CN105665806B - 一种pcd铣刀及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种PCD铣刀，包括刀体和铣刀片，所述刀体的材质为硬质合金或钢，所述刀体上设有定位面、焊接面和排屑槽，所述铣刀片与焊接面固定连接；所述定位面与焊接面垂直，所述刀体的横截面形状为圆形；所述铣刀片由具有抛光面的PCD复合片加工而成，所述铣刀片设有与所述排屑槽底面平行的前刀面；所述铣刀片外边缘自铣刀片的前刀面向下依次设置刃口、韧带、第一后刀面和第二后刀面；所述韧带为PCD复合片的抛光面。加工该PCD铣刀的方法中，合理利用PCD复合片的抛光面，利用激光切割依次加工形成前刀面、第二后刀面和第一后刀面，使该PCD铣刀能够加工出高表面光洁度的工件。

Description

一种PCD铣刀及其加工方法
技术领域
本发明涉及铣刀超硬刀具加工领域，具体涉及一种PCD铣刀及其加工方法。
背景技术
聚晶金刚石(PCD)刀具具有金刚石的高硬度、耐磨性、低摩擦系数和高导热性等优点，因此在加工有色金属及难加工非金属材料领域中得到广泛应用。PCD刀具切削过程中，在刀具和工件材料的相对运动中，切削刃有三部分与工件相接触起切削作用：刀具前刀面、刀具刃口以及刀具后刀面。刀具后刀面和刃口对加工工件起直接切削作用。
由于PCD刀具刃口存在一定的钝圆半径，因此在切削过程中刀具刃口必然会对工件表面存在一定的挤压作用，对于PCD刀具来讲其加工的工件一般为弹塑性较大的有色金属，所以加工工件表面被刀具刃口挤压后会产生弹性恢复，与刀具后刀面完全接触，在后刀面对其施加的法向力和摩擦力的作用下发生塑性变形，最终流离刀具后刀面形成加工工件表面。
由PCD刀具切削过程分析可知，已加工表面是工件材料经刃口挤压后回弹与刀具后刀面相互作用形成的。对于普通刀具而言，由于刀具材料的硬度、耐磨性及后刀面光洁度不够，这种相互作用增大了刀具与工件间的摩擦，最终加速了刀具的磨损，降低了加工表面质量。
PCD刀具后刀面一般相当光滑，且PCD材料具有高的硬度及耐磨性，所以PCD刀具的后刀面对加工工件表面起着烫压的重要作用，尤其是切削金属铝及其合金材料时，由于材质较软，弹塑性较大，这种烫压作用更为突出，所以PCD刀具后刀面的刃磨质量直接影响加工工件的表面光洁度，提高PCD刀具后刀面刃磨质量非常有利于提高加工工件表面质量。
常规的PCD刀具前刀面是PCD复合片的抛光面，后刀面是有后期加工而形成的，由于工艺的限制，后刀面光洁度最好的是磨制出来的，磨制出来的后刀面粗糙度可达到Ra0.8以内，在加工过程中还是无法实现镜面效果，而PCD抛光面本身的表面粗糙度可达Ra0.023，因此，若直接用PCD复合片的抛光面作为刀具韧带，PCD刀具本身后刀面粗糙度很低，加工工件一定能够达到镜面的效果，并且可以消除刀具加工纹理。
综上所诉，PCD刀具后刀面光洁度对加工工件表面质量影响非常大，采用传统工艺生产的PCD刀具加工工件表面目前光洁度还达不到镜面的要求。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可使加工工件表面达到镜面要求的PCD铣刀。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种PCD铣刀，包括刀体和铣刀片，所述刀体的材质为硬质合金或钢，所述刀体上设有定位面、焊接面和排屑槽，所述铣刀片与焊接面固定连接；所述定位面与焊接面垂直，所述刀体的横截面形状为圆形；
所述铣刀片由具有抛光面的PCD复合片加工而成，所述铣刀片设有与所述排屑槽底面平行的前刀面；所述铣刀片外边缘自铣刀片的前刀面向下依次设置刃口、韧带、第一后刀面和第二后刀面；所述韧带为PCD复合片的抛光面。
作为优选，所述韧带与所述前刀面呈85-87°楔形角。
作为优选，所述第一后刀面呈8-12°的后角，所述第二后刀面呈20-30°的后角。
作为优选，所述PCD铣刀呈4-6°的螺旋角。
加工上述PCD铣刀的方法，包括以下步骤：
1)焊接：将PCD复合片与所述焊接面连接，通过刀体定位面固定其焊接角度与焊接精度；
2)加工铣刀片：利用激光切割PCD复合片依次加工形成前刀面、第二后刀面、第一后刀面和刃口，第一后刀面与PCD复合片的抛光面形成韧带，得到铣刀片。
作为优选，步骤1)中，所述PCD复合片中金刚石的体积含量不低于92％，所述PCD复合片表面粗糙度Ra≤0.02μm。
作为优选，步骤1)中，利用高频感应焊接铣刀片与刀体，所述刀体和铣刀片在焊接前与焊接后均进行400-500℃保温处理0.5-2小时。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明提供的PCD铣刀，通过利用PCD复合片的抛光面作为韧带，可使加工工件表面形成近乎镜面的效果，减少了对刃口的磨损；对铝、锰、钛以及钛合金、烧结合金等其他高强度合金加工后工件表面可达到几乎镜面的效果，几乎不可见加工纹。加工该PCD铣刀的过程合理利用PCD复合片的抛光面，利用激光切割依次加工形成前刀面、第二后刀面、第一后刀面和刃口，使该PCD铣刀能够加工出高表面光洁度的工件。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图；
图1中，各附图标记：1、刀体；11、定位面；12、焊接面；13、排屑槽；2、铣刀片；21、前刀面；22、刃口；23、韧带；24、第一后刀面；25、第二后刀面。
具体实施方式
以下具体实施例中，所记载的“上”、“下”、“前”、“后”等方位指示词，应该理解为对附图1的解释。以下具体实施例中，如未特殊说明，所采用的材料均可通过市售手段获得。
一种PCD铣刀，包括刀体1和铣刀片2，所述刀体的材质为硬质合金或钢，所述刀体上设有定位面11、焊接面12和排屑槽13，所述铣刀片与焊接面固定连接；所述定位面与焊接面垂直，所述刀体的横截面形状为圆形；
所述铣刀片由具有抛光面的PCD复合片加工而成，所述铣刀片设有与所述排屑槽底面平行的前刀面21；所述铣刀片外边缘自铣刀片的前刀面向下依次设置刃口22、韧带23、第一后刀面24和第二后刀面25；所述韧带为PCD复合片的抛光面。
所述PCD复合片与定位面固定连接的方式优选为焊接，包括高频感应焊接和真空焊接。
该PCD铣刀利用了PCD复合片的抛光面作为韧带，对工件进行加工后，工件表面可达到镜面效果，可消除加工刀纹。本发明中，PCD复合片为市售，优选地，该PCD复合片应该达到金刚石体积含量不低于92％，且表面粗糙度Ra≤0.02μm，如型号为Element Six CMX 850的复合片。
实施例1：
一种PCD铣刀，包括刀体和铣刀片，所述刀体的材质为硬质合金或钢，所述刀体上设有定位面、焊接面和排屑槽，所述铣刀片与焊接面固定连接；所述定位面与焊接面垂直，所述刀体的横截面形状为圆形；
所述铣刀片由具有抛光面的PCD复合片加工而成，所述铣刀片设有与所述排屑槽底面平行的前刀面；所述铣刀片外边缘自铣刀片的前刀面向下依次设置刃口、韧带、第一后刀面和第二后刀面；所述韧带为PCD复合片的抛光面。
所述韧带与前刀面呈11°的夹角；所述第一后刀面呈10°的后角；所述第二后刀面呈25°的后角；该PCD铣刀呈5°的螺旋角；本PCD铣刀采用第一后刀面与第二后刀面结合的方式，在使除刃口以外的PCD复合片避空的同时，也保证了PCD复合片的强度，使刃口不易崩缺经久耐用；
所述刀体总长为72mm；所述刀体的前端是安装PCD复合片的一端，所述后端与前端的直径均为10mm；韧带宽度为0.1mm。
在该PCD铣刀加工过程中，抛光面的韧带会直接与工件表面接触，起到修光作用，消除因刃口与工件接触产生的刀纹以及提高工件的表面光洁度。
加工本实施例PCD铣刀的方法，包括以下步骤：
1)设计PCD铣刀：设计刀体和铣刀片的形状、尺寸；
2)加工刀体：选用硬质合金材料，按步骤1)的形状和大小加工成刀体，在刀体上加工定位面和排屑槽；本步骤中所述硬质合金材料可以是WC/Co硬质合金等具有较大的强度和韧性的材料；排屑槽主要是在刀具使用过程中加工材料残屑可以顺利排出并且不会划伤加工件的表面；
3)焊接：将PCD复合片与所述焊接面连接，通过刀体定位面固定其焊接角度与焊接精度；本步骤中，所述PCD复合片中，金刚石的体积含量不低于92％，所述PCD复合片表面粗糙度Ra≤0.02μm；本步骤中，利用高频感应焊接PCD复合片与刀体，所述刀体和PCD复合片在焊接前与焊接后均进行400-500℃保温处理1小时；
4)加工铣刀片：利用激光切割PCD复合片依次加工形成前刀面、第二后刀面、第一后刀面和刃口，第一后刀面与PCD复合片的抛光面自然形成一宽度为0.08-0.15mm的韧带；本步骤中，利用激光切割加工时，先加工前刀面，使前刀面与PCD复合片中心轴平行，前刀面与韧带形成刃口，再加工第二后刀面，预留0.1-0.15mm，再加工第一后刀面。
本实施例得到的PCD铣刀，进行刃口、韧带宽度、刀具干涉检验、刀面尺寸检验。
本实施例得到的PCD铣刀，与市售的无抛光面韧带的PCD刀具各取5支，进行对比试用试验如下。
加工工件：型号为AI6061的硅铝材料；
加工参数：主轴转速15000RPM，进给速度3000mm/m，加工余量为0.03-0.05mm。
市售常规的PCD刀具加工后工件平均表面粗糙度Ra＝0.23μm；
本实施例得到的PCD铣刀加工后工件平均表面粗糙度Ra＝0.08μm。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种PCD铣刀，其特征在于，包括刀体和铣刀片，所述刀体的材质为硬质合金或钢，所述刀体上设有定位面、焊接面和排屑槽，所述铣刀片与焊接面固定连接；所述定位面与焊接面垂直，所述刀体的横截面形状为圆形；
所述铣刀片由具有抛光面的PCD复合片加工而成，所述铣刀片设有与所述排屑槽底面平行的前刀面；所述铣刀片外边缘自铣刀片的前刀面向下依次设置刃口、刃 带 、第一后刀面和第二后刀面；所述刃 带 为PCD复合片的抛光面。
2.如权利要求1所述的PCD铣刀，其特征在于，所述刃 带 与所述前刀面呈85-87°楔形角。
3.如权利要求1所述的PCD铣刀，其特征在于，所述第一后刀面呈8-12°的后角，所述第二后刀面呈20-30°的后角。
4.如权利要求1所述的PCD铣刀，其特征在于，所述PCD铣刀呈4-6°的螺旋角。
5.加工如权利要求1-4任一项的PCD铣刀的方法，包括以下步骤：
1)加工刀体：选用硬质合金或钢材料，加工成刀体，在刀体上加工定位面、焊接面和排屑槽；
2)焊接：将PCD复合片与所述焊接面连接，通过刀体定位面固定其焊接角度与焊接精度；
3)加工铣刀片：利用激光切割PCD复合片依次加工形成前刀面、第二后刀面、第一后刀面和刃口，第一后刀面与PCD复合片的抛光面形成刃 带 ，得到铣刀片。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤2)中，所述PCD复合片中金刚石的体积含量不低于92％，所述PCD复合片表面粗糙度Ra≤0.02μm。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤2)中，利用高频感应焊接铣刀片与刀体，所述刀体和铣刀片在焊接前与焊接后均进行400-500℃保温处理0.5-2小时。
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