CN106042200B - 金刚石内圆切割刀片及其制备方法 - Google Patents

金刚石内圆切割刀片及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金刚石内圆切割刀片及其制备方法。所述的金刚石内圆切割刀片，包括圆形基体，该圆形基体包括第一主表面、第二主表面、第三主表面、第四主表面，以及位于外圆周边缘的第一侧表面和位于内圆周边缘的第二侧表面；所述第三主表面和第四主表面分别为从所述第二侧表面的上、下两端分别向外朝第一侧表面方向延伸相等距离形成；所述第三主表面与第一主表面通过第一环形侧面连接，所述第四主表面与第二主表面通过第二环形侧面连接，所述第一环形侧面在圆形基体轴向上的高度与第二环形侧面在圆形基体轴向上的高度相等；在第三主表面、第四主表面以及第二侧表面上均设置有含有金刚石颗粒的金刚石镀层。

Description

金刚石内圆切割刀片及其制备方法
技术领域
本发明涉及切割贵重宝玉石的工具，具体涉及一种金刚石内圆切割刀片及其制备方法。
背景技术
金刚石内圆切割刀片是金刚石工具中的一种，主要用于加工贵重材料，如人工晶体、天然宝石、贵重陶瓷等材质坚硬材料的切割，具有切缝小、切割平整度好、磨削效率高等优点。
现有金刚石内圆切割刀片的制作方法是在不锈钢基体上由内圆刀口所在的面开始朝基体外圆周面延伸2.0-3.0mm的范围内直接复合电镀镍金刚石。这种方法制作的金刚石内圆刀片由于制作工艺简单，能实现规模化生产而被广泛应用。但此方法制备的金刚石内圆切割刀片由于要保证刀口的厚度在0.24-0.40mm以内而不能增大镀层厚度，由于镀层厚度的限制使得镀层中金刚石层数少，在使用过程中导致金刚石镀层很快就完全被剥离，而使得刀口无刃可出，从而导致现有金刚石内圆切割刀片的使用寿命较短。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种刀刃厚度小但金刚石镀层厚度大且镀层中金刚石层数多的金刚石内圆切割刀片及其制备方法。
本发明所述的金刚石内圆切割刀片，包括圆形基体，其中：
所述圆形基体包括第一主表面、与第一主表面相对的第二主表面、第三主表面、与第三主表面相对的第四主表面，以及位于外圆周边缘的第一侧表面和位于内圆周边缘的第二侧表面；
所述第三主表面和第四主表面分别为从所述第二侧表面的上、下两端分别向外朝第一侧表面方向延伸一定距离形成，所述第三主表面在圆形基体径向上的宽度与第四主表面在圆形基体径向上的宽度相等；
所述第三主表面与第一主表面通过第一环形侧面连接，所述第四主表面与第二主表面通过第二环形侧面连接，所述第一环形侧面在圆形基体轴向上的高度与第二环形侧面在圆形基体轴向上的高度相等；
在第三主表面、第四主表面以及第二侧表面上均设置有含有金刚石颗粒的金刚石镀层。
上述技术方案中，所述第三主表面上的金刚石镀层的顶端面应高于第一主表面，第四主表面上的金刚石镀层的底端面应超出第二主表面，这样才有利于切割操作；通常情况下，优选控制第三主表面上的金刚石镀层的顶端面高出第一主表面0.02-0.05mm，第四主表面上的金刚石镀层的底端面超出第二主表面0.02-0.03mm，这样的高出距离不仅有利于切割操作，还起到减小切割缝的作用同时有利于切割过程中的削屑的排除。
本发明所述内圆切割刀片由于先在圆形基体的第二侧表面上开设低于基体中心部分的第三主表面和第四主表面，使金刚石颗粒可以部分容纳于第三主表面与第一主表面及第四主表面与第二主表面所形成的空间中，从而有效缩减了现有技术中因直接在圆形基体表面固结金刚石颗粒所形成的切割片刀刃厚度，进而可以缩小切缝，减少被加工工件的浪费。另一方面，在控制相同的刀刃厚度的前提下，由于金刚石颗粒可以部分容纳于第三主表面与第一主表面及第四主表面与第二主表面所形成的空间中，相当于加大了金刚石颗粒所能占据的空间，即增加了金刚石颗粒的排列层数，在使用过程中可以有更多层的金刚石颗粒被磨损，有效提高金刚石内圆切割刀片的使用寿命。
为了获得超薄切割片，可以选择厚度更小的圆形基体，在本申请人的试验过程中发现，当圆形基体的厚度为0.10-0.15mm时，第三主表面与第四主表面的间距为0.04-0.06mm较为适宜，此时，以第三主表面、第四主表面及第二侧表面构成的部分作为支撑体，在使用过程中当刀口上的金刚石剥落到支撑体出现时，由于支撑体很薄，会和涂覆的金刚石镀层一样被磨损，等同于增加了镀层在切割方向上的金刚石层数，进一步延长了刀片的使用寿命。
本申请中提及的圆形基体的厚度，是指圆形基体的第一主表面和第二主表面的间距。
本发明还提供上述金刚石内圆切割刀片的制备方法，包括以下步骤：
1)选定圆形基体，该圆形基体具有第一主表面、与第一主表面相对的第二主表面，以及位于外圆周边缘的第一侧表面和位于内圆周边缘的第二侧表面；
2)从所述第二侧表面上、下两端分别向外朝第一侧表面方向延伸一定距离分别形成第三主表面以及与第三主表面相对的第四主表面，其中，第三主表面与第一主表面通过第一环形侧面连接，所述第四主表面与第二主表面通过第二环形侧面连接，同时控制第一环形侧面在圆形基体轴向上的高度与第二环形侧面在圆形基体轴向上的高度相等；
3)将上述步骤2)所得基体以电化学涂覆方式将金刚石颗粒固结于第三主表面、第四主表面以及第二侧表面上以形成金刚石镀层。
上述制备方法的步骤2)中，所述第二侧表面上、下两端分别向外朝第一侧表面方向延伸一定距离分别形成第三主表面以及与第三主表面相对的第四主表面，可以采用现有常规技术(如激光雕刻、模具挤压或者电化学腐蚀等方法)实现。
上述制备方法的步骤3)中，采用现有常规电化学涂覆方式(如电镀等)将金刚石颗粒固结于第三主表面、第四主表面以及第二侧表面上以形成金刚石镀层，优选按下述步骤进行：
3.1)将步骤2)所得基体进行封装，然后进行清洗处理，之后再置于第一电化学涂覆剂中进行第一次涂覆，得到第一次涂覆处理后的基体；其中，第一电化学涂覆剂的配方如下：
六水氯化镍250-280g/L、七水硫酸镍230-260g/L、浓盐酸150-175g/L；
3.2)将第一次涂覆处理后的基体置于第二电化学涂覆剂中，向其中加入金刚石颗粒使金刚石颗粒掩埋刀口，进行第二次涂覆，得到第二次涂覆处理后的基体；其中，第二电化学涂覆剂的配方如下：
氨基磺酸镍320-390g/L、六水氯化镍20-30g/L、硼酸25-30g/L、十二烷基硫酸钠0.02-0.04g/L；
3.3)去除所得第二次涂覆处理后的基体的第一主表面和第二主表面上的金刚石颗粒，之后再置于第二电化学涂覆剂中进行第三次涂覆，得到在第三主表面、第四主表面以及第二侧表面上均固结有含有金刚石颗粒的金刚石镀层的金刚石内圆切割刀片。
上述步骤3.1)中，对步骤2)所得基体进行封装的操作与现有技术相同，通常是将步骤2)所得基体装入电化学涂覆夹具中进行封装，使封装后的基体仅露出内圆刀口部分。通常情况下露出部分为从内圆刀口所在的面开始朝基体外圆周面延伸1-3mm的径向宽度范围。该步骤中，所述的清洗处理处理包括常规的清水清洗、除油操作、浸蚀操作以及稀硫酸浸洗操作，在完成上述操作后将基材取出后水洗干净后再进行下一步操作。其中，除油操作时使用的除油液组成为：碳酸钠20-30g/L、氢氧化钠10-15g/L、磷酸三钠55-70g/L、硅酸钠5-10g/L、余量为水，除油操作通常在30-40℃的除油液中进行，时间通常为5-10min；浸蚀操作时使用的浸蚀液为质量浓度为20-35％的硫酸溶液，浸蚀时的工艺为：电流密度为40-60A/dm2，温度20-35℃，时间3-5min；所述稀硫酸浸洗操作中的稀硫酸为质量浓度为5-8％的硫酸溶液，浸洗的时间通常为3-5min。
上述步骤3.1)中，第一次涂覆时的工艺优选为：电流密度为8-12A/dm2，温度为20-35℃，时间为2-5min；进一步优选为电流密度为8-12A/dm2，温度为25-35℃，时间为3-5min。
上述步骤3.2)中，所述金刚石颗粒的粒度优选为120-800目，第二次涂覆时的工艺优选为：电流密度为0.1-0.5A/dm2，温度为35-50℃，时间为2-5min。
上述步骤3.3)中，第三次涂覆时的工艺优选为：电流密度为0.5-1.0A/dm2，温度为35-50℃，时间为10-20min。第三次涂覆的时间可以控制所形成金刚石内圆刀片的刀刃厚度。采用本发明所述方法制得的金刚石内圆切割刀片的刀刃厚度0.18-0.24mm。
上述制备方法制得的金刚石内圆切割刀片在使用之前需要进行刀口修正，具体的修正方法与现有常规技术相同。
与现有技术相比，本发明的特点在于：
1、先在圆形基体的第二侧表面上开设低于基体中心部分的第三主表面和第四主表面，使金刚石颗粒可以部分容纳于第三主表面与第一主表面及第四主表面与第二主表面所形成的空间中，从而有效缩减了现有技术中因直接在圆形基体表面固结金刚石颗粒所形成的切割片刀刃厚度，进而可以缩小切缝，减少被加工工件的浪费。另一方面，在控制相同的刀刃厚度的前提下，由于金刚石颗粒可以部分容纳于第三主表面与第一主表面及第四主表面与第二主表面所形成的空间中，相当于加大了金刚石颗粒所能占据的空间，即增加了金刚石颗粒的排列层数，在使用过程中可以有更多层的金刚石颗粒被磨损，有效提高金刚石内圆切割刀片的使用寿命。
2、进一步地，当选择厚度为0.10-0.15mm的圆形基体，并控制第三主表面与第四主表面的间距为0.03-0.06mm时制得的金刚石内圆切割刀片，以第三主表面、第四主表面及第二侧表面构成的部分作为支撑体，在使用过程中当刀口上的金刚石剥落到支撑体出现时，由于支撑体很薄，会和涂覆的金刚石镀层一样被磨损，等同于增加了镀层在切割方向上的金刚石层数，进一步延长了刀片的使用寿命；同时，在支撑体被磨损后随即暴露出镀层中坚硬而锋利的金刚石颗粒，从而达到金刚石内圆切割刀片连续出刃及超薄的目的。
3、本发明所述方法简单易操作，对设备要求不高，能实现批量化产出。
附图说明
图1为本发明所述金刚石内圆切割刀片一种实施方式的剖视图。
图中标号为：
1第一主表面；2第二主表面；3第三主表面；4第四主表面；5第一侧表面；6第二侧表面；7第一环形侧面；8第二环形侧面；9金刚石颗粒；10金刚石镀层。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详述,以更好地理解本发明的内容,但本发明并不限于以下实施例。
实施例1：金刚石内圆切割刀片
如图1所示，本发明所述的金刚石内圆切割刀片，包括圆形基体，所述圆形基体以其轴线为中心线呈对称结构，其中：
所述圆形基体包括第一主表面1、与第一主表面1相对的第二主表面2、第三主表面3、与第三主表面3相对的第四主表面4，以及位于外圆周边缘的第一侧表面5和位于内圆周边缘的第二侧表面6；
所述第三主表面3和第四主表面4分别为从所述第二侧表面6的上、下两端分别向外朝第一侧表面5方向延伸一定距离形成，所述第三主表面3在圆形基体径向上的宽度与第四主表面4在圆形基体径向上的宽度相等；
所述第三主表面3与第一主表面1通过第一环形侧面7连接，该第一环形侧面7与第一主表面1、第二主表面2、第三主表面3及第四主表面4均为相互垂直；所述第四主表面4与第二主表面2通过第二环形侧面8连接，该第二环形侧面8与第一主表面1、第二主表面2、第三主表面3及第四主表面4均为相互垂直；所述第一环形侧面7在圆形基体轴向上的高度与第二环形侧面8在圆形基体轴向上的高度相等；
在第三主表面3、第四主表面4以及第二侧表面6上均设置有含有金刚石颗粒9的金刚石镀层10。
在上述实施方式中，第三主表面3上的金刚石镀层10的顶端面优选高出第一主表面1 0.02-0.05mm，第四主表面4上的金刚石镀层10的底端面优先超出第二主表面2 0.02-0.03mm。
上述实施方式所示结构的切割刀片适用于任意厚度的切割片。
为了获得超薄金刚石内圆切割片，可以选择厚度较薄的圆形基体以形成上述实施方式所示结构的切割片即可。因此，当选择厚度为0.10-0.15mm的圆形基体时制备超薄金刚石内圆切割片时，优选控制第三主表面3与第四主表面4的间距为0.03-0.06mm。
实施例2：本发明所述金刚石内圆切割刀片的制备方法
1)选定圆形基体，该圆形基体的材质为高强度不锈钢，厚度为0.12mm，具有第一主表面1、与第一主表面1相对的第二主表面2，以及位于外圆周边缘的第一侧表面5和位于内圆周边缘的第二侧表面6；
2)用激光雕刻的方法从所述第二侧表面6上、下两端分别向外朝第一侧表面5方向延伸2mm分别形成第三主表面3以及与第三主表面3相对的第四主表面4，即所述第第三主表面3和第四主表面4在圆形基体径向上的宽度均为2mm；其中，所述第三主表面3与第一主表面1通过第一环形侧面7连接，该第一环形侧面7与第一主表面1、第二主表面2、第三主表面3及第四主表面4均为相互垂直；所述第四主表面4与第二主表面2通过第二环形侧面8连接，该第二环形侧面8与第一主表面1、第二主表面2、第三主表面3及第四主表面4均为相互垂直；控制所述第一环形侧面7在圆形基体轴向上的高度及第二环形侧面8在圆形基体轴向上的高度均为0.03mm；
3)用电镀法将金刚石颗粒9固结于步骤2)所得基体的第三主表面3、第四主表面4以及第二侧表面6上以形成金刚石镀层10，具体操作如下：
3.1)将步骤2)所得基体装入电化学涂覆夹具中进行封装，使封装后的基体仅露出内圆刀口部分，此实施方式中，露出部分在内圆刀片径向上的宽度为2.0mm；
将封装后的基体用清水洗净，然后置于35℃的除油液除油7min；取出后再置于浸蚀液中浸蚀4min，取出后用水清洗后再置于质量浓度为6％的硫酸溶液浸泡4min，之后取出，用水洗净，置于第一电化学涂覆剂中进行第一次涂覆，得到第一次涂覆处理后的基体；其中：
除油液的组成为：碳酸钠：25.0g/L、氢氧化钠：12.5g/L、磷酸三钠：60.0g/L、硅酸钠：7.5g/L、余量为水；
浸蚀液为质量浓度为30％的硫酸溶液，浸蚀时的工艺为：电流密度为60A/dm2，温度20℃，时间5min；
第一电化学涂覆剂为六水氯化镍、七水硫酸镍和浓盐酸的水溶液，其组成如下：
NiCl2·6H2O 270g/L、NiSO4·7H2O 240g/L、浓盐酸160g/L；
第一次涂覆时的工艺为：电流密度为10A/dm2，温度为25℃，时间为5min；
3.2)将第一次涂覆处理后的基体置于第二电化学涂覆剂中，向其中加入金刚石颗粒9(180目)使金刚石颗粒9掩埋刀口，然后进行第二次涂覆，得到第二次涂覆处理后的基体；其中：
第二电化学涂覆剂为氨基磺酸镍、六水氯化镍、硼酸和十二烷基硫酸钠的水溶液，具体组成为：Ni(NH2SO3)2·4H2O 370g/L、NiCl2·6H2O 25g/L、H3BO3 27g/L、C12H25SO4Na0.03g/L；
第二次涂覆时的工艺为：电流密度为0.4A/dm2，温度为45℃，时间为5min；
3.3)扫除步骤3.2)所得第二次涂覆处理后的基体表面上除内圆刀口以外部分的金刚石颗粒9，之后再置于第二电化学涂覆剂中进行第三次涂覆，即得到在第三主表面3、第四主表面4以及第二侧表面6上均设置有含有金刚石颗粒9的金刚石镀层10的金刚石内圆切割刀片；所得内圆切割刀片的刀刃平均厚度为0.18mm；其中：
第二电化学涂覆剂的组成与步骤3.2)中相同；
第三次涂覆时的工艺为：电流密度为0.5A/dm2，温度为35℃，时间为20min。
实施例3：本发明所述金刚石内圆切割刀片的制备方法
重复实施例2，不同的是：
步骤3.1)中：
第一电化学涂覆剂的组成为：NiCl2·6H2O 250g/L、NiSO4·7H2O 260g/L、浓盐酸175g/L；
第一次涂覆时的工艺为：电流密度为8A/dm2，温度为35℃，时间为2min；
步骤3.2)中：
第二电化学涂覆剂的组成为：Ni(NH2SO3)2·4H2O 320g/L、NiCl2·6H2O20g/L、H3BO330g/L、C12H25SO4Na 0.04g/L；
第二次涂覆时的工艺为：电流密度为0.1A/dm2，温度为35℃，时间为4min；
步骤3.3)中：
第二电化学涂覆剂的组成与步骤3.2)相同。
第三次涂覆时的工艺为：电流密度为1.0A/dm2，温度为50℃，时间为15min。
由本实施例制得的金刚石内圆切割刀片的刀刃平均厚度为0.19mm。
实施例4：本发明所述金刚石内圆切割刀片的制备方法
重复实施例2，不同的是：
步骤3.1)中：
第一电化学涂覆剂的组成为：NiCl2·6H2O 280g/L、NiSO4·7H2O 230g/L、浓盐酸150g/L；
第一次涂覆时的工艺为：电流密度为12A/dm2，温度为20℃，时间为3min；
步骤3.2)中：
第二电化学涂覆剂的组成为：Ni(NH2SO3)2·4H2O 390g/L、NiCl2·6H2O30g/L、H3BO325g/L、C12H25SO4Na 0.02g/L；
第二次涂覆时的工艺为：电流密度为0.1A/dm2，温度为50℃，时间为2min；
步骤3.3)中：
第二电化学涂覆剂的组成与步骤3.2)相同。
第三次涂覆时的工艺为：流密度为0.8A/dm2，温度为45℃，时间为10min。
由本实施例制得的金刚石内圆切割刀片的刀刃平均厚度为0.18mm。

Claims (2)

1.金刚石内圆切割刀片，包括圆形基体，其特征在于：
所述圆形基体包括第一主表面(1)、与第一主表面(1)相对的第二主表面(2)、第三主表面(3)、与第三主表面(3)相对的第四主表面(4)，以及位于外圆周边缘的第一侧表面(5)和位于内圆周边缘的第二侧表面(6)；
所述第三主表面(3)和第四主表面(4)分别为从所述第二侧表面(6)的上、下两端分别向外朝第一侧表面(5)方向延伸一定距离形成，所述第三主表面(3)在圆形基体径向上的宽度与第四主表面(4)在圆形基体径向上的宽度相等；
所述第三主表面(3)与第一主表面(1)通过第一环形侧面(7)连接，所述第四主表面(4)与第二主表面(2)通过第二环形侧面(8)连接，所述第一环形侧面(7)在圆形基体轴向上的高度与第二环形侧面(8)在圆形基体轴向上的高度相等；
在第三主表面(3)、第四主表面(4)以及第二侧表面(6)上均设置有含有金刚石颗粒(9)的金刚石镀层(10)；
所述第三主表面(3)上的金刚石镀层(10)的顶端面高于第一主表面(1)，第四主表面(4)上的金刚石镀层(10)的底端面超出第二主表面(2)；
所述第三主表面(3)上的金刚石镀层(10)的顶端面高出第一主表面(1)0.02-0.05mm，第四主表面(4)上的金刚石镀层(10)的底端面超出第二主表面(2)0.02-0.03mm；
当圆形基体的厚度为0.10-0.15mm时，第三主表面(3)与第四主表面(4)的间距为0.03-0.06mm。
2.权利要求1所述金刚石内圆切割刀片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)选定圆形基体，该圆形基体具有第一主表面(1)、与第一主表面(1)相对的第二主表面(2)，以及位于外圆周边缘的第一侧表面(5)和位于内圆周边缘的第二侧表面(6)；
2)从所述第二侧表面(6)上、下两端分别向外朝第一侧表面(5)方向延伸一定距离分别形成第三主表面(3)以及与第三主表面(3)相对的第四主表面(4)，其中，第三主表面(3)与第一主表面(1)通过第一环形侧面(7)连接，所述第四主表面(4)与第二主表面(2)通过第二环形侧面(8)连接，同时控制第一环形侧面(7)在圆形基体轴向上的高度与第二环形侧面(8)在圆形基体轴向上的高度相等；
3)将上述步骤2)所得基体以电化学涂覆方式将金刚石颗粒(9)固结于第三主表面(3)、第四主表面(4)以及第二侧表面(6)上以形成金刚石镀层(10)；
所述步骤3)进一步包括：
3.1)将步骤2)所得基体装入电化学涂覆夹具中进行封装，使封装后的基体仅露出内圆刀口部分，然后进行清洗处理，之后再置于第一电化学涂覆剂中进行第一次涂覆，得到第一次涂覆处理后的基体；其中，第一电化学涂覆剂的配方如下：
六水氯化镍250-280g/L、七水硫酸镍230-260g/L、浓盐酸150-175g/L；
步骤3.1)中，第一次涂覆时的工艺为：电流密度为8-12A/dm2，温度为20-35℃，时间为2-5min；
3.2)将第一次涂覆处理后的基体置于第二电化学涂覆剂中，向其中加入金刚石颗粒(9)使金刚石颗粒(9)掩埋刀口，然后进行第二次涂覆，得到第二次涂覆处理后的基体；其中，第二电化学涂覆剂的配方如下：
氨基磺酸镍320-390g/L、六水氯化镍20-30g/L、硼酸25-30g/L、十二烷基硫酸钠0.02-0.04g/L；
步骤3.2)中，第二次涂覆时的工艺为：电流密度为0.1-0.5A/dm2，温度为35-50℃，时间为2-5min；
3.3)去除所得第二次涂覆处理后的基体的第一主表面(1)和第二主表面(2)上的金刚石颗粒(9)，之后再置于第二电化学涂覆剂中进行第三次涂覆，得到在第三主表面(3)、第四主表面(4)以及第二侧表面(6)上均固结有含有金刚石颗粒(9)的金刚石镀层(10)的金刚石内圆切割刀片；
步骤3.3)中，第三次涂覆时的工艺为：电流密度为0.5-1.0A/dm2，温度为35-50℃，时间为10-20min。
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