CN102000959A - 内孔冷却聚晶金刚石螺纹高速成形刀具制造方法 - Google Patents

Abstract

一种机械加工技术领域的内孔冷却聚晶金刚石螺纹高速成形刀具制造方法，首先将硬质合金刀体进行磨削加工，然后再硬质合金刀体上打冷却孔并进行PCD片焊接，最后使用慢走丝切割机对PCD片进行线切割，实现刀具制造。本发明实现了硬质合金直柄直槽型焊接式内孔冷却聚晶金刚石(PCD)螺纹高速成形刀具的高效精密制造技术。

Description

内孔冷却聚晶金刚石螺纹高速成形刀具制造方法

技术领域

本发明涉及的是一种机械加工技术领域的刀具制造方法，具体是一种内孔冷却聚晶金刚石螺纹高速成形刀具制造方法。

背景技术

随着汽车工业的发展，发动机技术正在不断发展。硅铝合金发动机缸体已经大量代替了原有的铸铁发动机缸体。为了提高缸体加工效率与加工精度，高速切削技术已经在发动机制造中得到广泛应用。现有的缸体加工主要使用高性能涂层硬质合金刀具。

硅铝合金具有密度小，硬度高，强度高，耐磨性好等特点，是代替铸铁制造发动机的理想材料。但是硅铝合金的切削加工性比较差，尤其是硅含量高于12.6％后，使用硬质合金刀具加工难度更大，刀具磨损严重。这主要是因为硅铝合金中含有很多硬度很高的硬质点，它们主要是硅颗粒，这些硬质点不仅会加剧刀具磨损，还会引起涂层异常脱落。聚晶金刚石刀具具有硬度高、导热性好、热膨胀系数低、刃口锋利等优点，广泛应用于非金属材料和有色金属材料的高速切削加工，是加工这种硅铝合金的理想刀具材料。

螺纹铣削作为一种新型的螺纹加工工艺是对传统螺纹切削和成形加工的一种替代方法，以其加工效率高、表面质量好、螺纹质量高、尺寸精度高、稳定性好及生产成本低等优点，在螺纹加工中得到了广泛的应用。直槽型焊接式内孔冷却聚晶金刚石(PCD)螺纹成形刀具是一种新型螺纹成形刀具，它可以代替硬质合金刀具完成高速、精密螺纹加工。这种刀具主要由硬质合金刀体、聚晶金刚石刀片组成。这种刀具的切削刃经过特殊设计，通过增加刃带的方法达到了刃口强化的作用。由于这种刀具结构比普通PCD刀具复杂很多，而且其应用场合多为高速精密加工，因此其制造工艺相对要复杂很多，尤其是制造过程中的工艺复合问题是难点。本专利中主要是将硬质合金精密磨削工艺、硬质合金深孔加工工艺、PCD刀片焊接工艺以及PCD刀片复杂刃形成形工艺合理地结合在一起，比起现有的PCD刀具制造工艺来说更加地复杂。

经过对现有技术的检索发现，已有的PCD刀具制造工艺主要是针对不具有复杂刃形的PCD车刀、钻头的制造工艺。例如中国专利文献号CN101530975中介绍了一种高精度圆弧刃金刚石车刀制备方法，这个专利中所采用的金刚石刀具采用传统的磨削方式加工出圆弧刃，而磨削加工方式在加工复杂刃形上比电火花加工的效率低且成本较高。聚晶金刚石螺纹成形刀具是一种全新的螺纹精密加工刀具，如何将PCD片焊接在刀体上并使之成为所需的刃形，必须有一套全新的工艺来制造这种刀具。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种内孔冷却聚晶金刚石螺纹高速成形刀具制造方法，实现了硬质合金直柄直槽型焊接式内孔冷却聚晶金刚石(PCD)螺纹高速成形刀具的高效精密制造技术。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明首先将硬质合金刀体进行磨削加工，然后再硬质合金刀体上打冷却孔并进行PCD片焊接，最后使用慢走丝切割机对PCD片进行线切割，实现刀具制造。

所述的磨削加工是指：采用精密数控磨床将毛坯磨削出圆跳动达到10微米以内的刀柄。

所述的打冷却孔是指：采用电火花打孔机在钻柄中心打出直径为2mm的主冷孔及两个分别与主冷孔夹角为35°的直径为1mm的侧冷孔。

所述的PCD片焊接是指：通过高频焊机将PCD刀片焊接到硬质合金刀柄上。

所述的使用慢走丝切割机对PCD片进行线切割是指：

1)粗加工：采用脉冲电压180v，脉冲电流37A，磨削深度≤1mm对PCD片进行粗加工，放磨出0.02mm的余量的刀片轮廓；

2)精加工：采用脉冲电压160V，脉冲电流6A，磨削深度≤0.05mm对PCD刀片进行精加工，放磨出0.005mm的余量的刀片轮廓；

3)超精加工：采用磨削深度≤0.005，脉冲电压30～100V，脉冲电流到1～4A对PCD刀片进行超精加工，使得道具尺寸达到最终刀片轮廓要求；

4)极精加工：采用磨削深度≤0.005，脉冲电压30～50V，脉冲电流到1～2A对PCD刀片进行极精加工并重复进行第3步骤，提高表面质量，形成最终刀片轮廓。

与现有技术相比，本发明采用单一电火花技术在PCD刀片上不经过二次装夹加工出复杂的精密刃形是本专利的一个创新之处。以往的PCD切削刃成形技术主要是采用传统电火花工艺与磨削工艺分步进行，但磨削方法费时，且有些复杂刃型无法通过磨削来实现，以往都是通过降低刀具刃口质量来用电火花加工实现复杂刃型的PCD刀具的成型。这又影响了刀具刃口的强度和精度。为了实现既保证复杂刀具刃口质量与精度又使刀具具有可加工性，采用了粗、精、超精、极精密加工的电火花加工流程。在工艺流程上保证了该PCD刀具的表面质量，并使其通过熨压放电作用释放了表面应力，提高该PCD刀具的使用寿命。

附图说明

图1为实施例效果示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

第一步，在SAACK数控工具磨床上将硬质合金毛坯磨制所需尺寸。磨削参数为：转速10000r/min，进给30mm/min。

第二步，使用电火花打孔机在刀体中心打一个直径为2mm的主冷却孔，再在主冷却孔下端打两个直径为1mm的侧冷孔。为保证刀具设计要求，主冷孔的加工参数为：脉间19，管数06，伺服30，电容1，压力5，极间电压15～20，极间电流34。侧冷孔的加工参数为：脉宽59，脉间19，管数05，伺服30，电容1，压力7，极间电压15～20，极间电流27。电火花打孔机在刀具加工过程中为耗时最多的工序。必须通过加工参数的调整来实现加工效率的提高。一般加工过程中，某一种材料的刀具打孔参数都不变。本发明创造性的使用试验来证明了：通过调整电极丝加工参数可以实现同种材料不同结构的加工效率最优化。并给出本发明适用的加工参数。经试验验证，分开参数进行加工比不调整参数效率高50％以上。

第三步，PCD刀片焊接。焊接采用高频焊机，使用红外测温设备构成的闭环温度控制系统来控制温度范围为450～550℃。500℃为本刀具的最佳焊接温度。通过对比试验，对于低于450℃的焊接温度，会出现焊接缝隙无法填满，加热时间过长等缺点，直接影响了螺纹高速成形刀具刀片与刀体的连接强度。温度超过600℃在加热的过程中，螺纹高速成形刀具刀片就会发生表面碳化，影响刀具前刀面。焊接完毕保温20分钟，保温时间如果太短，低于10分钟，会出现PCD刀片的断裂。保温时间过长直接影响加工生产效率。同时也会在保温过程中带入更多的杂质，影响刀具的切削性能，自然冷却后进行喷砂处理(该步非常关键，如果不做会直接影响到刀具最终的形态，如锈蚀等)。

第四步，PCD刀片线切割。粗加工参数：脉冲电压180v，脉冲电流37A，磨削深度≤1mm。精加工参数：脉冲电压160V，脉冲电流6A，磨削深度≤0.05mm。超精与极精加工参数递减，磨削深度≤0.005，脉冲电压降低到30～100V，脉冲电流降低到1～4A。经试验得到的结论并通过验证，该参数为螺纹高速成形刀具的最优线切割参数，使用该参数切割的刀体，其后刀面以及刀刃效果都为最优。

如图1所示，为本实施例制备得到的螺纹高速成形刀具，其中：

1为螺纹高速成形刀具的硬质合金刀体；2为螺纹高速成形刀具的主冷却孔(直径为2mm)；3为螺纹高速成形刀具的侧冷却孔(直径为1mm)，侧冷孔与刀柄轴线夹角为35°；4为经过加工后的螺纹高速成形刀具的PCD刀片部分。

Claims (5)

1.一种内孔冷却聚晶金刚石螺纹高速成形刀具制造方法，其特征在于，首先将硬质合金刀体进行磨削加工，然后再硬质合金刀体上打冷却孔并进行PCD片焊接，最后使用慢走丝切割机对PCD片进行线切割，实现刀具制造。

2.根据权利要求1所述的内孔冷却聚晶金刚石螺纹高速成形刀具制造方法，其特征是，所述的磨削加工是指：采用精密数控磨床将毛坯磨削出圆跳动达到10微米以内的刀柄。

3.根据权利要求1所述的内孔冷却聚晶金刚石螺纹高速成形刀具制造方法，其特征是，所述的打冷却孔是指：采用电火花打孔机在钻柄中心打出直径为2mm的主冷孔及两个分别与主冷孔夹角为35°的直径为1mm的侧冷孔。

4.根据权利要求1所述的内孔冷却聚晶金刚石螺纹高速成形刀具制造方法，其特征是，所述的PCD片焊接是指：通过高频焊机将PCD刀片焊接到硬质合金刀柄上。

5.根据权利要求1所述的内孔冷却聚晶金刚石螺纹高速成形刀具制造方法，其特征是，所述的使用慢走丝切割机对PCD片进行线切割是指：

1)粗加工：采用脉冲电压180v，脉冲电流37A，磨削深度≤1mm对PCD片进行粗加工，放磨出0.02mm的余量的刀片轮廓；

2)精加工：采用脉冲电压160V，脉冲电流6A，磨削深度≤0.05mm对PCD刀片进行精加工，放磨出0.005mm的余量的刀片轮廓；

3)超精加工：采用磨削深度≤0.005，脉冲电压30～100V，脉冲电流到1～4A对PCD刀片进行超精加工，使得道具尺寸达到最终刀片轮廓要求；

4)极精加工：采用磨削深度≤0.005，脉冲电压30～50V，脉冲电流到1～2A对PCD刀片进行极精加工并重复进行第3步骤，提高表面质量，形成最终刀片轮廓。

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