CN101954498B - 超硬材料切削刀片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种特殊材料制作的切削刀片，具体公开了一种超硬材料切削刀片，该切削刀片包括刀片基体和固接于刀片基体上的切削刀尖，切削刀尖可以含有一过渡连接的刀尖基片，刀尖基片和刀片基体为硬质合金材料，切削刀尖为超硬材料，刀片基体与切削刀尖的结合面包括结合底面和结合侧面，结合底面与结合侧面所形成的夹角α为锐角。本发明的切削刀片具有连接强度较高、操作稳定性好、使用寿命长、结构简单、成型加工容易、制作成本低等优点。

Description

超硬材料切削刀片

技术领域

本发明属于金属切削加工领域，尤其涉及一种特殊材料制作的切削刀片。

背景技术

超硬材料是一种在超高温和高压条件下人工合成的材料，具有非常高的硬度，用该材料制造的切削刀具，可用于黑色金属、有色金属（如铝、铜及其合金等）、非金属（如木材、复合地板及石材等）等材料的高速高精度加工。

CN200520143724.8号中国专利公开了一种超硬刀片，该专利仅提出了连接的方式而没有明确其连接的结构，从其实施例中可明显看到凹槽为直角结构，当切削刀尖受到一个切削力时，切削刀尖除承受切削力外，将只承受两种力：即刀片基体与切削刀尖之间的连接力和刀片基体对切削刀尖的支撑力。CN200520143723.3号中国专利公开了一种超硬刀片，该超硬刀片的超硬材料刀头与刀片基体通过彼此之间的凸台及对应凹槽结合在一起。该刀片在使用过程中，当切削刀尖受到一个切削力时，切削刀尖除承受切削力外，将只承受一种力：即刀片基体与切削刀尖之间的连接力。另外，结合配件凸台及对应凹槽，因为形状复杂而增加制造成本。上述两项专利所公开的超硬刀片，其刀片基体与超硬材料制成的切削刀尖之间是直接连接，由于普通金属对超硬材料的润湿性极差，采用焊接的方法连接，其连接强度很小，焊接不牢，因此在金属切削过程中，由于刀片基体与切削刀尖的连接强度不够，在切削力的作用下，切削刀尖容易从刀片基体上脱落，刀片过早失效。

CN200610107352.2号中国专利公开了一种超硬复合刀片制造方法。该方法是采用超硬材料的制备方法来制造具有超硬材料刀尖的切削刀片，其中采用的高温高压烧结工艺大大提高了刀片的制造成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术不足，提供一种连接强度较高、操作稳定性好、使用寿命长、结构简单、成型加工容易、制作成本低的超硬材料切削刀片。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种超硬材料切削刀片，所述切削刀片包括刀片基体和固接于刀片基体上的切削刀尖，所述切削刀尖为超硬材料，所述刀片基体为硬质合金材料，所述刀片基体与切削刀尖的结合面包括结合底面和结合侧面，所述结合底面与结合侧面所形成的夹角α为锐角。该技术方案提供的是一种楔入式连接的超硬材料切削刀片，此种结构的切削刀片相比现有技术的切削刀片，虽然结构变化不大，但是却大大提高了切削刀尖的受力，而且对刀片的生产加工设备无特别要求，非常适于工业化推广和应用。

作为一个总的技术构思，本发明还提供另一种更加优选的超硬材料切削刀片，所述切削刀片包括刀片基体和切削刀尖，所述切削刀尖包括固接于刀片基体上的刀尖基片和固接于该刀尖基片上的切削刃尖，所述切削刃尖为超硬材料，所述刀片基体和刀尖基片为硬质合金材料，在垂直切削刀片基面且过切削刀尖的任一切削刀片的截面图中，切削刀尖与刀片基体的结合面所形成的夹角α为锐角。

本发明的上述技术方案主要是基于以下原理：首先能形成一杠杆力，有利于优化刀尖的受力状态；第二，超硬材料脆性大，在生产制作过程中可能会由于热胀冷缩的作用使切削刀尖的超硬材料与硬质合金基体之间产生挤压而崩缺，甚至可能会使超硬材料层与硬质合金基片发生分离，锐角α可有效地减少此种缺陷的产生。此外，本发明的上述切削刀片在外观上也更为美观。

上述优选的超硬材料切削刀片中，所述刀片基体和刀尖基片的结合面处的连接介质最优选为银基钎焊料或铜基钎焊料。更进一步的，所述连接介质的厚度h1≤10μm。

上述的各超硬材料切削刀片中，所述超硬材料优选为聚晶金刚石（PCD）材料或聚晶立方氮化硼（PCBN）材料。

上述的各超硬材料切削刀片中，所述结合底面最好基本保持水平，因为这有利于刀尖基片的加工成型，简化该超硬材料切削刀片的制备工艺。但是，本发明切削刀片中的结合底面并不限于是水平的，结合底面完全可以向刀片中心方向倾斜一定角度。此外，所述刀片基体和切削刀尖的结合面可以是完全贴合（即切削刀尖上的结合面夹角α1与刀片基体上的结合面夹角α2相等）；在靠近结合底面和结合侧面的相交部（即拐角部）处，也可以存在少量间隙（即切削刀尖上的结合面夹角α1略大于刀片基体上的结合面夹角α2）。

上述的各超硬材料切削刀片中，所述锐角α的角度优选为85°～89.99°，最优选为88°～89.9°。

上述的各超硬材料切削刀片中，所述切削刀尖的厚度h2与刀片基体的厚度h3的比值优选为1∶（2～16）。

考虑到切削刀片的形状和种类多种多样，所述切削刀尖的形状可以为三角形、四边形、近似的半圆形、圆环形或其他多边形等。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：1）本发明切削刀片的强度更高、受力状态更好，大大提高了切削操作的稳定性；2）本发明切削刀片的切削刀尖与刀片基体的连接强度较高，可减少掉片，延长了刀片的使用寿命；3）本发明的切削刀片不仅结构简单，成本低廉，易于加工成型，而且对生产设备无特别要求，可直接利用现有的加工设备进行生产，有利于大批量、规模化地进行工业应用。

附图说明

图1为本发明实施例1的超硬材料切削刀片的俯视图；

图2为图1沿A-A向的剖视图；

图3为图1沿B-B线的局部剖面图；

图4为图1沿C-C线的局部剖面图；

图5为图2在D处的局部剖视图；

图6为图1所示切削刀片的另一种变通实施方式一的局部剖视图；

图7为图1所示切削刀片的另一种变通实施方式二的局部剖视图；

图8为本发明实施例2的超硬材料切削刀片的俯视图；

图9为图8沿E-E向的剖视图；

图10为本发明实施例3的超硬材料切削刀片的俯视图；

图11为图10沿F-F向的剖视图。

图例说明：

1、刀片基体；11、基面；2、切削刀尖；21、切削刃尖；22、刀尖基片；3、安装孔；4、结合底面；5、结合侧面。

具体实施方式

实施例1

一种如图1～图5所示的本发明的超硬材料切削刀片，该超硬材料切削刀片为一基面11为三角形的切削刀片，在基面11的中心设有一安装孔3。该切削刀片包括刀片基体1和位于角部的切削刀尖2，刀片基体1的厚度h3=3.98mm，切削刀尖2的厚度h2=1.60mm，切削刃尖21的厚度h4=0.7mm；切削刀尖2包括固接于刀片基体1上的刀尖基片22和固接于刀尖基片22上的切削刃尖21，整个切削刀尖2与刀片基体1的结合面包括一基本保持水平的结合底面4和一与竖直平面呈一夹角的结合侧面5。刀片基体1与切削刀尖2的结合面包括结合底面4和结合侧面5，结合底面4与结合侧面5所形成的夹角α为锐角，具体到本实施例中，该夹角α的度数为85°。图2、图3、图4分别为过切削刃尖不同位置处的截面图或剖视图，在这些图中可以看出，结合面所形成的夹角α均为锐角。

本实施例切削刀片的刀片基体1和刀尖基片22均为硬质合金材料，切削刃尖21为聚晶金刚石材料。刀片基体1和刀尖基片22的结合面处的连接介质则为银基钎焊料，该连接介质的厚度h1=3μm。

本实施例的超硬材料切削刀片是通过以下方法制备得到：首先，本实施例的切削刃尖21是通过采用超硬材料的制备工艺固接到刀尖基片22上，得到切削刀尖2；然后，采用砂轮磨削的方法在刀片基体1上加工出带锐角α的凹槽，同时在切削刀尖2上加工出带锐角α的拐角部；再利用高频焊接，使刀尖基片22在高频感应焊接机的作用下通过银基钎焊料固接在刀片基体1上，并保持切削刀尖2的拐角部与刀片基体1上带锐角的凹槽相配合；最后经电腐蚀加工和/或砂轮磨削加工，并经常规的后续处理后得到本实施例的超硬材料切削刀片。

本实施例的切削刀尖的另一种变通实施方式如图6所示，图6中的切削刀尖21不包含刀尖基片和连接介质，整个切削刀尖21全部是由聚晶金刚石或聚晶立方氮化硼材料制成，其制作成本相对而言有所增加。此外，图6所示切削刀尖21的结合底面4与水平面有一倾角β，这种楔入式的连接结构同样能够实现本发明的目的。

本实施例的切削刀尖的另一种变通实施方式如图7所示，图7中的切削刀尖21与刀片基体1的结合面并不是完全贴合，即切削刀尖21上的结合面夹角α1与刀片基体1上的结合面夹角α2并不完全相等；该变通实施方式中靠近结合底面4和结合侧面5的相交部处存在有一定间隙，这是因为切削刀尖21上的结合面夹角α1略大于刀片基体1上的结合面夹角α2所致。这种带微量间隙式的连接结构同样能够实现本发明的目的。该实施方式中结合面夹角α1即可视为结合底面4与结合侧面5所形成的夹角α。

实施例2

一种如图8～图9所示的本发明的超硬材料切削刀片，该超硬材料切削刀片为一基面11为菱形的切削刀片，在基面11的中心设有一安装孔3。该切削刀片包括刀片基体1和位于角部的切削刀尖2，刀片基体1的厚度h3= 4.76mm，切削刀尖2的厚度h2=1.60mm，切削刃尖21的厚度h4=0.9mm；切削刀尖2包括固接于刀片基体1上的刀尖基片22和固接于刀尖基片22上的切削刃尖21，整个切削刀尖2与刀片基体1的结合面包括一基本保持水平的结合底面4和一与竖直平面呈一夹角的结合侧面5。刀片基体1与切削刀尖2的结合面包括结合底面4和结合侧面5，结合底面4与结合侧面5所形成的夹角α为锐角（参见图9），具体到本实施例中，该夹角α的度数为88°。

本实施例切削刀片的刀片基体1和刀尖基片22均为硬质合金材料，切削刃尖21为聚晶立方氮化硼材料。刀片基体1和刀尖基片22的结合面处的连接介质则为银基钎焊料，该连接介质的厚度为3μm。本实施例切削刀片的制备方法与实施例1相同。

本实施例的切削刃尖21是通过采用超硬材料的制备工艺固接到刀尖基片22上，刀尖基片22则在高频感应焊接机的作用下通过银基钎焊料过渡连接。

实施例3

一种如图10～图11所示的本发明的超硬材料切削刀片，该超硬材料切削刀片为一基面11为六边形的切削刀片，在基面11的中心设有一安装孔3。该切削刀片包括刀片基体1和位于角部的梯形切削刀尖2，刀片基体1的厚度h3=6.36mm，切削刀尖2的厚度h2=1.60mm，切削刃尖21的厚度h4=0.5mm；切削刀尖2包括固接于刀片基体1上的刀尖基片22和固接于刀尖基片22上的切削刃尖21，整个切削刀尖2与刀片基体1的结合面包括一基本保持水平的结合底面4和一与竖直平面呈一夹角的结合侧面5。刀片基体1与切削刀尖2的结合面包括结合底面4和结合侧面5，结合底面4与结合侧面5所形成的夹角α为锐角（参见图11），具体到本实施例中，该夹角α的度数为89.5°。

本实施例切削刀片的刀片基体1和刀尖基片22均为硬质合金材料，切削刃尖21为聚晶金刚石材料。刀片基体1和刀尖基片22的结合面处的连接介质则为银基钎焊料，该连接介质的厚度为4μm。本实施例切削刀片的制备方法与实施例1相同。

本实施例的切削刃尖21是通过采用超硬材料的制备工艺固接到刀尖基片22上，刀尖基片22则在高频感应焊接机的作用下通过银基钎焊料过渡连接。

采用上述各实施例制备的超硬材料切削刀片，配合适当的刀具和切削参数，能有效地增加刀片基体1与切削刀尖2的连接强度，减少掉片，延长刀片的使用寿命。

上述各实施例仅仅是为更清楚地描述本发明的内容，但并不能构成对本发明的限制，任何与本发明构成实质性相同或等同的技术方案均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种超硬材料切削刀片，所述切削刀片包括刀片基体（1）和固接于刀片基体（1）上的切削刀尖（2），所述切削刀尖（2）为超硬材料，所述刀片基体（1）为硬质合金材料，其特征在于：所述刀片基体（1）与切削刀尖（2）的结合面包括结合底面（4）和结合侧面（5），所述结合底面（4）与结合侧面（5）所形成的夹角α为锐角；所述锐角α的角度为85°～89.99°。

2.一种超硬材料切削刀片，所述切削刀片包括刀片基体（1）和切削刀尖（2），所述切削刀尖（2）包括固接于刀片基体（1）上的刀尖基片（22）和固接于刀尖基片（22）上的切削刃尖（21），所述切削刃尖（21）为超硬材料，所述刀片基体（1）和刀尖基片（22）为硬质合金材料，其特征在于：所述刀片基体（1）与切削刀尖（2）的结合面包括结合底面（4）和结合侧面（5），所述结合底面（4）与结合侧面（5）所形成的夹角α为锐角；所述锐角α的角度为85°～89.99°。

3.根据权利要求2所述的超硬材料切削刀片，其特征在于：所述刀片基体（1）和刀尖基片（22）的结合面处的连接介质为银基钎焊料或铜基钎焊料。

4.根据权利要求3所述的超硬材料切削刀片，其特征在于：所述连接介质的厚度h1≤10μm。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的超硬材料切削刀片，其特征在于：所述超硬材料为聚晶金刚石材料或聚晶立方氮化硼材料。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的超硬材料切削刀片，其特征在于：所述结合底面基本保持水平。

7.根据权利要求1～4中任一项所述的超硬材料切削刀片，其特征在于：所述锐角α的角度为88°～89.9°。

8.根据权利要求1～4中任一项所述的超硬材料切削刀片，其特征在于：所述切削刀尖（2）的厚度h2与刀片基体（1）的厚度h3的比值为1∶（2～16）。

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