用于高表面完整性加工的cBN烧结体、cBN烧结体切削工具、以及使用该cBN烧结体切削工具的切削方法

摘要

本发明的目的是提供一种cBN含有率高的烧结体，与传统cBN烧结体工具相比，所述的cBN含有率高的烧结体通过抑制在被切削工件的加工表面上形成的加工影响层的产生、以及通过促进压应力的残留，可以改善加工件的疲劳寿命并延长工具的寿命。本发明的cBN烧结体是一种用于高表面完整性加工的cBN烧结体，其中，该cBN烧结体含有不小于87体积％、并且不大于99体积％的cBN成分，其导热率等于或大于100W/m·K；并且该cBN烧结体1的最外表面涂有厚度为0.5μm到12μm的耐热膜2，该耐热膜含有选自在日本使用的元素周期表4a、5a、6a族元素和Al中的至少一种元素以及选自C、N和O中的至少一种元素所形成的化合物。

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(例如硬化钢、FCD铸铁和ADI铸铁)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：使切削工具导致的位于切削表面上的切削工具影响层的产生受到抑制，促进压应力的残留，增强切削工具的疲劳寿命，并延长切削工具的寿命。

背景技术

例如，与诸如硬质合金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高效率和长寿命之类的高性能材料特征。另外，与作为变形加工工具(例如切削工具)的研磨工具相比，cBN烧结体切削工具由于具有优异的挠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含有率相对较低，cBN成分间的接触率低，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具有优异的机械性能(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陶瓷或TiC陶瓷的粘结剂，所以显示出优异的耐磨性，特别是在使用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Ti基粘结剂的百分比，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，人们使用cBN烧结体工具代替研磨工具，其中所述的加工应用为(例如)含有难以切削的铁基材料的汽车传动部分和发动机部分的切削加工应用，其中所述的难以切削的铁基材料为(例如)：硬化钢，以SCM420、SCR420、S50C和SUJ2为代表，是通过所谓的渗碳硬化处理使表面硬度提高到Hv为4.5GPa到8.0GPa(HRc 45到HRc 64)的钢；FCD(可锻)铸铁，例如其硬度高达HB 200或更高的FCD 600；以及ADI(奥氏体等温转变)铸铁，例如ADI 1000。

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中，在要求加工区具有足够疲劳强度的优等表面的最终精加工步骤的应用中、或者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)来得到优等表面的半精加工(其要求加工公差比传统研磨工艺的加工公差更小)的应用中，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。

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或高强度铸铁(例如FCD和ADI)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。加工影响层形成的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。

具体地说，在切削万向节或轴承的转动面(这些表面是辊和球的转动轨道面)时，如果上述加工影响层的厚度达到约几微米，则此加工影响层可作为其硬度比硬化加工所得到的硬度更高的高硬度保护膜。对于施加高应力的应用，如果轴承的转动面上所形成的加工影响层的厚度超过10μm，则会出现以下可能的情况：配合面的损坏(例如磨损、掉片和剥离)被加速，并且疲劳寿命被降低，由此在工业中，机械加工还要用另外的研磨加工费时地除去数十微米的加工公差。

公知的是，在硬化后进行切削的情况下，在高效率条件下进行加工时加工影响层的生成量会大大增加。然而，加工影响层的产生条件以及加工影响层自身的特性这二者的详细情况尚不清楚。

因此，使用市售的cBN烧结体工具切削硬化钢来评价各种切削条件，然后研究和分析加工影响层的生成，结果表明：在切削硬化钢的过程中，加工影响层由马氏体(主要成分)和混合相构成，其中混合相含有奥氏体、贝氏体、氧化铁和极少量的氮化铁等。加工影响层具有Hv为约9GPa到10GPa的高硬度，并易于形成拉应力，这与据推测主要为压应力的硬化钢表面残余应力不同，如果加工影响层超过10μm，则在所有情况下加工表面最终都会残留有拉应力。

当在高效率条件下加工、或者当切削工具的后刀面磨损量不断增大时，上述加工影响层的生成量极为显著，因此，在由持续的切屑摩擦热和剪切热引起的切削过程发热(这种情况对于硬化钢特别明显)、以及在由加工件的加工表面与工具后刀面之间的摩擦热引起的切削过程发热的作用下，由硬化处理在加工件表面形成的马氏体会发生相变而成为奥氏体。而在切削之后通过在含有氧气、氮气和水蒸汽的空气中快速冷却，就会形成以马氏体为主体并含有氧化物相和氮化物相的混合相。结果，当切削刃经过加工表面时，该表面将暴露在至少为727℃(共析钢的奥氏体转变温度)或更高的高温下，因此，热应力使得被加工物的最外表面出现选择性塑性变形，从而使得加工表面的残余压应力被抵消。根据这一机理在此得到以下假说：如果加工表面被暴露在使得加工影响层的厚度超过5μm这样的高温下，则加工表面上会残留拉应力，根据加工件用途的不同，这种拉应力可能会降低其疲劳强度。

此外，为了阐明解决上文所述问题时工具必须具有的特性，使用TiC-Al₂O₃陶瓷工具和cBN烧结体工具、采用相同的切削刃形状、在相同的切削条件下对硬化到其硬度Hv为7GPa的SUJ2试验样品进行切削，由此对后刀面磨损宽度相同时加工影响层的厚度和形状的差异进行评价。无论cBN烧结体工具和陶瓷工具何时达到相同的后刀面磨损宽度，cBN烧结体工具总是比陶瓷工具更不容易产生加工影响层，结果还表明，即使cBN烧结体工具产生加工影响层，该加工影响层的厚度也仅为由陶瓷工具产生的加工影响层的厚度的2/3或更低。但是，在使用cBN烧结体工具的情况下，如果加工影响层的厚度超过10μm，则几乎在所有情况下残余应力均从压应力变为拉应力。

从上述残余应力产生机理的相关假说推测出如下结果：cBN烧结体工具在切削时表现出较低的切削刃温度。为了进一步阐明这一点，在后刀面磨损宽度没有出现差异的初始切削阶段，使用双色高温计(其可以不受工具材料或者工具表面状态的影响而测出微区的温度)测量切削过程中切削刃的温度。结果表明，cBN烧结体工具的切削温度是陶瓷工具的切削温度的50％到80％，所得到的这一结果对上述涉及使用cBN烧结体工具切削硬化钢时加工影响层产生机理的假说提供了支持。

根据上述研究结果，在切削硬化钢时，为了提高加工件的疲劳寿命，就需要降低工具的切削刃温度，通过降低加工效率来控制切削过程中产生的热量作为最简单的解决措施是有效的。但是，当使用市售的用于切削硬化钢的cBN烧结体工具(其使用了含有TiN或TiC的陶瓷粘结剂材料)进行各种研究时，无论是否使用冷却液，如果加工效率为切削速度V＝70m/分钟、切削深度d＝0.15mm、进给量f＝0.07mm/转(单位时间的排屑体积W是735mm³/分钟)或加工效率更高，则即使在VB＝0.1mm(是VB＝0.2mm(从尺寸精度的观点来看，该值通常是在切削硬化钢时可确定使用寿命的后刀面磨损量VB值)的一半)时，也会通过切削刃在加工件上刮擦时摩擦生热所导致的温度进一步升高而产生厚度为10μm的加工影响层，残余应力为拉应力，并且作为使用cBN烧结体工具切削硬化钢的一大优点的高效率加工也变得不可能实现。

因此，需要开发一种方法来防止产生残余拉应力，同时保持使cBN烧结体刀头的加工效率达到单位时间的排屑体积W为1200mm³/分钟或更高(这是使用cBN烧结体工具切削硬化钢的常规加工效率)。

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

本发明的一个目的是：在高硬度难切削的铁基材料(例如硬化钢、FCD铸铁和ADI铸铁)的高效切削加工中，提供一种用于高表面完整性加工的cBN含有率高的烧结体，其特征在于，与传统cBN烧结体工具相比，所述的cBN含有率高的烧结体通过抑制在被切削工件的加工表面上形成的加工影响层的产生、以及通过促进压应力的残留，可以改善加工件的疲劳寿命并延长工具的寿命。

针对降低工具的切削刃温度而不降低加工效率的方法，对以下手段进行了多种研究：i)将切削过程中由于切屑的剪切和摩擦而产生的热量从切削刃区有效地释放到另外的区域，或ii)采取措施抑制切削过程中实际产生的热量。

着眼于上述TiC-Al₂O₃陶瓷工具和cBN烧结体工具二者在相同的切削条件下所表现出的切削刃温度的差异，各种分析结果确认，cBN烧结体工具的导热率提高，并且由于在切削过程的高温下cBN中的B原子与氧发生反应从而在切削刃的表面区形成了润滑性能优异的B₂O₃相。所得到的结果表明，通过减少切屑与加工件的摩擦热，使得在工具的切削刃处产生的热量减少。

首先，不使用传统cBN烧结体工具，而是发明了一种由导热性和润滑性优异的特定成分构成的cBN烧结体、以及具有将切削部分产生的热量有效地释放到工具(刀头)内部这样一种结构的cBN烧结体工具。

具体而言，本发明采取以下技术方案。

(1)一种用于高表面完整性加工的cBN烧结体，其含有不小于87体积％并且不大于99体积％的cBN成分，该cBN烧结体的导热率等于或大于100W/m·K，并且其最外表面涂有厚度为0.5μm到12μm的耐热膜，该耐热膜含有选自在日本使用的元素周期表4a、5a、6a族元素和Al中的至少一种元素以及选自C、N和O中的至少一种元素所形成的化合物。

(2)根据以上(1)所述的用于高表面完整性加工的cBN烧结体，

其中，在构成该cBN烧结体的cBN成分中，B与N的摩尔比不小于1.10并且不大于1.17，此外，所述cBN烧结体还包含：碳；以及选自Co化合物、Al化合物、W化合物和O化合物中的至少一种，其中该化合物可作为粘结剂材料。

(3)根据以上(1)或(2)所述的用于高表面完整性加工的cBN烧结体，

其中，构成所述cBN烧结体的cBN颗粒的平均粒径不小于1.0μm、并且不大于6.0μm；所述的cBN成分含有碳、氧以及选自Li、Si、Al、Ca和Mg中的至少一种元素；所述的Li、Si、Al、Ca、Mg与碳的总量不小于所述cBN成分的0.02重量％、并且不大于所述cBN成分的0.20重量％；所述的cBN成分包含其中氧含量不超过所述cBN成分的0.17重量％的高纯cBN成分，并且所述cBN烧结体的导热率不小于130W/m·K。

(4)根据以上(1)到(3)中任意一项所述的用于高表面完整性加工的cBN烧结体，

其中，所述耐热膜的导热率不小于30W/m·K并且不大于45W/m·K。

(5)一种cBN烧结体切削工具，

其中，根据以上(1)到(4)中任意一项所述的cBN烧结体被直接钎焊到基材上、或者通过金属衬底(backing)被钎焊到基材上，其中，所述基材包括硬质合金、金属陶瓷、陶瓷或铁基材料，所述金属衬底包括与所述cBN烧结体一体烧结的硬质合金；并且所述金属衬底和所述钎焊料部分的导热率均不小于80W/m·K。

(6)根据以上(5)所述的cBN烧结体切削工具，

其中，所述钎焊料部分包含选自Ti和Zr中的至少一者、以及选自Ag、Cu、Au和Ni中的至少一者，并且所述钎焊料部分的导热率不小于220W/m·K；所述钎焊料部分的厚度不小于0.02mm、并且不大于0.20mm；并且所述钎焊料部分不含长径超过0.5mm的孔隙。

(7)根据以上(5)或(6)所述的cBN烧结体切削工具，

其中，所述钎焊料部分包含5体积％到40体积％的平均粒径不小于5μm、并且不大于150μm的cBN颗粒或金刚石颗粒；并且所述钎焊料部分的导热率不小于280W/m·K。

(8)根据以上(5)到(7)中任意一项所述的cBN烧结体切削工具，

其中，在所述cBN烧结体切削工具参与切削的部分中，从所述耐热膜去除其面积不小于切削横截面积Q的10％、并且不大于所述切削横截面积Q的80％这样一块区域，使得该区域的cBN烧结体在切削过程中直接接触被切削工件，其中，所述的切削横截面积Q被定义为：

Q＝{R²·tan^-1[f/sqr(4R²-f²)]+0.25f·sqr(4R²-f²)+f(d-R)}/(cosαs·cosαb)其中，设R为刀尖圆弧半径，d为切削深度，f为进给量，αb为侧前角(side rake angle)，αs为刃倾角(inclination angle)。

(9)根据以上(8)所述的cBN烧结体切削工具，

其中，在所述cBN烧结体切削工具的后刀面的参与切削的部分中，从所述耐热膜去除其面积不小于所述切削横截面积Q的10％、并且不大于所述切削横截面积Q的80％这样一块区域，使得该区域的cBN烧结体在切削过程中直接接触被切削工件。

(10)一种用于加工被切削工件而使之具有高表面完整性的切削方法，

其中，在切削速度V不低于40m/分钟、并且不大于70m/分钟、切削深度不低于0.05mm、并且不大于0.30mm、进给量f不低于0.16mm/转、并且不大于0.20mm/转的条件下，在以大于或等于300cc/分钟的速度向切削刃上喷射水溶性切削液的情况下，使用根据以上(5)到(9)中任意一项所述的cBN烧结体切削工具来连续地切削其HRc值大于或等于45的硬化钢。

(11)一种用于加工被切削工件而使之具有高表面完整性的切削方法，

其中，在切削速度V不低于40m/分钟、并且不大于70m/分钟、切削深度不低于0.05mm、并且不大于0.30mm、进给量f不低于0.16mm/转、并且不大于0.20mm/转的条件下，在以不低于1cc/小时、并且低于300cc/小时的速度向切削刃上喷射油雾的情况下，使用根据以上(5)到(9)中任意一项所述的cBN烧结体切削工具来连续地切削其HRc值大于或等于45的硬化钢。

作为上述手段i)的一个具体措施，为了主要提高cBN烧结体本身的导热性，而不是提高TiN或TiC(其导热率最高为几十W/m·K)的导热性、以及诸如W化合物、Co化合物和Al化合物之类的粘结剂材料的导热性，在本发明的cBN烧结体中采用的方法是：增大cBN粉(其导热率为1,000W/m·K或更高，仅次于金刚石)的百分含量、并且尽可能地降低所含粘结剂材料的耐热性。

为了借助于上述cBN烧结体所具有的高导热特性来更加有效地对切削热在切削刃中停滞而造成的高温进行抑制，采用以下方法：对cBN烧结体周围的硬质合金和钎焊料分别配置导热率不小于80W/m·K和不小于220W/m·K的材料，由此可以更加可靠地在切削过程中实现切削刃的温度下降。

此外，作为涉及上述手段ii)的具体措施，还希望提高cBN成分(其作为具有上述润滑功能的B₂O₃相的供给源)的百分含量、并且为了均匀地生成适量的B₂O₃相，所以不添加诸如TiB₂、CoB₂或CoWB这些与铁的反应性大于与cBN颗粒的反应性的化合物(这些化合物会降低cBN烧结体的耐磨性和耐缺陷性)，而是重新考虑cBN原料粉的化学计量关系，从而将这样一种cBN颗粒施用到本发明的cBN烧结体中，该cBN颗粒所具有的成分使得在构成cBN烧结体的cBN成分中，B与N的摩尔比不小于1.10并且不大于1.17。

作为将cBN颗粒的化学计量关系调整到本发明的范围内的方法，通过将粘结剂粉与烧结管(sintering capsule)中的cBN颗粒这二者的混合物密封在Ti烧结管中，将原料粉置于真空气氛中，在3.5到4.0GPa下加热到1,100到1,400℃的温度(这是cBN稳定的压力和温度区域，并且在该压力下间隙不会被压扁，而且cBN颗粒和粘结剂之间的氮气容易逸出)，由此可以得到在构成cBN烧结体的cBN成分中B与N的摩尔比不小于1.10并且不大于1.17这种组成的cBN颗粒。

在要求精度Rz需为0.4μm到3.2μm的硬化钢切削应用中，因为a)由于工具后刀面产生条纹磨损而将走刀痕迹高低位的位差转印到被加工物表面上、以及b)由于工具后刀面的磨损宽度增大而形成波纹，所以加工表面的表面粗糙性变差。

上述a)中所产生的条纹磨损与硬化钢和切削刃后刀面的摩擦方向一致，据推测，在二者相对擦过时产生机械磨损，同时高应力作用于cBN颗粒和粘结剂材料，这种高应力导致颗粒脱落和破裂。

实际上，在传统技术中，为了减小上述a)中所述的走刀痕迹高低位的位差，通常在V＝150m/分钟或更高的高速条件下，使切削刃的发热量增大、以及将加工工件和切屑软化的情况下进行加工，从而抑制上述表面粗糙性变差的问题。在这种情况中，高速条件下生成的热量容易引起由热因素而导致的后刀面磨损，本领域技术人员所知的解决此缺陷的常识是使用这样一种cBN烧结体材料，在该cBN烧结体材料中，cBN的体积含有率被设置为不小于40％并且不大于60％，并且该cBN烧结体材料能强烈地抵抗热磨损(因为含有TiN和TiC陶瓷的大部分粘结剂材料在高温下对铁的亲和力小于对cBN的亲和力)、并具有最高为50W/m·K的导热率。因此，从原理上来说，在高速条件下改善表面粗糙性的方法中，难以通过抑制工具切削刃部分的发热来防止残余拉应力，而这正是本发明要解决的问题。

同时，在专利文献1中描述的传统cBN烧结体中，cBN成分不少于65体积％并且不超过99体积％，并含有Co化合物和Al化合物作为粘结剂材料，该cBN烧结体的导热率为70到90W/m·K。但是，在使用通过将这种cBN烧结体钎焊到硬质合金材质的金属基体上而制成的cBN烧结体工具来切削硬化钢时，即使是在不超过V＝70m/分钟的低速条件下，这种cBN烧结体工具虽然在开始切削后几分钟内的切削初期中不会出现缺陷，但是也会由于形成数百μm的后刀面磨损而导致切削不可能继续进行。在专利文献4中披露了一种对上述传统cBN烧结体涂敷TiAlN膜的cBN烧结体工具，这种工具可以在一定程度上抑制后刀面磨损，但由于TiAlN膜具有隔热的功能，使得热性能变差，从而抵消了所述的抑制作用，因此并未改善所产生的加工影响层的厚度。

因此，在本发明中，即使是对于常规构造的、cBN成分的含量不小于87体积％并且不大于99体积％的cBN烧结体(其中，切削刃的温升会不可避免地在cBN烧结体中出现热磨损)，如上所述，通过将具有高导热率和高润滑性的cBN烧结体承载在高导热性的基材上，也可以降低温升。并且，甚至在传统cBN工具不能达到良好的表面精度的低速加工条件下，即使在要求精度Rz需为0.4μm到3.2μm、加工效率为单位时间排屑体积W等于或大于1,200mm³/分钟的硬化钢切削应用中，通过利用高cBN含有率所带来的高强度特性，也可以实现与传统cBN烧结体工具在高速条件下使用时同等的寿命，同时防止形成残余拉应力。

本发明的效果

在利用含有本发明的cBN烧结体的切削工具来切削硬度Hv为4.5GPa或更高的硬化钢工件时，由于切削过程中切削刃的温度和热量均得到抑制，所以使加工件切削表面上的加工影响层的产生受到抑制，并促进了压应力的残留，由此增长了加工件的疲劳寿命，并显著延长了切削工具的寿命。

实施本发明的最佳方式

如图1所示，通过在含有上述高导热率cBN烧结体1的工具的最外表面上涂敷厚度为0.5μm到12μm的耐热膜2(代表性的是TiAlN和CrAlN，等等)，本发明的cBN烧结体切削工具10的耐磨性(即工具寿命)可以被大大提高，同时可防止由于切削刃温升而造成的残余拉应力(这是低导热率陶瓷的缺点)的形成。

本发明的cBN烧结体切削工具10具有以下结构：上述cBN烧结体1通过钎焊部分4直接结合到基材3上，或者通过钎焊部分4和金属衬底13而结合到基材3上，其中所述基材3包括硬质合金、金属陶瓷、陶瓷或铁基材料，所述金属衬底13包括与cBN烧结体1一体烧结的硬质合金。

此外，即使在要求精度Rz需为0.4μm到3.2μm、加工效率为单位时间的排屑体积W大于或等于1,200mm³/分钟的硬化钢切削应用中，通过在不低于V＝40m/分钟、并且不高于V＝70m/分钟的条件下使用本发明的cBN烧结体切削工具10，可以防止拉应力的残留，同时可以达到与使用传统cBN烧结体工具在高速条件下切削硬化钢的情况相等的使用寿命。虽然不低于V＝40m/分钟并且不高于V＝70m/分钟的切削条件有利于降低切削温度、并且产生较少的加工影响层，但是由于被加工件在切削过程中没得到充分软化，所以切削阻力反而较高，并且由于产生机械磨损和破损(这种情况在超过V＝100m/分钟的高速条件下不会出现)而使表面粗糙性变差以及形成缺陷，因此工具的使用寿命不可避免地缩短。结果，即使是在使用由cBN含有率低的烧结体制成的、既涂敷有上述耐热膜又含有TiN或TiC陶瓷粘结剂的cBN烧结体切削工具进行切削时，由于该cBN烧结体的强度和韧性都比本发明cBN烧结体的低，所以也很难象本发明的cBN烧结体切削工具那样进行稳定的长时间的加工并且保持令人满意的表面粗糙性。

因为如上文所述，cBN含有率高的cBN烧结体工具具有优异的强度和韧性，所以据预测，只要本发明的耐热膜可以以足够的粘结强度被涂敷，那么cBN烧结体的cBN含有率越高，则cBN烧结体工具的性能就会表现得越好。但是实际上，cBN体积百分含量超过95％的cBN烧结体是不理想的，这是因为作为电导体的粘结剂材料的百分含量相对于cBN颗粒太少，而cBN颗粒是半导体，因此通过电弧离子镀PVD形成的耐热膜与cBN烧结体的结合强度不足以承受对热处理工件所进行的切削加工。

本发明的耐热膜2是优选的，这是因为通过使铝含量为膜成分中除C、N和O以外其它成分的0原子％到10原子％，就得到18W/m·K或更高的导热率，并且使切削刃温度变低。此外，TiAlVN成分中的V含量为膜成分中除C、N和O以外其它成分的0原子％到10原子％、并且其中的Al含量为膜成分中除C、N和O以外其它成分的0原子％到10原子％这样一种涂膜在润滑性方面是优异的，因此是更加优选的。

TiAlMN成分(M＝C、O、Si、V等)中M含量为膜成分中除C、N和O以外其它成分的12原子％到20原子％、并且其中的Al含量为膜成分中除C、N和O以外其它成分的0原子％到10原子％这样一种涂膜，其导热率不超过50W/m·K，因为可防止过多的切削热量传递到工具切削刃，所以使工具磨损宽度减小、并使加工表面的表面完整性提高。

关于更优选的形式，设R为刀尖圆弧半径、d为切削深度、f为进给量、αb为侧前角、αs为刃倾角，则切削横截面积Q被定义为：Q＝{R²·tan^-1[f/sqr(4R²-f²)]+0.25f·sqr(4R²-f²)+f(d-R)}/(cosαs·cosαb)如图2所示，在工具参与切削的部分中，从耐热膜去除其面积不小于切削横截面积Q的10％、并且不大于切削横截面积Q的80％这样一块区域，使得该区域的cBN烧结体在切削过程中直接接触被切削工件，这样一种工具具有优异的切削刃散热性，而且在耐热膜位置处抑制工具磨损的发展，因此可延长工具寿命，同时从切削初期开始就保持相当优异的表面完整性。

实施例1

准备平均粒径为2.5μm的市售cBN粉、以及粘结剂粉。该粘结剂粉是通过混合50重量％的Co、40重量％的Al和10重量％的WC而制成的；其中Co、Al和WC是平均粒径为1μm的粉末。

通过高频电感耦合等离子体发射分析(ICP分析)检验cBN粉中除cBN以外的成分，结果该cBN粉含有0.18重量％的氧、以及总计为0.35重量％的Li、Si、Al、Ca、Mg和碳。使用由硬质合金制成的桶和球将粘结剂粉与cBN粉混合。将混合后的粉末装入由硬质合金制成的容器中，在压力7.2GPa和温度2,050℃下烧结60分钟，从而得到表1中11到25所示的各种烧结体。对于每种cBN烧结体的组成，通过X射线衍射分析来鉴定产品、并通过ICP分析来检验cBN的含有率。通过氙闪导热率测试仪(xenon flash thermal conductivitymeter)测量cBN烧结体的导热率。

此外，在以下条件下，使用其中在参与切削的表面中具有相应的cBN烧结体、并且其刀头形状属于ISO CNGA120408型的工具来进行切削评价。

对于所有刀头，将没有硬质合金衬底的整体cBN烧结体钎焊到由硬质合金、金属陶瓷、陶瓷或铁基烧结材料制成的基底上，接着通过研磨来加工cBN烧结体切削面和刀尖圆弧R部分，随后，对上述各种切削刃形状进行加工。在经过上述切削刃形状加工后，所有工具中的cBN烧结体和硬质合金基底的总厚度均为0.8mm，并且在刀尖圆弧半径为2.4R的工具中，cBN烧结体材料底面的钎焊区面积是9.0mm²。钎焊部分的组成为：Ag 76重量％，Cu 21重量％，Zr 1重量％，Ti 2重量％；并且在850℃进行钎焊。所有样品的厚度均为0.05mm，并且钎焊料中没有孔隙。

对于所有刀头，如前所述，在将cBN烧结体钎焊到相应的刀头基底之后，通过研磨来加工cBN烧结体切削面和刀尖圆弧R部分。随后，进一步进行研磨加工，使得所有上述刀头的切削刃均形成角度为-25°、宽度为0.13mm的倒角形状；当刀头被安装到夹持器中时，刃倾角为-5°，侧前角为-5°，背后角(back relief angle)为5°，侧后角(side relief angle)为5°，副偏角(end cutting angle)为5°，斜切削刃角(side cutting edge angle)为-5°。最后，在加工成上述切削刃形状之后，通过电弧离子镀PVD涂敷厚度为0.2到15μm的各种耐热膜。

被切削工件：JIS SUJ2型(DIN 100Cr6型)，外径车削加工，

连续加工

被切削工件的硬度：HRc 60

切削速度：V＝40m/分钟

切削深度：d＝0.2mm

进给量：f＝0.18mm/转

切削时间：100分钟

冷却液：稀释20倍的乳液(制造商为Japan Fluid System株式会社，商品名为System Cut 96)，300cc/分钟。

[表1]

^*1

样品1是用于硬化钢精切削加工的、其形状属于CNGA120416型的市售TiC-Al₂O₃(黑陶瓷)刀头，以及在与其它样品相同的切削刃制备过程中进行了处理的试样。

关于样品2，从用于硬化钢精切削加工的、其形状属于CNMA120416型的市售TiC-Al₂O₃(黑陶瓷)刀头上，采用线切割切出一块尺寸与其它cBN烧结体材料相同的TiC-Al₂O₃(黑陶瓷)整体材料，并钎焊到硬质合金基底上，按照与其它样品相同的方式进行切削刃制备和施加TiAlN涂层，并进行切削评价。

样品3到5是钎焊的cBN烧结体工具，用于市售硬化钢的精切削加工，其中采用cBN粉、以及由含有TiN和Al的粘结剂材料粉构成的混合粉末作为起始原料，并在压力5GPa和温度1,500℃下烧结60分钟。实施与其它样品相同的切削刃制备，除样品4以外其它样品均涂敷TiAlN，然后进行切削评价。cBN烧结体的厚度与其它样品相同，通过微结构观察、XRD分析和ICP分析对cBN的含有率、粒径和组成进行研究，并将结果示于表1中。

样品6到10是钎焊的cBN烧结体工具，用于市售铸铁的切削加工，其中采用cBN粉、以及通过混合50重量％的Co、40重量％的Al和10重量％的WC而制成的平均粒径为1μm的粘结剂混合粉末作为起始原料，在压力5GPa和温度1,500℃的条件下将该起始原料烧结60分钟。实施与其它样品相同的切削刃制备，除样品9以外其它样品均涂敷TiAlN，然后进行切削评价。cBN烧结体的厚度与其它样品相同，通过微结构观察、XRD分析和ICP分析对cBN的含有率、粒径和组成进行研究，并将结果示于表1中。

^*2

表示基底所用材料。硬质合金使用具有WC-8重量％Co组成的硬质合金，金属陶瓷使用具有TiC-5重量％Ni-8重量％Co组成的金属陶瓷，陶瓷使用由Si₃N₄制成的陶瓷，P/M使用相当于JIS SMF4045的铁基烧结制品。

^*3

表示耐热膜所用的材料组成。TiAlN是Al与Ti的原子比Al/Ti为1的TiAlN，CrAlN是Al/Cr＝0.7的CrAlN，TiCN是C/N＝1的TiCN。

^*4

表示100分钟切削时间之后的后刀面磨损宽度VB的测量值。

^*5

在100分钟切削时间之后，在将加工表面的横截面抛光并且用硝酸乙醇溶液(乙醇+5重量％硝酸)蚀刻后，测量加工影响层的厚度。

如表1所示，在样品1和2(其中陶瓷和陶瓷切削刃均涂有耐热膜)中，无论后刀面磨损宽度VB是多少，产生的加工影响层的厚度均等于或大于37μm。同时，在所有情况下，无论cBN切削工具是否具有耐热涂膜，其产生的加工影响层都等于或小于22μm。

在cBN烧结体切削工具中，样品11、13-16和18-25(本发明的样品)都具有优异的导热性，加工影响层的厚度都等于或小于5μm。特别是，导热率都等于或大于120W/m·K的样品13-16以及18-25，能得到具有优异的表面完整性的加工表面。

样品12的导热率等于或大于100W/m·K，但由于其耐热膜薄(为0.2μm)，因此对提高cBN烧结体的耐磨性几乎没有效果。加工表面与后刀面磨损部分(磨损量高达VB＝210μm)之间的摩擦热，导致产生了11μm厚的加工影响层，该层的厚度大于本发明的cBN烧结体切削工具所产生的加工影响层的厚度。

样品17的导热率等于或大于120W/m·K，因为耐热膜的厚度为15μm，所以极大地抑制了后刀面的磨损量(VB＝90μm)，但与上述形成对照的是，加工影响层的厚度为18μm，比本发明的cBN烧结体切削工具的厚。据推测，由于样品17的耐热膜厚，并且其导热率比cBN烧结体的导热率低，因此加工表面与切削工具后刀面之间的摩擦热难以释放到cBN烧结体内部，并且由于其切削刃的温升大于本发明cBN烧结体切削工具的切削刃的温升，所以就更加容易形成加工影响层。

实施例2

准备平均粒径为3.5μm的市售cBN粉、以及粘结剂粉。该粘结剂粉是通过混合50重量％的Co、40重量％的Al和10重量％的WC而制成的；其中Co、Al和WC是平均粒径为1μm的粉末。通过电感耦合等离子体发射分析(ICP分析)检验cBN粉中除cBN成分以外的其它成分，结果该cBN粉含有0.18重量％的氧、以及总计为0.35重量％的Li、Si、Al、Ca、Mg和碳。使用由硬质合金制成的桶和球将粘结剂粉与cBN粉混合。

将2重量％三聚氰胺树脂加入该混合粉中；将混合后的粉末装入由硬质合金制成的各种容器中，在压力7.1GPa和温度2,050℃下烧结60分钟，由此得到其中包含90体积％的cBN成分以及余量为粘结剂材料(W₂Co₂₁B₆、Co₃W₃C、CoWB和WC)的烧结体，其导热率为125W/m·K。

对每种cBN烧结体的组成，通过X射线衍射分析来鉴定产品、并通过ICP分析来定量检验cBN的含有率。在通过研磨去除其它材料之后，使用氙闪导热率测试仪，单独测量硬质合金衬底和钎焊料的导热率。

在以下条件下，使用其中在参与切削的表面中具有上述cBN烧结体、并且其刀头形状属于ISO CNGA120412型的工具进行切削评价。

对于所有刀头，使用不同的钎焊料将具有硬质合金衬底的cBN烧结体材料连接到硬质合金基底上，接着通过研磨来加工cBN烧结体工具切削刃部分的切削面和刀尖圆弧R部分，随后，对上述各种切削刃形状进行加工。在经过上述切削刃形状加工后，所有刀头的cBN烧结体和硬质合金衬底的厚度均为0.8mm，并且在刀尖圆弧半径为1.2R的刀头中，cBN烧结体材料底面的钎焊区面积是2.9mm²。多种钎焊料可用于钎焊部分，并且在真空气氛和870℃的条件下进行钎焊。对于所有样品，钎焊层的钎焊部分的厚度均为0.05mm，并且钎焊料中没有孔隙。

对于所有刀头，如前所述，在将cBN烧结体钎焊到各种刀头基底上之后，通过研磨来加工cBN烧结体切削面和刀尖圆弧R部分。随后，进一步进行研磨加工，使得所有上述刀头的切削刃均形成角度为-25°、宽度为0.13mm的倒角形状；当刀头被安装到夹持器中时，刃倾角为-5°，侧前角为-5°，背后角为5°，侧后角为5°，副偏角为5°，斜切削刃角为-5°。最后，在加工成上述切削刃形状之后，通过电弧离子镀PVD涂敷厚度1μm的TiAlN耐热膜，其中TiAlN中的Al与Ti的原子比Al/Ti为1。

被切削工件：JIS SUJ2型(DIN 100Cr6型)，外径车削加工，

连续加工

被切削工件的硬度：HRc 62

切削速度：V＝90m/分钟

切削深度：d＝0.2mm

进给量：f＝0.12mm/转

切削时间：60分钟

冷却液：稀释20倍的乳液(制造商为Japan Fluid System株式会社，商品名为System Cut 96)，300cc/分钟。

[表2]

^*1

表示60分钟切削时间之后的后刀面磨损宽度VB的测量值。

^*2

在60分钟切削时间之后，在将加工表面的横截面抛光并且用硝酸乙醇溶液(乙醇+5重量％硝酸)蚀刻后，测量加工影响层的厚度。

^*3

在60分钟切削时间之后，使用微区X射线应力分析仪通过sin²Ψ法(等倾法)来测量加工表面的残余应力。表中的负号表示受到压应力。

如表2中的样品26-30所示，在由相同组成的cBN烧结体材料(具有由相同组成的硬质合金制成的金属衬底)、用不同的钎焊料制备的本发明的cBN烧结体切削工具中，特别是，使用导热率等于或大于80W/m·K的钎焊料制成的工具会形成较少的加工影响层、并且具有较高的残余压应力值。

如样品32-33所示，在由cBN烧结体(具有由不同组成的硬质合金制成的金属衬底)、用相同组成的钎焊料制备的本发明的cBN烧结体切削工具中，特别是，其中所用金属衬底由导热率等于或大于80W/m·K的硬质合金制成的工具会形成较少的加工影响层、并且具有较高的残余压应力值。

据推测其原因是，切削过程中产生的热量从导热率优异的本发明的cBN烧结体的内部传导到导热率优异的本发明的硬质合金衬底和钎焊料中，从而使得切削过程中产生的热量不会流向加工表面，并且增强了对切削刃温升的抑制作用。

实施例3

准备平均粒径为3μm的市售cBN粉、以及粘结剂粉。该粘结剂粉是通过混合65重量％的Co、25重量％的Al和10重量％的WC而制成的；其中Co、Al和WC是平均粒径为1μm的粉末。通过电感耦合等离子体发射分析(ICP分析)检验cBN粉中除cBN成分以外的其它成分，结果该cBN粉含有0.18重量％的氧、以及总计为0.35重量％的Li、Si、Al、Ca、Mg和碳。使用由硬质合金制成的桶和球将粘结剂粉与cBN粉混合。

表3中的样品35-47所代表的cBN烧结体是通过以下方法而得到的：向混合粉末中加入1重量％的氢氧化铵(NH₄OH)粉末，将得到的混合物密封在Ti烧结管中，然后将该管真空密封在硬质合金容器中，在压力3到3.5GPa和温度1,200℃到1,600℃下进行脱氮处理，接着在压力6.7GPa和温度1,900℃下烧结120分钟。

在对烧结体进行X射线衍射分析时，确定每个样品中含有除cBN成分以外的W₂Co₂₁B₆、Co₃W₃C、CoWB和WC成分；如表3所示，得到了导热率为88-510W/m·K的烧结体。

关于烧结体中cBN成分的B与N的摩尔比，将每边长3到7mm、厚0.3到0.5mm的长方形烧结体试样，在密闭容器中用氢氟酸-硝酸(其中氢氟酸-硝酸是将浓度等于或大于60％并小于65％的2倍稀释的40mL硝酸与浓度等于或大于45％并小于50％的10mL氢氟酸混合)在等于或大于120℃并且小于150℃下处理48小时。通过上述ICP法来检验所得样品的残余成分。当对该残余成分进行X射线衍射分析时，在所有样品的残余成分中均未发现W₂Co₂₁B₆、Co₃W₃C、CoWB和WC。通过ICP分析来检验cBN的含有率，并使用氙闪导热率测试仪测量cBN烧结体的导热率。

接着，使用所得到的烧结体来制备多个工具，其中在各个所述工具的参与切削的表面上分别具有表3中样品35-47所示的不同组成的cBN烧结体、并且其刀头形状均属于ISO CNGA120420型。

对所有刀头，将没有硬质合金衬底的cBN烧结体钎焊到硬质合金基底上，接着通过研磨来加工cBN烧结体切削面和刀尖圆弧R部分，随后，对上述各种切削刃形状进行加工。在经过上述切削刃形状加工后，所有刀头的cBN烧结体厚度均为0.8mm，并且在刀尖圆弧半径为2.0R的刀头中，cBN烧结体材料底面的钎焊区面积是9.5mm²。钎焊料部分的组成为：Ag 76重量％，Cu 21重量％，Zr 1重量％和Ti2重量％，并在850℃进行钎焊。所有样品的钎焊料部分的钎焊层厚度均为0.05mm，并且钎焊料部分中没有孔隙。

对所有刀头，如前所述，在将cBN烧结体钎焊到各种刀头基底上之后，通过研磨来加工cBN烧结体切削面和刀尖圆弧R部分。随后，进一步进行研磨加工，使得所有上述刀头的切削刃均形成角度为-25°、宽度为0.13mm的倒角形状；当刀头被安装到夹持器中时，刃倾角为-5°，侧前角为-5°，背后角为5°，侧后角为5°，副偏角为5°，斜切削刃角为-5°。最后，在加工成上述切削刃形状之后，通过电弧离子镀PVD涂敷厚度为1μm的TiAlN耐热膜，其中TiAlN中的Al与Ti的原子比Al/Ti为1。

被切削工件：JIS FCD600型(DIN GJS-600型)，外径车削加工，连续加工

被切削工件的硬度：HB 200

切削速度：V＝100m/分钟

切削深度：d＝0.15mm

进给量：f＝0.16mm/转

切削时间：100分钟

冷却液：稀释20倍的乳液(制造商为Japan Fluid System株式会社，商品名为System Cut 96)，300cc/分钟。

[表3]

^*1

表示60分钟切削时间之后的后刀面磨损宽度VB的测量值。

^*2

在60分钟切削时间之后，在将加工表面的横截面抛光并且用硝酸乙醇溶液(乙醇+5重量％硝酸)蚀刻后，测量加工影响层的厚度。

^*3

仅在样品47中，由于TiAlN耐热膜剥落，导致10分钟切削时间后的后刀面磨损宽度VB达到350μm。于是停止切削，测量加工影响层厚度和残余应力。

对其它样品，测量在60分钟切削时间时的后刀面磨损宽度VB，并测量此时的加工影响层厚度和残余应力。

^*4

在切削后，使用微区X射线应力分析仪通过sin²Ψ法(等倾法)测量加工表面的残余应力。表中的负号表示受到压应力。

如表3所示，样品36-42和44-46是本发明的cBN烧结体切削工具，并且所有这些样品产生的加工影响层的厚度均被抑制为等于或小于6.0μm。在样品39、41和44-46中，形成cBN烧结体的cBN颗粒中的B/N之比均不小于1.13、并且不大于1.15，这些样品产生的加工影响层的量均被抑制为等于或小于2.5μm，并且残余压应力大。

在样品36-42中，虽然导热率随着cBN成分中B/N的比值增大而略微下降，但仍得到了高的表面完整性。据推测，这是由于cBN成分中的B和N的化学计量关系发生偏离使得该成分中的B过剩，于是在被加工物的摩擦区域产生了润滑性优异的B₂O₃，因此使摩擦热降低。

另一方面，在样品43中，cBN成分中的B与N的摩尔比为1.20(超过1.17)，该样品的加工影响层的量以及残余应力特性之类的性能都变差。据推测其原因是：未参与cBN点阵中的原子结合的过量B成分的存在降低了耐磨性，并且扰乱了用于形成cBN成分的cBN晶体点阵的谐振动。

样品47具有等同于本发明的cBN烧结体切削工具的极为优异的导热性。因此，如果可以抑制过大的后刀面磨损宽度VB的形成(这是cBN含有率高的cBN烧结体切削工具的不利之处)，就可以在切削硬化钢时得到高表面完整性。但是，cBN体积含有率超过99％的cBN烧结体表现出较高的VB，并且不能得到像本发明一样的高表面完整性。这是因为：这种cBN烧结体含有少量(相对于不导电的cBN颗粒)导电的粘结剂材料；在烧结之后，cBN烧结体与通过电弧离子镀PVD形成的耐热膜之间的结合强度不足以承受切削加工，于是耐热膜在切削早期就剥离。

实施例4

以市售hBN和三聚氰胺树脂粉为起始原料，并利用由MgBN和LiCaBN构成的金属催化剂(含有微量Al和Si)，合成出其平均粒径为0.7到7μm的高纯度的cBN粉，其中Li、Si、Mg、Al、Ca和碳占cBN成分的0.05重量％或更低。

通过改变由MgBN和LiCaBN构成的金属催化剂(含有微量Al和Si)的加入量，来控制混入cBN成分中的Li、Ca、Al、Si和Mg的量；并且，通过使用高频炉在氢气气氛中将上述hBN起始原料的预处理温度从1,100℃调节到1,500℃，来控制碳的混入量。

通过混合70重量％的Co、20重量％的Al和10重量％的WC，制成这种粘结剂粉。使用由硬质合金制成的桶和球混合高纯度cBN粉和粘结剂粉。

将这种混合后的粉末装入硬质合金容器中，在压力8.0GPa和温度1,700℃下烧结30分钟。在对烧结体进行X射线衍射分析时，确定每个样品中含有除cBN以外的W₂Co₂₁B₆、Co₃W₃C、CoWB和WC等。在cBN烧结体的ICP分析结果中，除样品49外，其它所有样品的cBN体积含有率均为90％。

各个cBN烧结体列在表4中。为测定烧结体中的氧以及Li、Ca、Al、Si、Mg和碳相对于cBN成分的含量，将每边长3到7mm、厚0.3到0.5mm的长方形烧结体试样置于密闭容器中，并且用氢氟酸-硝酸(其中氢氟酸-硝酸是将浓度等于或大于60％并小于65％的2倍稀释的40mL硝酸与浓度等于或大于45％并小于50％的10mL氢氟酸混合)在等于或大于120℃并且小于150℃的温度下处理48小时，并通过上述ICP法来检验所得样品的残余成分。当对该残余成分进行X射线衍射分析时，在所有样品的残余成分中均未发现W₂Co₂₁B₆、Co₃W₃C、CoWB和WC。

接着，使用所得到的烧结体来制备多个工具，其中在各个所述工具的参与切削的表面中分别具有表4中样品48-62所示的不同组成的cBN烧结体、并且其刀头形状均属于ISO CNGA120412型。

对所有刀头，将没有硬质合金衬底的cBN烧结体钎焊到硬质合金基底上，接着通过研磨来加工cBN烧结体切削面和刀尖圆弧R部分，随后，对上述各种切削刃形状进行加工。在经过上述切削刃形状加工后，所有刀头的cBN烧结体厚度均为0.8mm，并且在刀尖圆弧半径为1.6R的刀头中，cBN烧结体材料底面的钎焊区面积是10.0mm²。钎焊料的组成为：Ag 76重量％，Cu 21重量％，Zr1重量％和Ti2重量％，并在850℃进行钎焊。所有样品的钎焊层的钎焊料部分的厚度均为0.05mm，并且钎焊料部分中没有孔隙。

对所有刀头，如前所述，在将cBN烧结体钎焊到各种刀头基底上之后，通过研磨来加工cBN烧结体切削面和刀尖圆弧R部分。随后，进一步进行研磨加工，使得所有上述刀头的切削刃均形成角度为-25°、宽度为0.13mm的倒角形状；当刀头被安装到夹持器中时，刃倾角为-5°，侧前角为-5°，背后角为5°，侧后角为5°，副偏角为5°，斜切削刃角为-5°。最后，在加工成上述切削刃形状之后，通过电弧离子镀PVD涂敷厚度为1μm的耐热膜，其中所述耐热膜中的Al与Ti的原子比Al/Ti为1。

被切削工件：JIS SUJ2型(DIN 100Cr6型)，外径车削加工，

连续加工

被切削工件的硬度：HRc 63

切削速度：V＝60m/分钟

切削深度：d＝0.25mm

进给量：f＝0.12mm/转

切削时间：70分钟

冷却液：稀释20倍的乳液(制造商为Japan Fluid System株式会社，商品名为System Cut 96)，300cc/分钟。

[表4]

    样品    编号    ^*1    hBN    预热    处理    ℃    cBN成分中各元素所占的比例    重量％  cBN烧结体  后刀面  磨损  宽度   VB   ^*3   μm    表面    粗糙度    Rz^*4    μm  加工影响    层厚度    ^*5    μm    氧含量  碳  Li、Mg、  Si、Al、  Ca总量    Li、Mg、    Si、Al、    Ca、碳    总量^*2  cBN  粒径  μm  导热率  W/m·K    48    -    0.20 0.130  0.220    0.350  3.0    85    75    3.4    11.0    49    -    0.20 0.130  0.220    0.350  3.0    120    75    3.2    4.0    50    无    0.20 0.130  0.090    0.210  3.0    125    75    3.2    4.0    51    1,100    0.17 0.020  0.050    0.070  3.0    135    75    2.8    2.5    52    1,250    0.15 0.050  0.050    0.100  3.0    142    74    2.8    2.2    53    1,500    0.12 0.010  0.050    0.060  3.0    150    74    2.8    2.0    54    1,500    0.13 0.010  0.050    0.060  0.7    100    76    2.0    7.0    55    1,500    0.14 0.007  0.050    0.057  1.0    130    75    2.0    3.5    56    1,500    0.12 0.002  0.010    0.012  3.0    105    75    2.8    6.0    57    1,500    0.12 0.003  0.017    0.020  3.0    152    73    2.8    2.0    58    1,500    0.12 0.002  0.100    0.102  3.0    135    75    2.8    2.5    59    1,500    0.12 0.003  0.017    0.200  3.0    133    75    2.8    2.5    60    1,500    0.12 0.002  0.220    0.222  3.0    125    75    3.2    4.0    61    1,500    0.12 0.001  0.050    0.051  6.0    150    74    3.2    2.0    62    1,500    0.11 0.001  0.050    0.051  7.0    160    72    5.0    1.5

^*1

样品48是实施例1中样品8(以市售cBN粉作为起始原料)使用的市售刀头。

样品49是实施例1中样品14(以市售cBN粉料作为起始原料)所用的本发明的cBN烧结体。

样品50-62是本发明的cBN烧结体(使用由hBN粉合成的cBN粉)。

^*2

表示烧结体中的cBN成分所包含的除氧以外的元素(例如Li、Ca、Al、Si、Mg和C)的总重量占cBN成分的重量百分比。

^*3

表示70分钟切削时间之后的后刀面磨损宽度VB的测量值。

^*4

表面粗糙度Rz是JISB0601中规定的10点平均粗糙度，是在切削掉0.8μm、并且基准长度l＝4mm的条件下沿被切削工件的轴向测出的。

^*5

在70分钟切削时间之后，在将加工表面的横截面抛光并且用硝酸乙醇溶液(乙醇+5重量％硝酸)蚀刻后，测量加工影响层的厚度。

如表4所示，与传统cBN烧结体产生的加工影响层厚度11.0μm相比，样品49-62(本发明的cBN烧结体切削工具)能够把产生的加工影响层的量抑制为等于或小于7.0μm。

在本发明的样品中，样品51-53、55、57-59和61包含高纯度cBN成分，其中：构成cBN烧结体的cBN的平均粒径不小于1.0μm、并且不大于6.0μm；cBN成分中包含碳、氧和选自Li、Si、Al、Ca和Mg中的至少一种或多种元素；上述Li、Si、Al、Ca、Mg和碳的总量不小于cBN成分的0.02重量％、并且不大于cBN成分的0.2重量％；氧占cBN成分的0.17重量％或更低。本发明的cBN烧结体切削工具均具有优异的导热性，并且所产生的加工影响层的厚度均被抑制在等于或小于3.5μm以内。据推测其原因是：因为cBN颗粒中阻碍cBN晶体点阵谐振动的Li、Si、Al、Ca、Mg和碳成分的量减少，所以声子的传导性提高。

在本发明中，其中cBN颗粒中的Li、Si、Al、Ca、Mg和碳成分的总量超过0.2％的样品48、50和60具有较低的导热率，据推测这是因为上述谐振动受阻之故。

与上述形成对照的是，其中cBN颗粒中的Li、Si、Al、Ca、Mg和碳成分的总量小于0.02％的样品56具有较低的导热率，据推测其原因是：如果Li、Si、Al、Ca、Mg和碳成分太少，则不再具有增强cBN颗粒之间的结合强度的效果，使得cBN烧结体内形成了成为热障的缺陷。

样品54的导热率也较低，据推测其原因是：cBN颗粒尺寸非常细小，使得cBN颗粒的颗粒界面表面积增大，从而成为热障。

同时，由于样品62的cBN粒径大，使得形成热障的颗粒界面面积减少，从而使导热率提高，并且加工影响层的产生量也小。但是，与达到令人满意的表面粗糙度(Rz等于或小于3.2μm)的其它样品相比，样品62的表面粗糙性差，其Rz为5.0μm。对已经评价过的刀头切削刃进行观察，结果在所有样品工具的副切削刃处均观察到cBN颗粒脱落，这些脱落颗粒留下的痕迹被转印到加工表面而引起粗糙，并决定表面粗糙度。

实施例5

在700℃到1,000℃的真空气氛下，采用3种钎焊料将实施例2中的样品26所用的具有硬质合金衬底的cBN烧结体材料与硬质合金基底连接到一起。表5示出了其刀头形状、切削刃处理以及耐热膜涂层均与实施例2中的相同的各种cBN烧结体切削工具。

在样品63-79中，采用其组成为Ag 76重量％、Cu 23重量％和Ti 1重量％的钎焊料，或者采用其中分散有平均粒径为5-200μ的cBN、金刚石、WC或W的钎焊料。样品81采用其组成为Ag 89重量％、Cu 10重量％和Ti 1重量％的钎焊料；样品82采用其组成为Ag 76重量％、Cu 21重量％、Ti 2重量％和Zr1重量％的钎焊料。

在通过研磨操作除去钎焊料部分之外的其它材料之后，采用氙闪导热率测试仪单独测量钎焊料部分的导热率。

在上述的以与实施例2所述相同的方式进行工具切削刃加工之后，通过电弧离子镀PVD涂敷厚度为1μm的TiAlN耐热膜，其中TiAlN中的Al与Ti的原子比Al/Ti为1，在与实施例2相同的切削条件下测定加工影响层的生成。

[表5]

    样品    编号    添加料    钎焊料  后刀面  磨损  宽度  VB  μm  加工影响  层厚度  μm   残余应力   GPa   颗粒   种类  平均  粒径  μm含有率体积％    钎焊    温度    ℃  厚度  mm孔隙长径mm    导热率    W/m·R    63  -   --    700  0.30  0.6    80    90    2.5    -3.7    64  -   --    750  0.20  0.5    150    89    2.1    -3.9    65  -   --    800  0.10  0.3    240    87    1.8    -4.2    66  -   --    850  0.05  0    250    87    1.5    -4.3    67  -   --    900  0.03  0.4    230    87    1.8    -4.2    68  -   --    950  0.02  0.5    220    87    1.9    -4.1    69  -   --    1,000  0.02  0.8    80    91    2.5    -3.7    70  金刚石   240    8850  0.04  0.4    260    87    1.8    -4.5    71  金刚石   540    850  0.06  0.3    300    86    1.0    -5.0    72  金刚石   205    850  0.10  0.3    280    87    1.1    -4.9    73  金刚石   2015    850  0.10  0.3    300    86    1.0    -5.0    74  金刚石   2040    850  0.10  0.3    320    86    0.9    -5.2    75  金刚石   2050    850  0.10  0.7    100    90    2.3    -3.8    76  金刚石   15040    850  0.20  0.7    100    90    2.3    -3.8    77  金刚石   20040    850  0.25  0.6    80    90    2.6    -3.7    78  cBN   2040    850  0.10  0.1    350    85    0.8    -6.0    79  WC   2040    850  0.10  0.5    260    87    1.5    -4.6    80  W   2040    850  0.10  0.5    260    87    1.5    -4.6    81  -   --    850  0.05  0    220    87    1.8    -4.2    82  -   --    850  0.05  0    150    89    2.0    -3.9

^*1

表示60分钟切削时间之后的后刀面磨损宽度VB的测量值。

^*2

在60分钟切削时间之后，在将加工表面的横截面抛光并且用硝酸乙醇溶液(乙醇+5重量％硝酸)蚀刻后，测量加工影响层的厚度。

^*3

在切削60分钟之后，使用微区X射线应力分析仪通过sin²Ψ法(等倾法)测量加工表面的残余应力。表中的负号表示受到压应力。

样品63-82所示的样品是本发明的cBN烧结体切削工具，具体而言，如样品65-68和81所示，这些工具(其中包含导热率等于或大于220 W/m·K的钎焊料部分，其钎焊层的厚度不小于0.02mm、并且不大于0.2mm，并且该钎焊料部分不含长径大于0.5mm的孔隙)均生成较少的加工影响层并且具有较高的残余压应力值。

此外，由样品71-74和78所代表的本发明的cBN烧结体切削工具(其钎焊料部分含有5体积％到40体积％、平均粒径为5到150μm或更小的cBN或金刚石颗粒，并且其导热率等于或大于280W/m·K)均生成较少的加工影响层并具有较高的残余压应力值。

在样品63中，钎焊温度较低，据推测，钎焊料的熔化以及cBN烧结体材料与硬质合金基底之间的润湿都不充分，并且形成了钎焊料未渗透的等于或大于0.6mm的孔隙，因此这些孔隙成为热障，使导热率大大降低。

另一方面，在样品69中，钎焊料完全熔化，但温度过高。因此，据推测，熔融钎焊料的粘度降低，使得钎焊料从cBN烧结体材料和硬质合金基底之间的界面流出，而形成0.8mm的大孔隙。

在样品75-77、79和80中，为了降低在切削过程中cBN烧结体部分的切削刃的温度，在钎焊料部分中分布着导热率和杨氏模量都优异的硬质颗粒，但是，如果所述硬质颗粒的粒径太大或者加入钎焊料中的量太多，那么钎焊料渗透不充分，反而会产生孔隙缺陷，并且不能提高加工表面的表面特性。

由此看出，硬质颗粒的种类影响其与钎焊料的润湿性，并且cBN颗粒(作为硬质颗粒单体，其导热率比金刚石颗粒低)与钎焊料具有优异的润湿性。因此，钎焊料中分散有cBN颗粒的样品78相当优异。

实施例6

准备其刀头形状属于ISO CNGA120408型、并且其中在参与切削的表面中具有实施例2中样品27所用的本发明的cBN烧结体材料的工具；通过电弧离子镀PVD制备表6所示的最终被覆有厚度为1μm的各种耐热膜的cBN烧结体切削工具，并在以下条件下进行切削评价。

对所有刀头，都把没有硬质合金衬底的整体cBN烧结体材料钎焊到硬质合金基底上，接着通过研磨来加工cBN烧结体切削面和刀尖圆弧R部分，随后，对上述各种切削刃形状进行加工。在上述切削刃形状加工之后，所有刀头的cBN烧结体的厚度均为0.8mm，并且在刀尖圆弧半径为0.8R的刀头中，cBN烧结体材料底面的钎焊区面积是3.2mm²。在850℃的条件下使用钎焊料进行钎焊，所述钎焊料的组成为：Ag 76重量％、Cu 21重量％、Zr 1重量％和Ti 2重量％。所有样品的钎焊料部分的钎焊层厚度均为0.05mm，并且钎焊料部分中没有孔隙。

对所有刀头，如前所述，在将cBN烧结体钎焊到各种刀头基底上之后，通过研磨来加工cBN烧结体切削面和刀尖圆弧R部分。随后，进一步进行研磨加工，使得所有上述刀头的切削刃均形成角度为-25°、宽度为0.13mm的倒角形状；当刀头被安装到夹持器中时，刃倾角为-5°，侧前角为-5°，背后角为5°，侧后角为5°，副偏角为5°，斜切削刃角为-5°。

关于耐热膜的导热率，在SUS 304板上形成厚度为15μm的耐热膜，并且使用氙闪导热率测试仪来测量导热率。

被切削工件：JIS S55C型(DIN C55型)，外径车削加工，

连续加工

被切削工件的硬度：HRc 45

切削速度：V＝120m/分钟

切削深度：d＝0.3mm

进给量：f＝0.12mm/转

切削时间：100分钟

冷却液：无

[表6]

^*1

表示60分钟切削时间之后的后刀面磨损宽度VB的测量值。

^*2

表示60分钟切削时间之后的月牙洼磨损深度KT的测量值。

^*3

在100分钟切削时间之后，在将加工表面的横截面抛光并且用硝酸乙醇溶液(乙醇+5重量％硝酸)蚀刻后，测量加工影响层的厚度。

样品83-102所示的样品是本发明的cBN烧结体切削工具，但是具体而言，如样品87、91-97以及100-102所示，具有导热率不小于30W/m·K、并且不大于45W/m·K的耐热膜的本发明的cBN烧结体切削工具，产生其厚度等于或小于9μm的很少的加工影响层，并且表现出较长的寿命。

样品83-86和88的耐热膜的导热率等于或小于29W/m·K，由于妨碍了加工表面产生的切削热流入本发明的cBN烧结体切削工具内，所以产生的加工影响层的厚度等于或大于10.0μm。

另一方面，样品89、90、98和99的导热率等于或大于47W/m·K，由于加工表面产生的切削热积极流入本发明的cBN烧结体切削工具内，所以形成月牙洼磨损而导致切削工具破损。

实施例7

制备其刀头形状属于ISO CNGA 120408型、并且其中参与切削的表面中具有实施例6中样品96所用的本发明的cBN烧结体材料的工具。

对所有刀头，将没有硬质合金衬底的整体cBN烧结体钎焊到硬质合金基底上，接着通过研磨来加工cBN烧结体切削面和刀尖圆弧R部分，随后，对上述各种切削刃形状进行加工。在经过上述切削刃形状加工后，所有刀头的cBN烧结体厚度均为0.8mm，并且在刀尖圆弧半径为0.8R的刀头中，cBN烧结体材料底面的钎焊区面积是3.2mm²。钎焊料部分的组成为：Ag 76重量％，Cu 21重量％，Zr 1重量％和Ti 2重量％，并在850℃进行钎焊。所有样品的钎焊料部分的钎焊层厚度均为0.05mm，并且钎焊料部分中没有孔隙。

对所有刀头，如前所述，在将cBN烧结体钎焊到各种刀头基底上之后，通过研磨来加工cBN烧结体切削面和刀尖圆弧R部分。随后，进一步进行研磨加工，使得所有上述刀头的切削刃均形成角度为-25°、宽度为0.13mm的倒角形状；当刀头被安装到夹持器中时，刃倾角为-5°，侧前角为-5°，背后角为5°，侧后角为5°，副偏角为5°，斜切削刃角为-5°。

然后，按照与实施例6中样品96所表示的本发明的cBN烧结体工具相同的方式，在加工成上述切削刃形状之后，通过电弧离子镀PVD在切削刃上涂敷厚度为1μm的TiAlVN耐热膜，其中Ti、Al和V的百分含量分别为85原子％、10原子％和5原子％。

最后，通过从参与切削的工具部分中去除其面积不小于切削横截面积Q的10％、并且不大于切削横截面积Q的80％这样一块区域的耐热膜，制成18种表7所示的样品，其中将切削横截面积Q定义为：

Q＝{R²·tan^-1[f/sqr(4R²-f²)]+0.25f·sqr(4R²-f²)+f(d-R)}/(cosαs·cosαb)其中设R为刀尖圆弧半径，d为切削深度，f为进给量，αb为侧前角，αs为刃倾角。

使用不同类型的冷却液在以下条件下对上述样品进行切削评价。

被切削工件：JIS SCM420型(DIN 25CrMo4型)，外径车削加工，连续加工

被切削工件的硬度：HRc 58

切削速度：V＝120m/分钟

切削深度：d＝0.2mm

进给量：f＝0.1mm/转

切削时间：80分钟

(1)冷却液：稀释20倍的乳液(制造商为Japan Fluid System株式会社，商品名为System Cut 96)，500cc/分钟

(2)油雾(制造商为Fuji BC Engineering株式会社，商品名为Bluebe LB-1)

[表7]

^*1

表示60分钟切削时间之后的后刀面磨损宽度VB的测量值。

^*2

表示60分钟切削时间之后的月牙洼磨损深度KT的测量值。

^*3

在80分钟切削时间之后，在将加工表面的横截面抛光并且用硝酸乙醇溶液(乙醇+5重量％硝酸)蚀刻后，测量加工影响层的厚度。

^*4

在80分钟切削时间之后，使用微区X射线应力分析仪通过sin²Ψ法(等倾法)测量加工表面的残余应力。表中的负号表示受到压应力。

样品103-121所示的样品是本发明的cBN烧结体切削工具。具体而言，如样品105-107、110-113和115-121所示，其中从刀具后刀面或刀具前刀面去除面积不小于切削横截面积Q的10％、并且不大于切削横截面积Q的80％这样一个区域的耐热膜，与不去除耐热膜的本发明的cBN烧结体切削工具相比，所形成的上述所有样品均产生较少的加工影响层并具有较高的残余压应力值，其中将切削横截面积Q定义为：

Q＝{R²·tan^-1[f/sqr(4R²-f²)]+0.25f·sqr(4R²-f¹)+f(d-R)}/(cosαs·cosαb)据推测，这是因为加工表面直接擦过本发明的cBN烧结体材料，而cBN烧结体材料的导热性明显优于耐热膜的导热性，从而使得加工表面所产生的切削热量被有效地释放。

在上述去除部分耐热膜的本发明的cBN烧结体切削工具中，特别是，与从工具前刀面去除部分耐热膜的本发明的cBN烧结体切削工具相比，从后刀面去除部分耐热膜的本发明的cBN烧结体切削工具表现出较长的寿命。

与从后刀面去除耐热膜的本发明的cBN烧结体切削工具相比，从前刀面去除耐热膜的本发明的cBN烧结体切削工具到发生破损为止的寿命较短。据推测其原因是：与后刀面的平面磨损VB不同，前刀面的月牙洼磨损KT形成月牙洼形状；由于所述月牙洼磨损KT的形成会减小切削刃部分的楔角(wedge angle)，因此容易出现破损；并且从前刀面去除耐热膜会加速月牙洼磨损KT的发展。

实施例8

制备这样的工具，其中所述工具的刀头形状属于ISOCNGA120408型，并且其中参与切削的表面中具有实施例6中样品96所用的本发明的cBN烧结体材料，所述刀头在cBN烧结体1的副切削刃部分上还具有如图3所示的0.5mm宽的修光刃12。

对所有刀头，都使用各种钎焊料将具有硬质合金衬底的cBN烧结体材料钎焊到硬质合金基底上，接着通过研磨来加工cBN烧结体切削面和刀尖圆弧R部分，随后，对上述各种切削刃形状进行加工。在上述切削刃形状加工之后，所有工具的cBN烧结体和硬质合金衬底的厚度均为0.8mm，并且在刀尖圆弧半径为0.8R的刀头中，cBN烧结体材料底面的钎焊区在切削刃形状加工之后的面积是3.15mm²。钎焊部分的组成为：Ag 76重量％、Cu 21重量％、Zr 1重量％和Ti 2重量％；并且在850℃下进行钎焊。所有样品的钎焊料部分的钎焊层厚度均为0.05mm，并且钎焊料部分中没有孔隙。

对所有刀头，如前所述，在将cBN烧结体钎焊到各种刀头基底上之后，通过研磨来加工cBN烧结体切削面和刀尖圆弧R部分。随后，进一步进行研磨加工，使得所有上述刀头的切削刃均形成角度为-25°、宽度为0.13mm的倒角形状；当刀头被安装到夹持器中时，刃倾角为-5°，侧前角为-5°，背后角为5°，侧后角为5°，副偏角为5°，斜切削刃角为-5°。

最后，按照与实施例6中样品96所表示的本发明的cBN烧结体工具相同的方式，在加工成上述切削刃形状之后，通过电弧离子镀PVD在切削刃上涂敷厚度为1μm的TiAlVN耐热膜，其中Ti、Al和V的百分含量分别为85原子％、10原子％和5原子％。在如表8所示的不同的切削条件(切削速度、进给量、切削深度)、以及不同的冷却液排放条件下进行切削评价。

预先确定切削速度、进给量和切削深度，使得所有的切削条件都具有相同的加工效率。

为了对比，制备其中含有Al(其含量为TiN的15重量％)和市售的cBN粉(其平均粒径为3.5μm)的粘结剂粉。将所得的粘结剂粉置于硬质合金容器中，在压力8.5GPa和温度2,100℃下烧结60分钟。所得到的cBN烧结体的特征为：cBN含有率为72体积％；TiN的特征在于Ti与N的摩尔比为1.4；氧含量为0.18重量％，并且cBN成分中的Li、Si、Al、Ca、Mg和碳的总量为0.35％；该cBN烧结体的导热率为72 W/m·k。用这种cBN烧结体制备与样品122-138具有相同的形状和涂层的刀头(样品139-142)。对样品139-142所代表的烧结体进行X射线衍射分析，确定上述所有样品中含有的除cBN成分以外的TiN、TiB₂、AlN和Al₂O₃等。采用ICP分析来定量检验cBN的含有率，并使用氙闪导热率测试仪来测量cBN烧结体的导热率。为测定这种cBN烧结体中的氧含量以及Li、Ca、Al、Si、Mg和碳相对于cBN成分的含量，将每边长3到7mm、厚0.3到0.5mm的长方形烧结体试样置于密闭容器中，并且用氢氟酸-硝酸(其中氢氟酸-硝酸是将浓度等于或大于60％、并且小于65％的2倍稀释的40mL硝酸与浓度等于或大于45％、并且小于50％的10mL氢氟酸混合)在等于或大于120℃、并且小于150℃下处理48小时。通过上述ICP法来检验残余成分。当对该残余成分进行X射线衍射分析时，在任何样品的残余成分中均未发现TiN、TiB₂、AlN或Al₂O₃。

被切削工件：JIS SUJ2型(DIN 100Cr6型)，外径车削加工，

连续加工

被切削工件的硬度：HRc 60

切削时间：60分钟

排屑体积：134,400mm³(加工效率为2,240mm³/分钟)

冷却液：(1)稀释20倍的乳液(制造商为Japan Fluid System株式会社，商品名为System Cut 96)，500cc/分钟。

(2)油雾(制造商为Fuji BC Engineering株式会社，商品名为Bluebe LB-1)

[表8]

样品编号    切削条件  后刀面  磨损  宽度  VB  ^*1    加工影响    层厚度    ^*2    μm    残余应力    ^*3    GPa  切削速度   V   m/分钟   进给量   F   mm/转  切削深度  d  mm  冷却液    122    140  0.080  0.2    油雾    30cc/小时    120    5.0    -5.0    123    112  0.160  0.1    油雾    30cc/小时    88    1.8    -6.5    124    112  0.160  0.05    油雾    30cc/小时    99    2.0    -6.3    125    112  0.160  0.02    油雾    30cc/小时    150    6.0    -4.5    126    112  0.100  0.2    无    95    3.0    -5.8    127    112  0.100  0.2    稀释20倍的    乳液    70    2.2    -6.0    128    112  0.100  0.2    油雾    0.5cc/小时    140    3.0    -5.8    129    112  0.100  0.2    油雾    1cc/小时    95    1.9    -6.4    130    112  0.100  0.2    油雾    30cc/小时    90    1.7    -6.5    131    112  0.100  0.2    油雾    300cc/小时    77    1.6    -6.6    132    112  0.100  0.2    油雾    500cc/小时    75    2.2    -6.0    133    100  0.112  0.2    油雾    30cc/小时    70    1.2    -6.8    134    70  0.160  0.2    油雾    30cc/小时    48    0.8    -7.0    135    70  0.160  0.2    无    55    2.0    -6.2    136    50  0.224  0.2    油雾    30cc/小时    40    0.7    -7.2    137    40  0.280  0.2    油雾    30cc/小时    38    0.5    -7.5    138    20  0.280  0.4    油雾    30cc/小时    150    5.0    -4.5    139    112  0.100  0.2    无    85    5.0    -4.5    140    70  0.160  0.2    无    50分钟破损    141    70  0.160  0.2    油雾    30cc/小时    55分钟破损    142    40  0.280  0.2    油雾    30cc/小时    12分钟破损

^*1

表示60分钟切削时间之后的后刀面磨损宽度VB的测量值。

^*2

在60分钟切削时间之后，在将加工表面的横截面抛光并且用硝酸乙醇溶液(乙醇+5重量％硝酸)蚀刻后，测量加工影响层的厚度。

^*3

在60分钟切削时间之后，使用微区X射线应力分析仪通过sin²Ψ法(等倾法)来测量加工表面的残余应力。表中的负号表示受到压应力。

样品122-138都是本发明的cBN烧结体切削工具，当改为采用水溶性冷却液和油雾的切削系统(而不是采用不需使用冷却液的干式切削系统)、并且在切削速度V不低于40m/分钟、并且不超过70m/分钟以及切削深度不低于0.05mm、并且不超过0.3mm以及进给量f不低于0.16mm/转、并且不超过0.2mm/转的切削条件下切削硬化钢时，上述cBN烧结体切削工具达到了更优异的表面完整性。

样品126-132都采用了相同的切削条件，不同之处在于冷却液的供给方法不同，与没有使用冷却液的样品126相比，使用水溶性冷却液的样品127形成了较少的加工影响层并且残余压应力增加得较多。其中油雾排放速率为1cc/小时到300cc/小时的样品129-131虽然形成了与没有使用冷却液的样品126几乎相同的后刀面磨损宽度VB，但是样品129-131形成了较少的加工影响层并且残余压应力增加得较多，因此是优选的。

据推测其原因是：通过排放适量的油雾，使油雾渗透到工具与被加工物之间的界面中，从而通过减小摩擦来抑制切削过程的发热。

另一方面，在油雾排放速率小于1cc/小时的样品128和油雾排放速率超出300cc/小时的样品132的这两个样品中均未观察到与样品129-131一样的表面完整性得到改善的效果。据推测，这是因为如果油雾排放速率太小，则油雾不能发挥润滑作用；如果油雾排放速率太大，则由于油雾颗粒凝聚而使得油雾难以向工具与被加工物之间的界面中渗透。

如样品122-125、130、133、134和136-138所示，即使在油雾排放速率相同的条件下，这些样品的加工影响层的生成量以及残余应力值也不相同。据推测其原因是：在以低速、低切削深度、高速进给的条件下进行切削使得切削速度V不低于40m/分钟并且不超过70m/分钟、切削深度不低于0.05mm并且不大于0.3mm、进给量f不低于0.16mm/转并且不超过0.2mm/转的过程中，在切削刃的温度受到抑制的同时，工具与切削材料的擦过距离也被缩短，因此磨损量受到抑制。

另一方面，由样品138(切削速度低于V＝40m/分钟)表示的本发明cBN烧结体的磨损量反而增大，据推测其原因是：切削温度下降得太多，使得切削热不能导致被加工物充分软化，因此切削阻力高。

关于由样品125(切削深度低于0.05mm)表示的本发明cBN烧结体，由于其擦过距离增大使得磨损量增加，并且由于工具和被加工物之间的摩擦热增加，因此据推测其不能达到与样品137和124同等水平的高表面完整性。

由样品139-142表示的cBN烧结体是与本发明的cBN烧结体不同的高导热性烧结体，其中粘结剂的主要成分为TiN。虽然样品139-142的耐磨性优异，但是其在低速范围的耐缺损性能不足，因此其使用寿命比本发明cBN烧结体的使用寿命短。

附图说明

图1是示出本发明cBN烧结体切削工具的一个实例的视图。(a)是立体图，(b)是cBN烧结体的局部放大图；

图2是解释本发明cBN烧结体切削工具的切削相关部分的示意图；以及

图3是本发明cBN烧结体切削工具的示意图，并且说明了具有修光刃的cBN烧结体切削工具的一个实例。

附图标号说明

1  cBN烧结体

2  耐热膜

3  基底

4  钎焊料部分

10 cBN烧结体切削工具

12 修光刃

13 金属衬底