申请基于2020年2月5日在日本申请的专利申请2020
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017887号及2021年2月2日在日本申请的专利申请2021
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015304号主张优先权，并将其内容援用于此。

技术介绍

[0003]已知有如下技术：在硬质合金制工具基体上涂覆了硬质被膜的切削工具中，通过后处理释放硬质被膜或工具基体的拉伸残余应力，或者赋予压缩残余应力来提高切削刃的耐缺损性。例如，专利文献1中公开了一种方法，其通过利用喷丸硬化使亚毫米级的钢球碰撞工具表面而产生的冲击力来控制残余应力。专利文献2中公开了一种表面处理方法，其通过照射纳秒激光，降低TiCN硬质被膜的拉伸应力，或者说赋予压缩应力。并且，如专利文献3那样，还已知有如下技术：通过使与切削刃棱线部平行的方向的残余应力值大于与切削刃棱线部正交的方向的残余应力值，能够抑制微小龟裂的发展，其结果，切削刃的耐缺损性得到提高。专利文献4中公开了一种方法，其通过进行使用脉冲宽度为几纳秒左右且脉冲能量为几百兆焦耳的高能纳秒激光的所谓纳秒激光喷丸，对硬质合金制基材赋予压缩残余应力。
[0004]专利文献1：日本特开平6
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108258号公报
[0005]专利文献2：日本特开2012
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223808号公报
[0006]专利文献3：日本特开2018
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183862号公报
[0007]专利文献4：日本特表2020
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525301号公报
[0008]专利文献1的方法中，通过调整介质的材质和大小、或提高喷丸硬化的投射压力和投射时间等，能够提高硬质被膜和工具基体表层的硬质相的压缩残余应力。然而，若赋予过多的高压缩残余应力，则存在如下问题：硬质被膜的剥离、工具使用时成为缺损起点的垂直裂纹的产生变明显，并且，由于垂直裂纹周边的局部压缩应力被释放，每批次产品的残余应力的不均变大且不易赋予高于某一程度的值的压缩残余应力。另外，垂直裂纹是指割裂硬质被膜和工具基体表层的龟裂，会产生宽度几百纳米左右的间隙。由于垂直裂纹释放垂直于膜厚的方向(面方向)的压缩残余应力，因此不优选。根据专利文献1，记载有如下内容：作为能够通过喷丸硬化稳定地赋予的压缩残余应力的最大值，硬质被膜(TiC)是
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200MPa左右、工具基体(WC)是
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800MPa左右(负为压缩侧)。
[0009]专利文献2的方法中，使用纳秒激光去除作为硬质被膜的上部层的氧化物层(Al2O3)，对作为硬质被膜的下部层的非氧化物层(TiCN)赋予最大1GPa左右的压缩残余应力。关于该机理，虽在专利文献2的说明书中未提及，但认为是如下所谓激光喷丸的一种：通过以纳秒级时间瞬间去除氧化物层，利用氧化物层被微粒或等离子体等飞散时的力学反作用对下部层赋予冲击。根据专利文献2的实施例，能够以接近可去除氧化物层的下限值的峰值功率密度(0.02GW/cm2)，对下部层(TiCN)赋予1GPa左右的压缩残余应力，但若峰值功率
密度高出此值，则下部层的压缩残余应力反而会下降。关于该理由，认为是由于过多的激光照射到下部层，因此压缩残余应力通过热影响被释放。然而，如专利文献2那样，以0.02GW/cm2左右的低峰值功率密度，几乎无法得到将压缩残余应力赋予至硬质被膜正下方的工具基体表层的效果。即，无法提高工具基体的耐缺损性。
[0010]并且，专利文献3中，通过喷丸硬化，在α
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Al2O3的与切削刃棱线部正交的方向的残余应力值和与切削刃棱线部平行的方向的残余应力值之间设定了差值，但通过喷丸硬化会对前刀面均匀地投射介质，因此难以稳定地赋予较大的残余应力差。
[0011]专利文献4的纳秒激光喷丸中，存在如下问题：通常为了提高冲击力而需要在将工具设置于水中的状态下进行处理，但此时，由于因水面的波动或产生于激光照射部的气泡等而发生光束的散射，因此每个个体的刀尖的残余应力会变得不均，作为产品的工具性能的稳定性会下降。并且，还存在水中进行处理及需要热保护层的涂布等工艺繁杂的问题。

技术实现思路

[0012]鉴于上述情况，本专利技术的一目的在于提供一种能够对硬质被膜及工具基体稳定地赋予高压缩残余应力且由此能够提高切削刃的耐缺损性的切削工具的制造方法。
[0013]本专利技术的一方式为一种切削工具的制造方法，所述切削工具具备：烧结合金制的工具基体；硬质被膜，配置于所述工具基体的外表面上且至少具有由碳化物、氮化物及碳氮化物中的任一种或它们的复合化合物构成的层；以及切削刃，形成于所述工具基体的棱线部且包含所述硬质被膜中位于所述棱线部的部分，所述切削工具的制造方法包括激光喷丸工序，所述激光喷丸工序通过在所述硬质被膜上直接照射脉冲宽度为100ps以下的脉冲激光，对所述硬质被膜及所述工具基体的表面区域赋予压缩残余应力。
[0014]在上述方式的切削工具的制造方法中，从硬质被膜的上方，对在工具基体的外表面形成有硬质被膜的切削工具，优选以1TW(太瓦)/cm2以上的峰值功率密度，例如在大气中进行脉冲宽度为100ps(皮秒)以下的短脉冲激光的激光照射。该处理为所谓超短脉冲激光喷丸，是如下方法：利用等离子体爆发性扩散时的力学反作用在工件中生成冲击波并赋予塑性变形或位错等晶体缺陷，由此对工件表面赋予压缩残余应力，其中，该等离子体是通过对经激光照射的工件(切削工具)的表面进行一些加工而产生的。本专利技术的上述方式中，通过在上述激光条件下进行激光喷丸，能够抑制在硬质被膜和工具基体上产生垂直裂纹，并且能够稳定地赋予压缩残余应力。并且，通过将脉冲宽度设为100ps以下，由激光照射导致的热影响明显得到抑制，因此能够增加峰值功率密度，即冲击波的能量。由此，例如能够对有助于硬质被膜的耐缺损性的层(由碳化物、氮化物及碳氮化物中的任一种或它们的复合化合物构成的层)赋予0以下的残余应力，对工具基体的表面区域的WC粒子赋予
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1000MPa以下的残余应力即压缩残余应力。
[0015]如此，根据上述方式的切削工具的制造方法，通过特殊的上述激光条件的激光喷丸工序，能够对硬质被膜及工具基体这两者赋予高压缩残余应力的同时抑制垂直裂纹的产生，由此能够提高切削刃的耐缺损性。维持良好的切削加工精度，且延长工具寿命。
[0016]并且，由于能够稳定地赋予压缩残余应力，因此切削工具的品质不均得到抑制。并且，由于能够在大气中进行激光照射，并不特别需要其前后处理工序，因此与公知的湿喷丸等应力控制技术相比，本专利技术中能够简单且高速进行处理，因此生产率会提高。
[0017]上述切削工具的制造方法中，优选在所述激光喷丸工序中，在所述硬质被膜上照射脉冲宽度为10ps以下的脉冲激光。
[0018]此时，例如能够对硬质被膜赋予
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1000MPa以下的残余应力，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种切削工具的制造方法，所述切削工具具备：烧结合金制的工具基体；硬质被膜，配置于所述工具基体的外表面上且至少具有由碳化物、氮化物及碳氮化物中的任一种或它们的复合化合物构成的层；以及切削刃，形成于所述工具基体的棱线部且包含所述硬质被膜中位于所述棱线部的部分，所述切削工具的制造方法包括激光喷丸工序，所述激光喷丸工序通过在所述硬质被膜上直接照射脉冲宽度为100ps以下的脉冲激光，对所述硬质被膜及所述工具基体的表面区域赋予压缩残余应力。2.根据权利要求1所述的切削工具的制造方法，其中，在所述激光喷丸工序中，在所述硬质被膜上照射脉冲宽度为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：久保拓矢，高部凉太，
申请(专利权)人：三菱综合材料株式会社，
类型：发明
国别省市：