CN101502926B - 一种超硬材料切削工具及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种超硬材料切削工具及其制备方法，属于超硬材料技术领域。超硬材料切削工具包括钢基体、切削刀头。切削刀头由聚晶金刚石复合片(1)，金刚石刀头(2)两部分组成；在钢基体外圈表面的分布着1-12个斜圆柱槽用于焊接聚晶金刚石复合片，斜圆柱槽中心线与切削面有切削角；金刚石刀头焊接在钢基体表面。聚晶金刚石复合片由PCD和硬质合金基底组合而成，由金刚石与金属粉末混合压制后烧结而成，其结构为圆柱形、梯形或方形，该复合片边缘区域为切削刃。本发明解决了切削领域的难加工材料，并且保证了加工件表面无毛刺、无划痕无雾状和颤痕，这种切、磨组合不仅提高了切削速度，还保证了切削质量。
Description
技术领域
本发明属于超硬材料技术领域，特别涉及一种超硬材料切削工具，使用该工具清除地坪涂料的方法。
背景技术
随着材料技术和制造业技术的发展，各种高性能的新材料不断涌现，这要求切削刀具具有高硬度、热稳定性、化学惰性以及适当韧性，因此给传统的金刚石工具带来了巨大挑战。
200820123065.5公开了一种装夹式金刚石磨盘，此磨盘通过磨头的燕尾锲块镶嵌在磨盘基体上，磨头和磨盘基体随着磨盘的磨削旋转将自动锁紧，在磨头的磨削面有深沟梯形凹槽，便于排屑和冷却。该磨盘刀头采用粉末冶金工艺由金属粉末和金刚石颗粒混合均匀后经热压烧结成型，此种金刚石磨盘用于石材、陶瓷等多种硬脆性材料表面的磨抛加工。
在现有公开技术中还没有专门用来清除地坪涂料(如环氧地坪、聚氨酯地坪等)的切削工具及方法。地坪涂料和混凝土地面之间有很强的粘附力，厚涂层一般先剪切撕除表层，而混凝土直接粘附的涂料薄层，则使用粗粒度的金刚石磨轮打磨清除；在用金刚石磨轮打磨清除薄涂层时，由于摩擦受热等原因，有机涂料容易变软粘附在金刚石磨盘节块上，从而使清理工作难以进行。
为解决地坪涂料难以清除的问题，有必要开发一种具有高硬度，热稳定性及化学惰性等性能优越的新型切削工具，并要求切削加工时，不易产生刀瘤、摩擦系数小、抗粘结性好、切屑能很顺利排除，加工件表面无毛刺、无划痕无雾状和颤痕的能适应现代超硬材料加工的需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超硬材料切削工具，解决了地坪涂料难以清除的问题，具有硬度高、热稳定性好、化学惰性以及适当韧性，切削时不产生积瘤，加工件表面无毛刺、无划痕无雾状和颤痕，能适应现代超硬材料加工的需要。
材料、结构和几何形状是决定刀具切削性能的三要素，其中刀具材料的性能起着关键性作用。本发明选用两种不同的刀具材料组合而成，从而使切削性能得以优化，这两种材料分别是聚晶金刚石复合片和金刚石刀头。聚晶金刚石复合片由PCD(PolyCrystalline Diamond)层和硬质合金基底组成。PCD层具有高硬度，高耐磨性、高弹性模量等显著优点，硬质合金基底则具有良好的韧性；金刚石刀头由金刚石和预合金粉末混合压制后烧结而成。
本发明的超硬材料切削工具包括钢基体、切削刀头，切削刀头由聚晶金刚石复合片，金刚石刀头两部分组成；在钢基体外圈表面的分布着1-12个斜圆柱槽用于焊接聚晶金刚石复合片，斜圆柱槽中心线与切削面有切削角，切削角为0～30°；金刚石刀头焊接在钢基体表面。
本发明所述的聚晶金刚石复合片由PCD和硬质合金基底组合而成，由金刚石与金属粉末混合压制后烧结而成，该复合片边缘区域为切削刃。其结构为梯形、方形或圆柱体等多种结构形式，金刚石刀头焊接在钢基体表面。
为保证焊接强度可在钢基体上开有与金刚石刀头形状一样的沉孔，将金刚石刀头焊接在钢基体沉孔上，以加强刀头焊接质量。
本发明所述超硬材料切削工具的制备方法为：
在生产工艺上聚晶金刚石复合片、金刚石刀头与磨块基体均采用高频感应钎焊(Hi-frequency Induction Brazing)技术焊接而成。高频感应钎焊就是利用电磁感应原理使电磁能在钎料和零件中转化成热能，将钎料加热到熔融状态，从而将零件焊接在一起的焊接方法。针对PCD复合片的特点，选用银基钎料，用以改善钎料对焊接金属的润湿能力，及一种含氯化钴的钎剂使银基钎料很好的润湿PCD复合片和硬质合金表面，从而提高焊接强度和焊接质量。
在焊接接头结构的设计上，聚晶金刚石复合片为圆柱体，钢基体上开有一斜圆柱槽用于焊接此聚晶金刚石复合片，圆柱槽中心线与切削面有一夹角，其值为(0-30)°，圆槽直径比PCD直径大(0-1)mm，焊接时由于焊件和焊料的热膨胀使得接点强度达到最大，此设计使PCD复合片焊接面积达到最大，减少掉刀头率；金刚石刀头可为多种形状，如圆柱体、长方体或梯形，金刚石刀头可直接焊接在磨块基体表面，也可在钢基体上挖有同形状的沉孔来保证焊接质量。斜圆柱槽焊接接头结构使PCD与切削面形成一个(0-30)°的切削角，磨块在工作过程中，PCD部分起切削作用，而金刚石刀头起研磨作用，从而保证了解决了难以加工的材料并且保证提高了切削速度及加工件表面质量。
有利效果
本发明的磨块刀头分成了聚晶金刚石复合片和金刚石刀头两部分。聚晶金刚石复合片焊接在钢基体的斜圆柱槽内，形成锐角切削刃，并利用PCD复合片的高硬度，高耐磨性、摩擦系数小，抗粘结性好等优点，实现快速切削及保证切屑的顺利排除，解决地坪涂料的清除问题，同时金刚石刀头则起到研磨作用，在整个切削加工过程中，保证了加工零件光洁度，使加工件表面无毛刺、无划痕无雾状和颤痕，适应现代超硬材料加工的需要。
附图说明
图1为本发明的一种结构示意图，其中，聚晶金刚石复合片1，金刚石刀头2，钢基体3。
图2为图1中的钢基体结构示意图。其中，斜圆柱槽31，用于焊接聚晶金刚石复合片，设备安装孔32。
图3为图2所示剖切线A-A的局部剖视图。
图4为本发明的另一种结构示意图。其中，聚晶金刚石复合片1，金刚石刀头2，钢基体3。
图5为本发明的另一种结构示意图。其中，聚晶金刚石复合片1，金刚石刀头2，钢基体3
图6为本发明的又一种结构示意图。其中，聚晶金刚石复合片1，金刚石刀头2，钢基体3
具体实施方式
实施例1
图1～图3为本发明中的一种具体实施方式。
图1为该工具的结构示意图，该工具刀头由两部分组成，聚晶金刚石复合片1和金刚石预合金粉末刀头2、钢基体3。钢基体为圆盘状见图2，在盘状基体中间分布着设备安装孔32，圆盘周边位置打有斜圆柱槽用于焊接聚晶金刚石复合片，圆柱槽A-A剖视图如图3所示，圆柱槽中心线与基体表面(即切削面)的夹角为a，a值为(0～30)°。
在焊接接头结构的设计上，聚晶金刚石复合片1为圆柱体，该复合片边缘区域为工具提供了一切削刃，并且使PCD复合片与切削面形成(0～30)°切削角，解决地坪涂料的清除问题，并加快切削速度，圆接头结构设计使聚晶金刚石焊接面积达到最大，减少了掉刀头率。金刚石预合金粉末刀头2为长方体，其由金刚石和预合金粉末混合压制后烧结而成，在焊接结构上金刚石刀头平面与切削面平行，在工作时起研磨作用，保证加工件表面无毛刺、无划痕无雾状和颤痕，这种切、磨组合不仅提高了切削速度，还保证了切削质量。
在生产工艺上聚晶金刚石复合片和金刚石刀头的采用高频感应焊接技术，就是利用电磁感应原理使电磁能在钎料和零件中转化成热能，将钎料加热到熔融状态，从而将零件焊接在一起的焊接方法。针对PCD复合片的特点，选用银基钎料钎料，用以改善钎料对焊接金属的润湿能力，及一种含氯化钴的钎剂能使银基钎料很好的润湿PCD复合片和硬质合金表面，提高焊接强度，降低磨头的脱片率。通过把聚晶金刚石复合片和金刚石刀头放在厚0.08～0.8mm钎焊层间的顶部，加热到钎料熔化为止(焊接温度控制在700度左右)。
实施例2
图4是为本发明的另一种超硬材料切削工具，此切削工具的钢基体3为圆盘状，在圆盘基体外缘切有斜圆柱槽用于焊接聚晶金刚石复合片1，圆柱槽结构与示例一相同；此切削工具中用于研磨部分的金刚石刀头2呈梯形，该刀具的生产工艺如例一所述。
实施例3
图5为本发明的另一种超硬材料切削工具，此切削工具的钢基体3为圆盘状，在圆盘基体外缘切有斜圆柱槽用于焊接聚晶金刚石复合片1，圆柱槽结构与示例一相同；此切削工具中用于研磨部分的金刚石刀头2呈圆柱体，该刀具的生产工艺如例一所述。
实施例4
图6为本发明的又一种超硬材料切削工具，该切削工具的钢基体3为一小磨块，在磨块基体外缘切有斜圆柱槽用于焊接聚晶金刚石复合片1，圆柱槽结构与示例一相同；在基体的另一侧，有一圆型沉孔用来焊接金刚石预合金粉末刀头(也可直接焊接在磨块基体表面)。在磨块基体另一面有一燕尾锲块用于安装在带燕尾槽的大型磨盘上，其具体形状见公开专利200820123065.5装夹式金刚石磨盘。该刀具的生产工艺同实施例1。
Claims (2)
1.一种超硬材料切削工具，包括钢基体、切削刀头，其特征在于，切削刀头由聚晶金刚石复合片(1)，金刚石刀头(2)两部分组成；在钢基体外圈表面的分布着1-12个斜圆柱槽用于焊接聚晶金刚石复合片，斜圆柱槽中心线与切削面有切削角；金刚石刀头焊接在钢基体表面；
所述的聚晶金刚石复合片由PCD和硬质合金基底组合而成，金刚石刀头由金刚石和预合金粉末混合压制后烧结而成，聚晶金刚石复合片结构为圆柱形、梯形或方形，该复合片边缘区域为切削刃，切削角为0～30°；
在钢基体上开有与金刚石刀头形状一样的沉孔，将金刚石刀头焊接在钢基体沉孔上，以加强刀头焊接质量。
2.一种制备权利要求1所述超硬材料切削工具的方法，其特征在于，生产工艺为：聚晶金刚石复合片、金刚石刀头与磨块基体均采用高频感应钎焊焊接而成；选用银基钎料、含氯化钴的钎剂使银基钎料很好的润湿PCD复合片和硬质合金表面，从而提高焊接强度和焊接质量；在焊接接头结构的设计上，聚晶金刚石复合片为圆柱体，钢基体上开有一斜圆柱槽用于焊接此聚晶金刚石复合片，圆柱槽中心线与切削面有一夹角，其值为0-30°，圆槽直径比PCD直径大0-1mm。
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