CN104440004B - 一种pcd刀具刃口的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PCD刀具刃口的加工方法，包括以下步骤:1)PCD复合片切割：利用线切割的方法将一整块PCD复合片切割成若干块PCD刀片；2)刀片焊接:将PCD刀片焊接在刀具基体上，得到PCD刀具；3)PCD刀具的刃口处理:按照刀具形状的设计要求，利用激光切割装置对PCD刀具进行激光切割处理，得到具有平整刃口的PCD刀具。本发明提高了PCD刀具材料的刃口加工速率，缩短刀具生产周期，降低PCD刀具的加工成本，并获得良好的PCD刃口质量,经过激光切割刃口加工后的PCD刀具，刃口崩缺尺寸可控制在长2μm、宽2μm以内，并且崩缺数量很少，10mm内出现崩刃的数目≤5。

Description

一种PCD刀具刃口的加工方法
技术领域
本发明涉及一种PCD刀具刃口的加工方法，属于超硬材料加工领域。
背景技术
PCD刀具是通过把PCD复合片焊接到硬质合金或者钢的刀体上制成的刀具。由于PCD复合片将单晶金刚石的高硬度、耐磨性、低摩擦系数和强度与碳化钨硬质合金的高抗弯强度进行了结合，复合片的碳化钨硬质合金层为金刚石层提供了机械支持，增加了它的抗弯强度，同时硬质合金层易于焊接，使制作成品刀具变得容易。
近年来随着汽车制造业大量采用轻型材料，如铝合金、复合材料等，金刚石刀具的应用也大量增加。采用PCD刀具加工铝合金时，由于金刚石硬度高，表面与金属亲和力小，且刀具前刀面都抛光成镜面，不易产生积屑瘤，加工尺寸稳定性以及表面质量都很好。采用PCD刀具加工各种规格铝合金零件，刀具寿命可达几千到几万件，尤其适合汽车、摩托车零件的大规模生产。在中国汽车制造业中，应用PCD刀具主要切削铝合金发动机缸体、缸盖、变速器的壳体、阀体、槽体、侧盖等零件。用PCD刀具加工汽车铝合金件，能克服铝合金中硬质点对刀尖的破坏，并最大可能的消除积屑瘤，能获得满意加工效果，且精度稳定。另外，PCD刀具还广泛用于其它有色金属和非金属材料的高速加工，被广泛应用于汽车、航空航天、电子和木材加工等领域。
今后铝、锰和其他轻合金以及钛合金、烧结合金及其他高强度合金将越来越多地用作汽车动力系统零部件的材料，能够加工这些材料的金刚石工具预期将有非常大的增长。另外，由于PCD刀具具有高硬度、高耐热性、长寿命、切屑刃锋利性和良好的热传导性等，可以满足汽车零部件加工对高速、高效、高精度、新材料和新形状的要求，所以PCD刀具必将得到越来越广泛的使用。
PCD刀具的制造工艺决定着其切削性能和使用寿命，是PCD刀具发展应用的关键，PCD刀片的加工，包括PCD复合片的切割、刀片的焊接及刃磨等步骤。PCD刀具刃口制造传统的方法是采用砂轮磨削、电火花加工的方法。PCD刀具刃口制造中使用的刃磨砂轮都比较昂贵，并且PCD材质硬度高，磨削困难，无疑给PCD刀具加工带来高昂的成本；电火花加工出来的PCD刀具刃口质量较差，崩缺情况严重，即使严格控制加工工艺，崩缺尺寸≥10μm，并且电火花加工的复合片表层损伤较轻，表面比较平整，对内部组织的影响很大，加工后刀具易出现各种使用缺陷。
因此，PCD刀具刃口利用传统工艺已经不能达到使用要求，迫切需要一种新的加工技术来进行PCD刃口的加工，降低加工后刃口的崩缺，减小刃口内部加工造成的组织缺陷。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种PCD刀具刃口的加工方法，提高了PCD刀具材料的刃口加工速率，缩短刀具生产周期，降低PCD刀具的加工成本，并获得良好的PCD刃口质量,经过激光切割刃口加工后的PCD刀具，刃口崩缺尺寸可控制在长2μm、宽2μm以内，并且崩缺数量很少，10mm内出现崩刃的数目≤5。同时，对铝、锰和其他轻合金以及钛合金、烧结合金及其他高强度合金加工后表面粗糙度Ra≤0.02μm。
实现本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种PCD刀具刃口的加工方法，其特征在于，包括以下步骤:
1)PCD复合片切割：利用线切割的方法将一整块PCD复合片切割成若干块PCD刀片；
2)刀片焊接:利用高频感应焊接机将PCD刀片焊接在刀具基体上，得到PCD刀具；
3)PCD刀具的刃口处理:按照刀具形状的设计要求，利用激光切割装置对PCD刀具进行激光切割处理，得到具有平整刃口的PCD刀具；其中，激光切割处理的加工参数为：激光功率40-80％，激光宽度0.100-0.400mm，激光锥度0-10°，线速度50-500mm/min，切割步距0.01-0.5mm，切深0.01-0.2mm。
作为优选，在步骤2)中，在焊接前将PCD刀片放在真空干燥箱中450℃保温处理1小时。
作为优选，在步骤2)中，在焊接后将PCD刀具放在真空干燥箱中450℃保温处理1小时。
作为优选，在步骤3)中,激光切割处理的加工参数为以下参数组合中的任意一种:
参数组合1：激光功率40％，激光宽度0.1mm，激光锥度0°，线速度50mm/min，切割步距0.05mm，切深0.01mm；
参数组合2：激光功率50％，激光宽度0.1mm，激光锥度0°，线速度100mm/min，切割步距0.05mm，切深0.01mm；
参数组合3：激光功率60％，激光宽度0.2mm，激光锥度0°，线速度100mm/min，切割步距0.05mm，切深0.05mm；
参数组合4：激光功率70％，激光宽度0.25mm，激光锥度0°，线速度150mm/min，切割步距0.1mm，切深0.1mm；
参数组合5：激光功率80％，激光宽度0.3mm，激光锥度0°，线速度150mm/min，切割步距0.1mm，切深0.1mm。
作为优选，在步骤1)中，所述PCD复合片中金刚石的粒径为2μm，金刚石的体积含量为92％，PCD复合片中PCD厚度0.6mm，热稳定性表征温度为750℃。PCD复合片为细粒度聚晶复合片，是经过超高压高温合成的。
作为优选，在步骤2)中，刀具基体为WC/Co硬质合金。
本发明的有益效果在于：
本发明使用激光切割加工处理PCD刀具刃口，针对PCD刀具的特性，优选了激光切割处理的加工参数，提高了PCD刀具材料的刃口加工速率，缩短刀具生产周期，降低PCD刀具的加工成本，并获得良好的PCD刃口质量。经过激光加工处理PCD刀具刃口，刃口崩缺崩缺尺寸可控制在长2μm、宽2μm以内，并且崩缺数量很少，10mm内出现崩刃的数目≤5。对铝、锰和其他轻合金以及钛合金、烧结合金及其他高强度合金加工后表面粗糙度Ra≤0.02μm。可以满足现代工业对PCD刀具更高性能的要求。激光加工可通过调整加工参数，提高加工速度，是整个加工周期缩短，降低生产成本来降低PCD刀具的加工成本，大幅提高经济效益。
附图说明
图1为本发明的激光加工后PCD刃口形貌的扫描电镜图片。
图中，1为未发生崩缺的平整刃口，2为刃口崩缺处，实际测量尺寸为1.72*1.39μm。
具体实施方式
本发明采用激光切割加工处理PCD刀具刃口的方法，根据PCD材料的特殊性能,激光切割装置选用美国Spectra-physics公司的激光器，美国Aerotech运动控制系统。本发明使用的PCD刀具为四刃铣刀，PCD复合片的型号Element Six CBT 002，刀具基体为WC/Co硬质合金。本发明使用的PCD复合片为细粒度聚晶复合片，PCD中金刚石的粒径为2μm，是经过超高压高温合成的，金刚石体积含量92％，PCD复合片中PCD厚度0.6mm，热稳定性表征温度为750℃。
本发明还提供了一种PCD刀具刃口的加工方法，包括如下步骤：将一种高精密的HSK刀柄，安装在机床的旋转轴上。将焊接好的PCD铣刀夹紧在HSK刀柄上。设置激光探头测试程序参数，然后利用探头探测PCD刀片位置、前角和轴向角，系统自动读取探头探测参数。并自动把参数导入加工设置系统中；设置激光功率40-80％，激光宽度0.100-0.400mm，激光锥度0-10°；刀具加工形状设计，利用Auto CAD软件进行绘图，以DXF格式保存，系统能自动识别DXF文件并导入加工设置系统中；设置刀具加工参数，后角0-30°，切割方向从左到右，线速度50-500mm/min，切割步距0.01-0.5mm，切深0.01-0.2mm；程序参数设置完成后，开启激光系统，开始按照程序进行加工PCD刃口；加工完成后，取下刀具即可。
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述：
实施例1：
一种PCD刀具刃口的加工方法，包括以下步骤:
1)将一整块直径为76.00mm的PCD复合片，利用线切割慢走丝的方法进行切割，按照要求切成3.5*12mm若干块PCD刀片。
2)刀片焊接:将PCD刀片放在真空干燥箱中450℃保温处理1小时，然后取出PCD刀片，利用高频感应焊接机将PCD刀片焊接在WC/Co硬质合金上，再将焊接后的刀具缓慢冷却至室温,得到PCD刀具。
3)PCD刀具的刃口处理:按照刀具形状的设计要求，利用激光切割装置对PCD刀具进行激光切割处理，得到具有平整刃口的PCD刀具。其中，激光切割处理的加工参数为：激光功率40％，激光宽度0.1mm，激光锥度0°，线速度50mm/min，切割步距0.05mm，切深0.01mm。
参照图1，刃口崩缺处，实际测量尺寸为1.72*1.39μm。本实施例加工出来的PCD刀具的刃口崩缺尺寸可控制在2*2μm以内，并且崩缺数量很少，10mm内出现崩刃的数目≤5。对铝、锰和其他轻合金以及钛合金、烧结合金及其他高强度合金加工后表面粗糙度Ra≤0.02μm。
实施例2:
本实施例的特点是：激光切割处理的加工参数为：激光功率50％，激光宽度0.1mm，激光锥度0°，线速度100mm/min，切割步距0.05mm，切深0.01mm。其它与实施例1相同。
实施例3：
本实施例的特点是：激光切割处理的加工参数为：激光功率60％，激光宽度0.2mm，激光锥度0°，线速度100mm/min，切割步距0.05mm，切深0.05mm。其它与实施例1相同。
实施例4：
本实施例的特点是：激光切割处理的加工参数为：激光功率70％，激光宽度0.25mm，激光锥度0°，线速度150mm/min，切割步距0.1mm，切深0.1mm。其它与实施例1相同。
实施例5：
本实施例的特点是：激光切割处理的加工参数为：激光功率80％，激光宽度0.3mm，激光锥度0°，线速度150mm/min，切割步距0.1mm，切深0.1mm。其它与实施例1相同。
对比试验：
将电火花加工的PCD刀具与实施例1-5中任意一种所述的经过激光切割的PCD刀具进行铣削高硅铝板表面光洁度作对比实验，每种刀具各取5支，电火花加工的PCD刀具切削高铝硅表面粗糙度分别是：Ra0.23μm经过激光切割的刀具切削高铝硅表面粗糙度分别是：Ra0.08μm。(硅铝材料型号，Al6061。加工参数设置，主轴转速8000RPM，进给速度1600MM/M,加工余量：0.03-0.05MM，加工后工件表面粗糙度:RA0.08μm)。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种PCD刀具刃口的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)PCD复合片切割：利用线切割的方法将一整块PCD复合片切割成若干块PCD刀片；
2)刀片焊接：将PCD刀片焊接在刀具基体上，得到PCD刀具；在焊接前将PCD刀片放在真空干燥箱中450℃保温处理1小时；在焊接后将PCD刀具放在真空干燥箱中450℃保温处理1小时；
3)PCD刀具的刃口处理：按照刀具形状的设计要求，利用激光切割装置对PCD刀具进行激光切割处理，得到具有平整刃口的PCD刀具；其中，激光切割处理的加工参数为：激光功率40-80％，激光宽度0.100-0.400mm，激光锥度0-10°，线速度50-500mm/min，切割步距0.01-0.5mm，切深0.01-0.2mm。
2.根据权利要求1所述的PCD刀具刃口的加工方法，其特征在于:在步骤3)中，激光切割处理的加工参数为以下参数组合中的任意一种：
参数组合1：激光功率40％，激光宽度0.1mm，激光锥度0°，线速度50mm/min，切割步距0.05mm，切深0.01mm；
参数组合2：激光功率50％，激光宽度0.1mm，激光锥度0°，线速度100mm/min，切割步距0.05mm，切深0.01mm；
参数组合3：激光功率60％，激光宽度0.2mm，激光锥度0°，线速度100mm/min，切割步距0.05mm，切深0.05mm；
参数组合4：激光功率70％，激光宽度0.25mm，激光锥度0°， 线速度150mm/min，切割步距0.1mm，切深0.1mm；
参数组合5：激光功率80％，激光宽度0.3mm，激光锥度0°，线速度150mm/min，切割步距0.1mm，切深0.1mm。
3.根据权利要求1所述的PCD刀具刃口的加工方法，其特征在于：在步骤1)中，所述PCD复合片中金刚石的粒径为2μm，金刚石的体积含量为92％，PCD复合片中PCD厚度0.6mm，热稳定性表征温度为750℃。
4.根据权利要求1所述的PCD刀具刃口的加工方法，其特征在于：在步骤2)中，所述刀具基体为WC/Co硬质合金。
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