CN104308230B - 一种侧固式铲钻 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种侧固式铲钻，属于用于钻床的刀具技术领域。它解决了现有的钻头冷却效果不理想、排屑效果差的问题。本侧固式铲钻，包括本体和安装在本体上的刀头，刀头由超细晶粒硬质合金材料制成，本体包括切削端和安装端，在切削端上开设有安装槽，刀头安装在安装槽内并固定，本体上开设有对称设置的切削槽，切削槽包括呈螺旋形的螺旋部和从螺旋部一端向安装端延伸的直槽部，直槽部平行于本体的轴线，螺旋部的另一端开设至切削端，本体上开设有两冷却孔，冷却孔的出口开设在切削端且分设在安装槽的两侧，冷却孔的进口开设在安装端。本侧固式铲钻具有冷却效果好、易断屑，刀头力学性能佳、切削性能好、使用寿命久的优点。
Description
技术领域
本发明属于用于钻床的刀具技术领域，涉及一种侧固式铲钻。
背景技术
中国专利CN202411495U公开了一种硬质合金铲钻刀体，硬质合金铲钻刀体包括刃部与柄，刃部上设置有排屑槽、刀片槽、紧定螺钉孔、内冷却通道，刀片槽采用V形定位槽来固定刀片，紧定螺钉孔具有螺钉孔锥面。
上述的刀体在加工冷却工件不够理想，冷却速度慢，设置的排屑槽断屑效果差。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种冷却效果好、易断屑的侧固式铲钻。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种侧固式铲钻，包括本体和安装在本体上的刀头，本体包括切削端和安装端，在切削端上开设有安装槽，刀头安装在安装槽内并固定，所述本体上开设有对称设置的切削槽，其特征在于，所述切削槽包括呈螺旋形的螺旋部和从螺旋部一端向安装端延伸的直槽部，所述直槽部平行于本体的轴线，螺旋部的另一端开设至切削端，所述本体上开设有两冷却孔，冷却孔的出口开设在切削端且分设在安装槽的两侧，冷却孔的进口开设在安装端；所述刀头由超细晶粒硬质合金材料制成，所述超细晶粒硬质合金材料的粉末原料主要由11-13％的金属钴粉末、0.1-0.5％的抑制剂粉末和余量的碳化钨粉末组成，所述粉末原料的粒度均小于0.1μm，超细晶粒硬质合金材料的晶粒粒度范围为0.2-0.4μm。
在上述的一种侧固式铲钻中，所述抑制剂主要由碳化铬粉末、碳化钒粉末、金属钼粉末组成，所述各组分的质量比为碳化铬粉末：碳化钒粉末：金属钼粉末＝(10-20)：(5-20)：1。
本发明侧固式铲钻的刀头由超细晶粒硬质合金材料制成，而且本发明通过进一步调整超细晶粒硬质合金材料中的组成成分及其质量百分比，使制成的刀头具有很高的硬度、强度、韧性和耐磨性能，性能优异且扩大了应用范围。
超细晶粒硬质合金材料的主要成分碳化钨构成了材料的硬质相，而金属钴作为粘结相，其含量及其分布对合金材料的结构、硬度、强度、韧性等性能具有一定的影响，随着金属钴粉末含量的增加，合金材料的硬度会随之降低，但是韧性和强度则随之增大，本发明为了平衡最终合金材料的硬度、强度和韧性等性能，将金属钴粉末的含量控制在上述范围内，制得硬度、强度和韧性等性能都较优的合金材料。
超细晶粒硬质合金在烧结过程中碳化钨晶粒将发生疯长，从而在烧结制品中形成非连续长大的碳化钨大晶粒，导致超细晶粒硬质合金材料的力学性能大幅度降低。因此，在超细晶粒硬质合金材料的烧结过程中需要加入抑制剂抑制碳化钨晶粒的快速长大，而在生产中抑制剂的种类很多，有碳化钒、碳化铬、碳化钛、碳化锆、碳化铌、金属钼、碳化钽等，在这些抑制剂中最有效的是碳化铬和碳化钒，它们均完全溶解于粘结相中，从而降低碳化钨在粘结相中的溶解度，而且冷却时碳化钒会以纳米(WV)C颗粒析出，碳化铬则固溶在粘结相中并在WC/Co界面偏聚，从而阻碍了小颗粒的碳化钨晶粒通过溶解-析出机制在大颗粒碳化钨晶粒上转移，抑制了晶粒的增长。而每种抑制剂在合金材料中所起的作用并不相同，本发明所选择的抑制剂碳化钒细化效果优于碳化铬和金属钼，提高合金的硬度；而碳化铬能使钨的溶解度提高，产生固溶强化作用，提高合金的韧性和强度；而金属钼的作用主要是为了改善硬质相和粘结相的润湿性，细化晶粒。本发明将这三种抑制剂按上述比例配伍后，通过三种抑制剂在合金材料中所起到的不同作用起到增强协效的效果，不仅有效抑制晶粒长大，还能有效增强合金材料的强度、硬度和韧性等性能。当然，抑制剂的总用量也不能超过本发明所限定的范围，否则，会因为抑制剂含量过高而影响合金的致密化过程，留下残留空隙，降低合金材料的硬度。
在上述的一种侧固式铲钻中，所述刀头包括呈平面状的连接端、从连接端向一侧凸出的钻头端和从连接端另一侧向外凸出的定位块，所述钻头端凸出切削端的端面，所述定位块的截面呈梯形，所述安装槽内开设有定位槽，所述连接端贴紧安装槽并使定位块卡紧在定位槽内。
在上述的一种侧固式铲钻中，所述切削端还包括安装槽两侧的挡块，所述挡块的端部设置成“V”字形，所述冷却孔的出口开设在挡块的端部。
在上述的一种侧固式铲钻中，所述刀头为超细晶粒硬质合金材料的原料经过配料混合、研磨、干燥、压制成型、烧结以及后处理制得；所述烧结分为预热、预烧和烧结三个过程，所述预热阶段温度为350-400℃，保温时间为60-100min，所述预烧阶段温度为1200-1250℃，保温时间为60-100min，所述烧结阶段温度为1400-1500℃，保温时间为60-100min，所述三个阶段升温速度均为5-10℃/min。
在上述的一种侧固式铲钻中，所述烧结阶段需要通入惰性气体形成6-8MPa的烧结压力。
烧结是超细晶粒硬质合金材料制备过程中的最基本、最关键的步骤，对产品的质量有着决定性的影响。本发明先对压制成型的坯件进行预热，排出有机润滑物和吸附在表面的部分杂质元素；然后进行预烧，消除粉末颗粒之间的应力，完成不部分致密化过程，最后进行烧结，完成致密化，而且在烧结过程中，本发明需要通入惰性气体形成一定的压力，降低空隙度，使合金更加致密化。
在上述的一种侧固式铲钻中，所述后处理工艺包括淬火和回火，所述淬火温度为950-1100℃，保温时间为20-40min，所述回火温度为500-600℃，保温时间为300-360min，所述淬火和回火的升温速度控制在5-10℃/min。后处理可以在很大程度上保留粘结相高温时的面心立方结构(fcc)α-Co，减少密排六方结构ε-Co，从而使合金材料的强度提高5-15％，韧性提高20-40％。
在上述的一种侧固式铲钻中，所述刀头表面还包覆有厚度为0.3-0.5mm的涂层，所述涂层可以为TiN、Ti(C，N)、TiAlN中的一种，所述涂层工艺为物理气相沉积或等离子化学沉积涂层法中的一种。本发明在超细晶粒硬质合金材料制成的刀头表面包覆涂层后，能有效地改善刀头的切削加工能力，并降低加工磨损和提高加工精度，从而有效地改善了刀头的质量和使用寿命。
与现有技术相比，本发明具有以下几个优点：
1.本发明中，刀具磨损后可以更换刀头，就可继续使用，成本低，使用方便。
2.本发明中，切削沿切削槽中的螺旋部转动至直槽部，能使工件上的切屑断裂，方便碎屑沿切削槽输出到孔外。
3.本发明在本体上设置两个冷却孔分别输送冷却液至挡块两侧，及时降低刀头上的温度并将碎屑沿切削槽中冲出，加长刀头的使用寿命，提高工件的质量，两个冷却孔输液，流量大，压力稳定。
4.本发明中，设置定位槽，方便刀头的安装和定位，安装方便。
5.本发明刀头由超细晶粒硬质合金材料制成，并进一步调整超细晶粒硬质合金材料中的组成成分及其质量百分比，使制成的刀头具有很高的硬度、强度、韧性和耐磨性等性能。
6.本发明刀头在制备过程中调整了烧结工艺，将烧结工艺分三个阶段进行，并在烧结完成后对刀头进行了后处理，进一步提高刀头的力学性能。
7.本发明通过抑制剂和对烧结温度的控制两方面相配合来控制在烧结过程中金属晶粒的生长，保证金属晶粒粒度。
8.本发明在刀头表面还包覆有一定厚度的涂层，有效地改善刀头的切削加工能力，并降低加工磨损和提高加工精度，从而有效地改善了刀头的质量和使用寿命。
附图说明
图1是本发明的爆炸结构示意图。
图2是本发明的结构示意图。
图中，1、本体；11、切削槽；111、直槽部；112、螺旋部；12、冷却孔；13、安装槽；131、定位槽；14、挡块；141、螺纹孔；15、切削端；16、安装端；2、刀头；21、连接端；22、钻头端；23、定位块。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1和图2所示，本侧固式铲钻，包括本体1和安装在本体1上的刀头2，本体1包括切削端15和安装端16，在切削端15上开设有安装槽13和设置在安装槽13两侧的挡块14，即安装槽13与两侧的挡块14构成“U”字形的安装槽13，在挡块14上垂直于本体1的轴线开设有螺纹孔141，刀头2通过螺栓安装在安装槽13内，转动时，刀头2可以抵靠在挡块14上抵消切削力，将挡块14的端部设置成“V”字形，刀头2安装在安装槽13内并固定在挡块14上，本体1上开设有对称设置的切削槽11，切削槽11包括呈螺旋形的螺旋部112和从螺旋部112一端向安装端16延伸的直槽部111，直槽部111平行于本体1的轴线，螺旋部112的另一端开设至切削端15且分设在安装槽13的两侧，挡块14端部的一侧面可以与螺旋部112相交，刀头2切切削产生的碎屑不会卡紧在挡块14的端部，挡块14的端部倾斜设置即保证切削的角度，又方便碎屑输送至切削槽11中，切削槽11对称设置可以保证铲钻切削力的平衡，振动小，孔加工精确，碎屑由螺旋部112转送至直槽部111，碎屑在切削槽11中的运动方向发生变化，容易使碎屑断裂，本体1上开设有两冷却孔12，冷却孔12的出口开设在挡块14的端部且分设在安装槽13的两侧，冷却孔12的进口开设在安装端16，两冷却孔12的轴线均平行于本体1的轴线，在接近螺旋部112处分别倾斜相交至两挡块14的端部。
刀头2通过螺栓固定在螺纹孔141内，当刀头2磨损时可以更换刀头2而不需要更换本体1，降低了企业的成本；切削槽11设置螺旋部112和直槽部111，使铲钻加工孔时产生的碎屑容易断裂并方便从孔中排出，有利于孔的加工，加工质量好；设置两冷却孔12，使冷却液分别进入到刀头2的两侧，冷却效果好，冷却液流量稳定，使碎屑跟容易随冷却液一起排出孔外。
刀头2包括呈平面状的连接端21、从连接端21向一侧凸出的钻头端22和从连接端21另一侧向外凸出的定位块23，钻头端22呈“V”字形，在钻头端22上开设有切削刃，切削刃凸出切削端15的端面，定位块23的截面呈梯形，在安装槽13内开设有定位槽131，连接端21贴紧安装槽13的底部并使定位块23卡紧在定位槽131内。
刀头2上设置定位块23，安装到安装槽13时，定位块23卡进定位槽131，定位方便，通过螺栓固定到螺纹孔141内，安装简单。
刀头2由超细晶粒硬质合金材料制成，超细晶粒硬质合金材料的粉末原料主要由11-13％的金属钴粉末、0.1-0.5％的抑制剂粉末和余量的碳化钨粉末组成，抑制剂主要由碳化铬粉末、碳化钒粉末、金属钼粉末组成，抑制剂的各组分的质量比为碳化铬粉末：碳化钒粉末：金属钼粉末＝(10-20)：(5-20)：1。其中，粉末原料的粒度均小于0.1μm，超细晶粒硬质合金材料的晶粒粒度范围为0.2-0.4μm。
刀头2为超细晶粒硬质合金材料的原料经过配料混合、研磨、干燥、压制成型、烧结以及后处理制得。其中，烧结分为预热、预烧和烧结三个阶段，预热阶段温度为350-400℃，保温时间为60-100min，预烧阶段温度为1200-1250℃，保温时间为60-100min，烧结阶段温度为1400-1500℃，保温时间为60-100min，所述三个阶段升温速度均为5-10℃/min。另外，在烧结阶段还需要通入惰性气体形成6-8MPa的烧结压力。而后处理工艺包括淬火和回火，淬火温度为950-1100℃，保温时间为20-40min，回火温度为500-600℃，保温时间为300-360min，淬火和回火的升温速度控制在5-10℃/min。
刀头2表面还包覆有厚度为0.3-0.5mm的涂层，涂层可以为TiN、Ti(C，N)、TiAlN中的一种，涂层工艺为物理气相沉积或等离子化学沉积涂层法中的一种。
表1：实施例1-3刀头的组成成分及其质量百分比
实施例1：
按表1中实施例1刀头的组成成分及其质量百分比进行原料配比，粉末原料的粒度均小于0.1μm。然后将原料混合，经过研磨、干燥、压制成坯件后进行烧结，烧结分为预热、预烧和烧结三个阶段，预热温度为350℃，保温时间为100min，预烧温度为1200℃，保温时间为100min，烧结温度为1500℃，保温时间为60min，三个阶段升温速度均为5℃/min。另外，在最后的烧结阶段还需要通入惰性气体形成6-8MPa的烧结压力。烧结过后再进行后处理，后处理工艺包括淬火和回火，淬火温度为950℃，保温时间为40min，回火温度为500℃，保温时间为360min，淬火和回火的升温速度控制在5℃/min，制得晶粒粒度范围为0.2-0.4μm的刀头。最后在刀头表面通过物理气相沉积涂层法包覆厚度为0.3mm的TiN涂层，制得最终产品。
实施例2：
按表1中实施例2刀头的组成成分及其质量百分比进行原料配比，粉末原料的粒度均小于0.1μm。然后将原料混合，经过研磨、干燥、压制成坯件后进行烧结，烧结分为预热、预烧和烧结三个阶段，预热温度为380℃，保温时间为80min，预烧温度为1225℃，保温时间为80min，烧结温度为1450℃，保温时间为80min，三个阶段升温速度均为8℃/min。另外，在最后的烧结阶段还需要通入惰性气体形成6-8MPa的烧结压力。烧结过后再进行后处理，后处理工艺包括淬火和回火，淬火温度为1000℃，保温时间为30min，回火温度为550℃，保温时间为330min，淬火和回火的升温速度控制在8℃/min，制得晶粒粒度范围为0.2-0.4μm的刀头。最后在刀头表面通过物理气相沉积涂层法包覆厚度为0.4mm的Ti(C，N)涂层，制得最终产品。
实施例3：
按表1中实施例3刀头的组成成分及其质量百分比进行原料配比，粉末原料的粒度均小于0.1μm。然后将原料混合，经过研磨、干燥、压制成坯件后进行烧结，烧结分为预热、预烧和烧结三个阶段，预热温度为400℃，保温时间为60min，预烧温度为1250℃，保温时间为60min，烧结温度为1400℃，保温时间为100min，三个阶段升温速度均为5℃/min。另外，在最后的烧结阶段还需要通入惰性气体形成6-8MPa的烧结压力。烧结过后再进行后处理，后处理工艺包括淬火和回火，淬火温度为1100℃，保温时间为20min，回火温度为600℃，保温时间为300min，淬火和回火的升温速度控制在10℃/min，制得晶粒粒度范围为0.2-0.4μm的刀头。最后在刀头表面通过等离子化学沉积涂层法包覆厚度为0.5mm的TiAlN涂层，制得最终产品。
对比例1：
市售普通刀头。
对比例2：
对比例2与实施例2的唯一区别在于刀头未经过热处理工艺。
对比例3：
对比例3与实施例2的唯一区别在于刀头表面未包覆涂层。
将本发明实施例1-3与对比例1-3的刀头进行性能测试，测试结果如表2所示。
表2：实施例1-3与对比例1-3刀头的性能测试结果
从表2可知，利用本发明配伍合理的超细晶粒硬质合金材料及其制备工艺制成的刀头，且还在刀头表面包覆一层一定厚度的涂层，刀头在硬度、强度和韧性等力学性能方面得到良好的改善。另外，实施例2和对比例3进行磨损率比较，实施例2相对于对比例3而言，磨损率降低了30％左右。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (7)
1.一种侧固式铲钻，包括本体：本体包括切削端和安装端，在切削端上开设有安装槽，本体上还开设有对称设置的切削槽，切削槽包括呈螺旋形的螺旋部和从螺旋部一端向安装端延伸的直槽部，直槽部平行于本体的轴线，螺旋部的另一端开设至切削端，本体上开设有两冷却孔，冷却孔的出口开设在切削端且分设在安装槽的两侧，冷却孔的进口开设在安装端；
和安装在本体上的刀头：刀头安装在安装槽内并固定，刀头由超细晶粒硬质合金材料制成；
超细晶粒硬质合金材料的粉末原料由11-13％的金属钴粉末、0.1-0.5％的抑制剂粉末和余量的碳化钨粉末组成，所述粉末原料的粒度均小于0.1μm；超细晶粒硬质合金材料的晶粒粒度范围为0.2-0.4μm；
抑制剂粉末由碳化铬粉末、碳化钒粉末、金属钼粉末组成，所述各组分的质量比为碳化铬粉末：碳化钒粉末：金属钼粉末＝(10-20)：(5-20)：1。
2.根据权利要求1所述的一种侧固式铲钻，其特征在于，所述刀头包括呈平面状的连接端、从连接端向一侧凸出的钻头端和从连接端另一侧向外凸出的定位块，所述钻头端凸出切削端的端面，所述定位块的截面呈梯形，所述安装槽内开设有定位槽，所述连接端贴紧安装槽并使定位块卡紧在定位槽内。
3.根据权利要求1或2所述的一种侧固式铲钻，其特征在于，所述切削端还包括安装槽两侧的挡块，所述挡块的端部设置成“V”字形，所述冷却孔的出口开设在挡块的端部。
4.根据权利要求1所述的一种侧固式铲钻，其特征在于，所述刀头为超细晶粒硬质合金材料的原料经过配料混合、研磨、干燥、压制成型、烧结以及后处理制得；所述烧结分为预热、预烧和烧结三个阶段，所述预热阶段温度为350-400℃，保温时间为60-100min，所述预烧阶段温度为1200-1250℃，保温时间为60-100min，所述烧结阶段温度为1400-1500℃，保温时间为60-100min，所述三个阶段升温速度均为5-10℃/min。
5.根据权利要求4所述的一种侧固式铲钻，其特征在于，所述烧结阶段需要通入惰性气体形成6-8MPa的烧结压力。
6.根据权利要求4所述的一种侧固式铲钻，其特征在于，所述后处理工艺包括淬火和回火，所述淬火温度为950-1100℃，保温时间为20-40min，所述回火温度为500-600℃，保温时间为300-360min，所述淬火和回火的升温速度控制在5-10℃/min。
7.根据权利要求1所述的一种侧固式铲钻，其特征在于，所述刀头表面还包覆有厚度为0.3-0.5mm的涂层，所述涂层可以为TiN、Ti(C，N)、TiAlN中的一种，所述涂层工艺为物理气相沉积或等离子化学沉积涂层法中的一种。
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