CN106180733B - 一种超硬材料滚花刀的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超硬材料滚花刀的加工方法，属于滚花刀具技术领域，超硬材料粉末与粘结剂粉末经烧结形成的烧结层沿中空硬质合金圆柱形基体的径向分为内层和外层，加工步骤包括原料准备、模具组装、烧结和成品加工，运用该方法制备的超硬材料滚花刀具有硬度高、耐磨性能好、热导率高、摩擦系数小、线膨胀系数小、化学稳定性高的性能特点，在高速、腐蚀性强的条件下也能高精度、长寿命地加工。
Description
技术领域
本发明属于滚花刀具技术领域，具体涉及一种超硬材料滚花刀的加工方法。
背景技术
目前，通常使用滚花刀在工件表面滚压花纹，常规的滚花刀材质主要为高速钢、粉末冶金、硬质合金等，对于普通工件表面及硬度较高的难加工材料工件表面长时间使用后磨损严重，更换频繁，影响工件表面加工精度，无形中增加了生产企业的生产成本；同时，常规的滚花刀无法在高腐蚀性的场合使用，影响其使用范围。
公布号为CN104057094A的发明专利公开了一种多层梯度功能性金刚石复合烧结体，在最外层的金刚石烧结体与硬质合金基体之间设置多个中间层的结构中，中间层包括金刚石粒子、cBN粒子和金属粘结剂，但其所属金刚石钻头技术领域，所解决的技术问题是因原材料与硬质合金基体附着性、刀片前端部分的韧性不足导致的PCD刀片破损等问题，与本发明的所要解决的技术问题不同。
发明内容
本发明目的是提供一种超硬材料滚花刀的加工方法，运用该方法制备的超硬材料滚花刀具有硬度高、耐磨性能好、热导率高、摩擦系数小、线膨胀系数小、化学稳定性高的性能特点，在高速、腐蚀性强的条件下也能高精度、长寿命地加工。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种超硬材料滚花刀的加工方法，超硬材料滚花刀包括超硬材料粉末与粘结剂粉末经烧结形成的烧结层，所述烧结层沿中空硬质合金圆柱形基体的径向分为内层和外层，所述内层和外层的原料均为超硬材料粉末和粘结剂粉末的混合，内层为连接过渡层，外层为刀齿应用层，所述加工方法包括以下步骤：
a：原料准备，所述内层的超硬材料粉末为金刚石粉末，所述内层的粘结剂粉末为Co和/或Ni粉末，所述外层的超硬材料粉末为金刚石粉末与立方氮化硼粉末，所述外层的粘结剂粉末为Co和/或Al粉末与陶瓷TiC和/或Si3N4粉末；
b：模具组装，所述中空硬质合金圆柱形基体的中心孔为原料组装的定位孔，以定位孔为基准，将中空硬质合金圆柱形基体置于内壁为圆柱面的模具中，在中空硬质合金圆柱形基体的外侧面与模具内壁之间填充内层的原料并压实，得到组装体A；从模具中取出组装体A；然后以定位孔为基准，将组装体A置于内壁为滚花刀齿形的成型模具中，在所述组装体A的外侧面与成型模具内壁之间填充外层的原料并压实，得到组装体B；再将组装体B装入石墨杯中，组装体B与石墨杯内侧壁间垫有一圈铌片，得到组装体C；再将组装体C的定位孔装入硬质合金圆柱体，得到组装件D；将组装件D放入石墨片、钢圈、叶蜡石粉压块、和金属片后得到组装件E；
c：烧结，将步骤b中得到的组装件E通过加热和加压烧结成型，先在1.3min内由0Pa升压到6GPa，后在1.2min内升温至1450～1550℃，在6GPa、1450～1550℃条件下保持6.5～8.5min，然后，经0.5min降低温度至1200～1300℃，在6GPa、1200～1300℃条件下保持3.5～4.5min，停止加热，保持压力6min，之后直接降温去压，烧结得到超硬材料滚花刀坯体；
d：成品加工，利用平面磨削加工步骤c得到的超硬材料滚花刀坯体的上下两个端面，再研磨加工到厚度h为4～20mm的滚花刀，得到中间品A；利用电火花加工方法与内孔研磨方法加工中间品A，得到具有沿轴向直径d在4～8mm的连接孔的中间品B；利用电火花、激光、研磨的方法对中间品B进行刀齿加工，得到直径D为8～25mm的超硬材料滚花刀。
进一步地，所述内层组分重量百分比是：所述内层组分按重量百分比计：金刚石粉末为80～90％，Co和/或Ni粉末为10～20％；所述外层组分按重量百分比计：金刚石粉末为48～58％，立方氮化硼粉末为30～40％，Co和/或Al粉末为4～8％，陶瓷TiC和/或Si3N4粉末为2～4％。
进一步地，所述超硬材料粉末粒度为5～20μm，粘结剂粉末粒度为1～15μm。
进一步地，所述步骤b中石墨杯为无顶面的杯状，石墨杯的底面为平面，石墨杯的外侧面为圆柱面，石墨杯的内侧面为圆柱面、圆台面、球冠面、凹形双曲面或凸形双曲面，石墨杯的内侧面上的刀齿形状与超硬材料滚花刀的刀齿形状相对应。
进一步地，所述步骤b中铌片的齿形与组装体B的外周齿形一致，铌片的展开后侧面为长方形。
进一步地，所述步骤b中硬质合金圆柱体的高度与组装体C的中心孔的高度相等，硬质合金圆柱体与组装体C的中心孔紧密结合。
进一步地，所述步骤d中超硬材料滚花刀的总厚度为1～5mm。
进一步地，所述内层和外层在经步骤c烧结后与中空硬质合金圆柱形基体呈一个整体，内层和外层在经步骤c烧结后无明显的界面。
本发明的有益效果是：
1.本发明内层连接过渡层中加入Co、Ni金属粘结剂，与金刚石粉末及硬质合金在高温高压条件下烧结时均具有较好的浸润性。另外，内层中的Co、Ni与硬质合金中的Co在高温高压条件下相互扩散，提高了内层连接过渡层与中空硬质合金圆柱形基体沿径向外侧面接触界面的烧结结合强度；
2.本发明外层刀齿应用层的烧结层显微硬度为7300Hv、导热系数为700W/mK、摩擦系数为0.3、热膨胀系数仅为0.9×10-6m/℃，具有耐磨性能好、化学稳定性高的性能特点；
3.本发明内层连接过渡层与外层刀齿应用层之间的材料特性相近，在高温高压条件下金刚石粉末颗粒之间相互密堆积填充空隙，金属粘结剂之间相互扩散，实现内层与外层接触界面的高强度烧结结合，起到将外层刀齿应用层与中空硬质合金圆柱形基体烧结为一体的连接过渡作用；
4.本发明中空硬质合金圆柱形基体的中心紧密配合装入的硬质合金圆柱体保证了在高温高压条件下整体烧结压力的均匀，同时，保护中空硬质合金圆柱形基体不会在高温高压条件下被挤裂变形；
5.本发明加工的超硬材料滚花刀的切削速度是常规滚花刀的3～5倍，可以对高硬度的工件表面进行滚花加工，因其优良的耐磨性和较小的摩擦系数，超硬材料滚花刀的使用寿命提高20～30倍；如表1所示为运用超硬材料滚花刀与常规滚花刀滚花加工对比结果；本发明制备的滚花刀具有高导热性、较小的线膨胀系数，加工过程中产生的热量能够迅速地通过超硬材料滚花刀体散失且超硬材料滚花刀体变形小，提高了加工工件表面的加工精度；具有较高的化学稳定性，超硬材料滚花刀可以应用于常规滚花刀无法使用的高腐蚀性的加工场合。
表1超硬材料滚花刀与常规滚花刀滚花加工对比
附图说明
图1为本发明一种超硬材料滚花刀的加工方法步骤b中的组装件D的结构示意图。
图2为本发明一种超硬材料滚花刀的加工方法步骤b中的石墨杯俯视结构示意图。
图3为本发明一种超硬材料滚花刀的加工方法步骤b中铌片的侧面结构示意图。
图4为本发明一种超硬材料滚花刀的加工方法步骤b中的组装件E的结构示意图。
图5为本发明一种超硬材料滚花刀的加工方法加工的圆柱形超硬材料滚花刀的结构示意图。
图6为本发明一种超硬材料滚花刀的加工方法加工的圆台形超硬材料滚花刀的结构示意图。
图7为本发明一种超硬材料滚花刀的加工方法加工的灯笼形超硬材料滚花刀的结构示意图。
图8为本发明一种超硬材料滚花刀的加工方法加工的凹形双曲面形超硬材料滚花刀的结构示意图。
图9为本发明一种超硬材料滚花刀的加工方法加工的凸形双曲面形超硬材料滚花刀的结构示意图。
图10为本发明一种超硬材料滚花刀的加工方法步骤d中中间品B的横轴向方向与所用的加工刀的刀齿方向夹角β＝0°的示意图。
图11为本发明一种超硬材料滚花刀的加工方法步骤d中中间品B的横轴向方向与所用的加工刀的刀齿方向夹角β＝90°的示意图。
图12为本发明一种超硬材料滚花刀的加工方法步骤d中中间品B的横轴向方向与所用的加工刀的刀齿方向夹角β＝45°的示意图。
图13为本发明一种超硬材料滚花刀的加工方法步骤d中中间品B的横轴向方向与所用的加工刀的刀齿方向夹角β＝135°的示意图。
图14为本发明一种超硬材料滚花刀的加工方法步骤d中中间品B的横轴向方向与所用的加工刀的刀齿方向夹角β＝45°和135°的示意图。
附图中标记：1为外层，2为内层，3为中空硬质合金圆柱形基体，4为硬质合金圆柱体，5为石墨杯，6为铌片，7为石墨片，8为钢圈，9为叶蜡石粉压块，10为金属片，11为中间品B，12为组装件D。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步详细说明：
实施例1
如图1～如图14所示，一种超硬材料滚花刀的加工方法，超硬材料滚花刀包括超硬材料粉末与粘结剂粉末经烧结形成的烧结层，所述烧结层沿中空硬质合金圆柱形基体3的径向分为内层2和外层1，所述内层2和外层1的原料均为超硬材料粉末和粘结剂粉末的混合，所述超硬材料粉末粒度为5～20μm，粘结剂粉末的粒度1～15μm，内层2为连接过渡层，外层1为刀齿应用层，所述加工方法包括以下步骤：
a：原料准备，所述内层2的超硬材料粉末为金刚石粉末，所述内层2的粘结剂粉末为Co和/或Ni粉末，所述内层2组分按重量百分比计：金刚石粉末为80～90％，Co和/或Ni粉末为10～20％；所述外层1的超硬材料粉末为金刚石粉末与立方氮化硼粉末，所述外层1的粘结剂粉末为Co和/或Al粉末与陶瓷TiC和/或Si3N4粉末，所述外层1组分按重量百分比计：金刚石粉末为48～58％，立方氮化硼粉末为30～40％，Co和/或Al粉末为4～8％，陶瓷TiC和/或Si3N4粉末为2～4％；
b：模具组装，所述中空硬质合金圆柱形基体3的中心孔为原料组装的定位孔，以定位孔为基准，将中空硬质合金圆柱形基体3置于内壁为圆柱面的模具中，在中空硬质合金圆柱形基体3的外侧面与模具内壁之间填充内层2的原料并压实，得到组装体A；从模具中取出组装体A；然后以定位孔为基准，将组装体A置于内壁为滚花刀齿形的成型模具中，在所述组装体A的外侧面与成型模具内壁之间填充外层1的原料并压实，得到组装体B；再将组装体B装入石墨杯5中，如图2所示，石墨杯5为无顶面的杯状，石墨杯5的底面为平面，石墨杯5的外侧面为圆柱面，石墨杯5的内侧面为圆柱面、圆台面、球冠面、凹形双曲面或凸形双曲面，石墨杯5的内侧面上的刀齿形状与超硬材料滚花刀的刀齿形状相对应，石墨杯5的内侧面上相邻刀齿间的夹角为2～90°，组装体B与石墨杯5内侧壁间垫有一圈铌片6，如图3所示，铌片6的齿形与组装体B的外周齿形一致，铌片6的展开后侧面为长方形，得到组装体C；再在组装体C的定位孔装入硬质合金圆柱体4，硬质合金圆柱体4的高度与组装体C的中心孔的高度相等，硬质合金圆柱体4与组装体C的中心孔紧密结合，得到组装件D12，如图1所示；将组装件D12放入石墨片7、钢圈8、叶蜡石粉压块9、和金属片10后得到组装件E，如图4所示；
c：烧结，将步骤b中得到的组装件E通过加热和加压烧结成型，先在1.3min内由0Pa升压到6GPa，后在1.2min内升温至1450～1550℃，在6GPa、1450～1550℃条件下保持6.5～8.5min，然后，经0.5min降低温度至1200～1300℃，在6GPa、1200～1300℃条件下保持3.5～4.5min，停止加热，保持压力6min，之后直接降温去压，烧结得到超硬材料滚花刀坯体；
d：成品加工，利用平面磨削加工步骤c得到的超硬材料滚花刀坯体的上下两个端面，再研磨加工到厚度h为4～20mm的滚花刀，得到中间品A；利用电火花加工方法与内孔研磨方法加工中间品A，得到具有沿轴向直径d在4～8mm的连接孔的中间品B11；利用电火花、激光、研磨的方法对中间品B11进行刀齿加工，得到直径D为8～25mm、总厚度为1～5mm的超硬材料滚花刀，如图5～9所示，其形状为圆柱形、圆台形、灯笼形、凹形双曲面形或凸形双曲面形，所述灯笼形为两头窄、中间宽的椭圆形,其外层1沿径向外周边沿周长方向分布多个刀齿，相邻刀齿间的夹角α为2～90°。如图10～14所示，依据中间品B11的横轴向方向与所用的加工刀的刀齿方向的夹角β不同，β为0～135°，该超硬材料滚花刀的刀面上具有横直纹、纵直纹、左斜纹、右斜纹或网纹。
为了提高超硬材料滚花刀坯外周刀齿的可加工性，常常需要对原料进行均匀分布、表面活化处理。具体工艺为：
第一步，硬质合金球与初始原料按重量比计：硬质合金球:初始原料＝4：1，将硬质合金球与初始原料装入硬质合金罐中，依照每15g的硬质合金球与初始原料向硬质合金罐中加入4ml的乙醇球磨介质液组成混合料A，硬质合金球与初始原料的总体积为罐体容积的30％～70％，硬质合金罐体装于卧式行星球磨机，设置30min正反交替运转并间隔停机5min，以200～500r/min的转速运行20h。运行结束后取出混合料A烘干，过200目筛网，混合料A密封保存待用。
第二步，将第一步处理后的混合料A置于500ml烧杯中，依照每15g的混合料向烧杯中加入10ml的乙醇组成混合料B，将装有混合料B的烧杯放置于超声波搅拌机工作台，超声波发生器探针没入混合料液深度为混合料B总高度的五分之四，超声波频率设置为40KHz，搅拌运行总时间为2h，间隔停机三次，每次为15min。运行结束取出混合料B烘干，过200目筛网，混合料B密封保存待用。
第三步，将第二步处理后的混合料B置于坩埚中，装入真空炉中，进行高温真空处理，设置参数为：温度为1000℃，真空度为10-3MPa，以10℃/min的速率升温并保温处理1.5h，随炉冷却降温至室温时取出混合料，混合料密封保存待用。
实施例2
如图1～如图4所示，如图5和图10所示，一种超硬材料滚花刀的加工方法，超硬材料滚花刀包括超硬材料粉末与粘结剂粉末经烧结形成的烧结层，所述烧结层沿中空硬质合金圆柱形基体3的径向分为内层2和外层1，所述内层2和外层1的原料均为超硬材料粉末和粘结剂粉末的混合内层2为连接过渡层，外层1为刀齿应用层，所述加工方法包括以下步骤：
a：原料准备，内层2的超硬材料粉末为粒度为5μm的金刚石粉末，内层2的粘结剂粉末为粒度为1μm的Co粉末，内层2组分按重量百分比计：金刚石粉末为90％，Co粉末为10％；外层1的超硬材料粉末为粒度为15μm的金刚石粉末和粒度为10μm的立方氮化硼粉末，外层1的粘结剂粉末为粒度为2μm的Co粉末和粒度为4μm的陶瓷TiC粉末，外层1组分按重量百分比计：金刚石粉末为48％，立方氮化硼粉末为40％，Co粉末为8％，陶瓷TiC粉末为4％；
b：模具组装，所述中空硬质合金圆柱形基体3的中心孔为原料组装的定位孔，以定位孔为基准，将中空硬质合金圆柱形基体3置于内壁为圆柱面的模具中，在中空硬质合金圆柱形基体3的外侧面与模具内壁之间填充内层2的原料并压实，得到组装体A；从模具中取出组装体A；然后以定位孔为基准，将组装体A置于内壁为滚花刀齿形的成型模具中，在所述组装体A的外侧面与成型模具内壁之间填充外层1的原料并压实，得到组装体B；再将组装体B装入石墨杯5中，如图2所示，石墨杯5为无顶面的杯状，石墨杯5的底面为平面，石墨杯5的外侧面为圆柱面，石墨杯5的内侧面为圆柱面，石墨杯5的内侧面上的刀齿形状与超硬材料滚花刀的刀齿形状相对应，组装体B与石墨杯5内侧壁间垫有一圈铌片6，如图3所示，铌片6的齿形与组装体B的外周齿形一致，铌片6的展开后侧面为长方形，得到组装体C；再在组装体C的定位孔装入硬质合金圆柱体4，硬质合金圆柱体4的高度与组装体C的中心孔的高度相等，硬质合金圆柱体4与组装体C的中心孔紧密结合，得到组装件D12，如图1所示；将组装件D12放入石墨片7、钢圈8、叶蜡石粉压块9、和金属片10后得到组装件E，如图4所示；
c：烧结，将步骤b中得到的组装件E通过加热和加压烧结成型，先在1.3min内由0Pa升压到6GPa，后在1.2min内升温至1450℃，在6GPa、1450℃条件下保持6.5min，然后，经0.5min降低温度至1200℃，在6GPa、1200℃条件下保持3.5min，停止加热，保持压力6min，之后直接降温去压，烧结得到总厚度为3.5mm超硬材料滚花刀坯体，所述内层和外层烧结后与中空硬质合金圆柱形基体呈一个整体，内层和外层在烧结后无明显的界面；
d：成品加工，利用平面磨削加工步骤c得到的超硬材料滚花刀坯体的上下两个端面，再研磨加工到要求的滚花刀的厚度h为4mm，得到中间品A；利用电火花加工方法与内孔研磨方法加工中间品A，得到具有沿轴向直径d为4mm的连接孔的中间品B11；利用电火花、激光、研磨的方法对中间品B11进行刀齿加工，得到直径D为8mm、总厚度为1mm的圆柱形超硬材料滚花刀，如图5所示，其外层1沿径向外周边沿周长方向分布多个刀齿，相邻刀齿间的夹角α为2°。如图10所示，当中间品B11的横轴向方向与所用的加工刀的刀齿方向的夹角β为0°时，该超硬材料滚花刀为圆柱形横直纹超硬材料滚花刀。
实施例3
如图1～如图4所示，如图6和图11所示，一种超硬材料滚花刀的加工方法，超硬材料滚花刀包括超硬材料粉末与粘结剂粉末经烧结形成的烧结层，所述烧结层沿中空硬质合金圆柱形基体3的径向分为内层2和外层1，所述内层2和外层1的原料均为超硬材料粉末和粘结剂粉末的混合内层2为连接过渡层，外层1为刀齿应用层，所述加工方法包括以下步骤：
a：原料准备，内层2的超硬材料粉末为粒度为10μm的金刚石粉末，内层2的粘结剂粉末为粒度为15μm的Ni粉末，内层2组分按重量百分比计：金刚石粉末为90％，Ni粉末为10％；外层1的超硬材料粉末为粒度为18μm的金刚石粉末和粒度为5μm的立方氮化硼粉末，外层1的粘结剂粉末为粒度为1μm的Al粉末和粒度为2μm的陶瓷Si3N4粉末，外层1组分按重量百分比计：金刚石粉末为48％，立方氮化硼粉末为40％，Al粉末为8％，陶瓷Si3N4粉末为4％；
b：模具组装，所述中空硬质合金圆柱形基体3的中心孔为原料组装的定位孔，以定位孔为基准，将中空硬质合金圆柱形基体3置于内壁为圆柱面的模具中，在中空硬质合金圆柱形基体3的外侧面与模具内壁之间填充内层2的原料并压实，得到组装体A；从模具中取出组装体A；然后以定位孔为基准，将组装体A置于内壁为滚花刀齿形的成型模具中，在所述组装体A的外侧面与成型模具内壁之间填充外层1的原料并压实，得到组装体B；再将组装体B装入石墨杯5中，如图2所示，石墨杯5为无顶面的杯状，石墨杯5的底面为平面，石墨杯5的外侧面为圆柱面，石墨杯5的内侧面为圆台面，石墨杯5的内侧面上的刀齿形状与超硬材料滚花刀的刀齿形状相对应，组装体B与石墨杯5内侧壁间垫有一圈铌片6，如图3所示，铌片6的齿形与组装体B的外周齿形一致，铌片6的展开后侧面为长方形，得到组装体C；再在组装体C的定位孔装入硬质合金圆柱体4，硬质合金圆柱体4的高度与组装体C的中心孔的高度相等，硬质合金圆柱体4与组装体C的中心孔紧密结合，得到组装件D12，如图1所示；将组装件D12放入石墨片7、钢圈8、叶蜡石粉压块9、和金属片10后得到组装件E，如图4所示；
c：烧结，将步骤b中得到的组装件E通过加热和加压烧结成型，先在1.3min内由0Pa升压到6GPa，后在1.2min内升温至1450℃，在6GPa、1450℃条件下保持6.5min，然后，经0.5min降低温度至1200℃，在6GPa、1200℃条件下保持3.5min，停止加热，保持压力6min，之后直接降温去压，烧结得到总厚度为2.5mm的超硬材料滚花刀坯体，所述内层和外层烧结后与中空硬质合金圆柱形基体呈一个整体，内层和外层在烧结后无明显的界面；
d：成品加工，利用平面磨削加工步骤c得到的超硬材料滚花刀坯体的上下两个端面，再研磨加工到要求的滚花刀的厚度h为20mm，得到中间品A；利用电火花加工方法与内孔研磨方法加工中间品A，得到具有沿轴向直径d为8mm的连接孔的中间品B11；利用电火花、激光、研磨的方法对中间品B11进行刀齿加工，得到直径D为25mm、总厚度为5mm的圆台形超硬材料滚花刀，如图6所示，其外层1沿径向外周边沿周长方向分布多个刀齿，相邻刀齿间的夹角α为90°。如图11所示，当中间品B11的横轴向方向与所用的加工刀的刀齿方向的夹角β为90°时，该超硬材料滚花刀为圆台形纵直纹超硬材料滚花刀。
实施例4
如图1～如图4所示，如图7和图12所示，一种超硬材料滚花刀的加工方法，超硬材料滚花刀包括超硬材料粉末与粘结剂粉末经烧结形成的烧结层，所述烧结层沿中空硬质合金圆柱形基体3的径向分为内层2和外层1，所述内层2和外层1的原料均为超硬材料粉末和粘结剂粉末的混合内层2为连接过渡层，外层1为刀齿应用层，所述加工方法包括以下步骤：
a：原料准备，内层2的超硬材料粉末为粒度为20μm的金刚石粉末，内层2的粘结剂粉末为粒度为5μm的Co粉末和粒度为3μm的Ni粉末，内层2组分按重量百分比计：金刚石粉末为80％，Co粉末为12％，Ni粉末为8％；外层1的超硬材料粉末为粒度为20μm的金刚石粉末和粒度为10μm的立方氮化硼粉末，外层1的粘结剂粉末为Co和Al粉末和陶瓷TiC和Si3N4粉末，Co粉末粒度为5μm，Al粉末粒度为2μm，陶瓷TiC粉末粒度为3μm，Si3N4粉末粒度为2μm，外层1组分按重量百分比计：金刚石粉末为58％，立方氮化硼粉末为30％，Co粉末为4％，Al粉末为4％，陶瓷TiC粉末为2％，陶瓷Si3N4粉末为2％；
b：模具组装，所述中空硬质合金圆柱形基体3的中心孔为原料组装的定位孔，以定位孔为基准，将中空硬质合金圆柱形基体3置于内壁为圆柱面的模具中，在中空硬质合金圆柱形基体3的外侧面与模具内壁之间填充内层2的原料并压实，得到组装体A；从模具中取出组装体A；然后以定位孔为基准，将组装体A置于内壁为滚花刀齿形的成型模具中，在所述组装体A的外侧面与成型模具内壁之间填充外层1的原料并压实，得到组装体B；再将组装体B装入石墨杯5中，如图2所示，石墨杯5为无顶面的杯状，石墨杯5的底面为平面，石墨杯5的外侧面为圆柱面，石墨杯5的内侧面为球冠面，石墨杯5的内侧面上的刀齿形状与超硬材料滚花刀的刀齿形状相对应，组装体B与石墨杯5内侧壁间垫有一圈铌片6，如图3所示，铌片6的齿形与组装体B的外周齿形一致，铌片6的展开后侧面为长方形，得到组装体C；再在组装体C的定位孔装入硬质合金圆柱体4，硬质合金圆柱体4的高度与组装体C的中心孔的高度相等，硬质合金圆柱体4与组装体C的中心孔紧密结合，得到组装件D12，如图1所示；将组装件D12放入石墨片7、钢圈8、叶蜡石粉压块9、和金属片10后得到组装件E，如图4所示；
c：烧结，将步骤b中得到的组装件E通过加热和加压烧结成型，先在1.3min内由0Pa升压到6GPa，后在1.5min内升温至1550℃，在6GPa、1550℃条件下保持8.5min，然后，经0.5min降低温度至1300℃，在6GPa、1300℃条件下保持4.5min，停止加热，保持压力6min，之后直接降温去压，烧结得到总厚度为4.5mm的超硬材料滚花刀坯体，所述内层和外层烧结后与中空硬质合金圆柱形基体呈一个整体，内层和外层在烧结后无明显的界面；
d：成品加工，利用平面磨削加工步骤c得到的超硬材料滚花刀坯体的上下两个端面，再研磨加工到要求的滚花刀的厚度h为12mm，得到中间品A；利用电火花加工方法与内孔研磨方法加工中间品A，得到具有沿轴向直径d为4mm的连接孔的中间品B11；利用电火花、激光、研磨的方法对中间品B11进行刀齿加工，得到直径D为12mm、总厚度为2mm的灯笼形超硬材料滚花刀，如图7所示，其外层1沿径向外周边沿周长方向分布多个刀齿，相邻刀齿间的夹角α为45°。如图12所示，当中间品B11的横轴向方向与所用的加工刀的刀齿方向的夹角β为45°时，该超硬材料滚花刀为灯笼形左斜纹超硬材料滚花刀。
实施例5
如图1～如图4所示，如图8和图13所示，一种超硬材料滚花刀的加工方法，超硬材料滚花刀包括超硬材料粉末与粘结剂粉末经烧结形成的烧结层，所述烧结层沿中空硬质合金圆柱形基体3的径向分为内层2和外层1，所述内层2和外层1的原料均为超硬材料粉末和粘结剂粉末的混合内层2为连接过渡层，外层1为刀齿应用层，所述加工方法包括以下步骤：
a：原料准备，内层2的超硬材料粉末为粒度为15μm的金刚石粉末，内层2的粘结剂粉末为粒度为10μm的Co粉末和粒度为5μm的Ni粉末，内层2组分按重量百分比计：金刚石粉末为80％，Co粉末为8％，Ni粉末为12％；外层1的超硬材料粉末为粒度为5μm的金刚石粉末和粒度为20μm的立方氮化硼粉末，外层1的粘结剂粉末为Co和Al粉末和陶瓷TiC和Si3N4粉末，Co粉末粒度为8μm，Al粉末粒度为3μm，陶瓷TiC粉末粒度为5μm，Si3N4粉末粒度为10μm，外层1组分按重量百分比计：金刚石粉末为50％，立方氮化硼粉末为35％，Co粉末为5％，Al粉末为4％，陶瓷TiC粉末为4％，陶瓷Si3N4粉末为2％；
b：模具组装，所述中空硬质合金圆柱形基体3的中心孔为原料组装的定位孔，以定位孔为基准，将中空硬质合金圆柱形基体3置于内壁为圆柱面的模具中，在中空硬质合金圆柱形基体3的外侧面与模具内壁之间填充内层2的原料并压实，得到组装体A；从模具中取出组装体A；然后以定位孔为基准，将组装体A置于内壁为滚花刀齿形的成型模具中，在所述组装体A的外侧面与成型模具内壁之间填充外层1的原料并压实，得到组装体B；再将组装体B装入石墨杯5中，如图2所示，石墨杯5为无顶面的杯状，石墨杯5的底面为平面，石墨杯5的外侧面为圆柱面，石墨杯5的内侧面为凹形双曲面，石墨杯5的内侧面上的刀齿形状与超硬材料滚花刀的刀齿形状相对应，组装体B与石墨杯5内侧壁间垫有一圈铌片6，如图3所示，铌片6的齿形与组装体B的外周齿形一致，铌片6的展开后侧面为长方形，得到组装体C；再在组装体C的定位孔装入硬质合金圆柱体4，硬质合金圆柱体4的高度与组装体C的中心孔的高度相等，硬质合金圆柱体4与组装体C的中心孔紧密结合，得到组装件D12，如图1所示；将组装件D12放入石墨片7、钢圈8、叶蜡石粉压块9、和金属片10后得到组装件E，如图4所示；
c：烧结，将步骤b中得到的组装件E通过加热和加压烧结成型，先在1.3min内由0Pa升压到6GPa，后在1.5min内升温至1550℃，在6GPa、1550℃条件下保持8.5min，然后，经0.5min降低温度至1300℃，在6GPa、1300℃条件下保持4.5min，停止加热，保持压力6min，之后直接降温去压，烧结得到总厚度为4.5mm的超硬材料滚花刀坯体，所述内层和外层烧结后与中空硬质合金圆柱形基体呈一个整体，内层和外层在烧结后无明显的界面；
d：成品加工，利用平面磨削加工步骤c得到的超硬材料滚花刀坯体的上下两个端面，再研磨加工到要求的滚花刀的厚度h为20mm，得到中间品A；利用电火花加工方法与内孔研磨方法加工中间品A，得到具有沿轴向直径d为8mm的连接孔的中间品B11；利用电火花、激光、研磨的方法对中间品B11进行刀齿加工，得到直径D为25mm、总厚度为5mm的凹形双曲面形超硬材料滚花刀，如图8所示，其外层1沿径向外周边沿周长方向分布多个刀齿，相邻刀齿间的夹角α为60°。如图13所示，当中间品B11的横轴向方向与所用的加工刀的刀齿方向的夹角β为135°时，该超硬材料滚花刀为凹形双曲面形的右斜纹超硬材料滚花刀。
实施例6
如图1～如图4所示，如图9和图14所示，一种超硬材料滚花刀的加工方法，超硬材料滚花刀包括超硬材料粉末与粘结剂粉末经烧结形成的烧结层，所述烧结层沿中空硬质合金圆柱形基体3的径向分为内层2和外层1，所述内层2和外层1的原料均为超硬材料粉末和粘结剂粉末的混合内层2为连接过渡层，外层1为刀齿应用层，所述加工方法包括以下步骤：
a：原料准备，内层2的超硬材料粉末为粒度为20μm的金刚石粉末，内层2的粘结剂粉末为粒度为6μm的Co粉末和粒度为12μm的Ni粉末，内层2组分按重量百分比计：金刚石粉末为80％，Co粉末为10％，Ni粉末为10％；外层1的超硬材料粉末为粒度为12μm的金刚石粉末和粒度为15μm的立方氮化硼粉末，外层1的粘结剂粉末为Co和Al粉末和陶瓷TiC和Si3N4粉末，Co粉末粒度为4μm，Al粉末粒度为7μm，陶瓷TiC粉末粒度为6μm，Si3N4粉末粒度为12μm，外层1组分按重量百分比计：金刚石粉末为48％，立方氮化硼粉末为30％，Co粉末为8％，Al粉末为6％，陶瓷TiC粉末为4％，陶瓷Si3N4粉末为4％；
b：模具组装，所述中空硬质合金圆柱形基体3的中心孔为原料组装的定位孔，以定位孔为基准，将中空硬质合金圆柱形基体3置于内壁为圆柱面的模具中，在中空硬质合金圆柱形基体3的外侧面与模具内壁之间填充内层2的原料并压实，得到组装体A；从模具中取出组装体A；然后以定位孔为基准，将组装体A置于内壁为滚花刀齿形的成型模具中，在所述组装体A的外侧面与成型模具内壁之间填充外层1的原料并压实，得到组装体B；再将组装体B装入石墨杯5中，如图2所示，石墨杯5为无顶面的杯状，石墨杯5的底面为平面，石墨杯5的外侧面为圆柱面，石墨杯5的内侧面为凸形双曲面，石墨杯5的内侧面上的刀齿形状与超硬材料滚花刀的刀齿形状相对应，组装体B与石墨杯5内侧壁间垫有一圈铌片6，如图3所示，铌片6的齿形与组装体B的外周齿形一致，铌片6的展开后侧面为长方形，得到组装体C；再在组装体C的定位孔装入硬质合金圆柱体4，硬质合金圆柱体4的高度与组装体C的中心孔的高度相等，硬质合金圆柱体4与组装体C的中心孔紧密结合，得到组装件D12，如图1所示；将组装件D12放入石墨片7、钢圈8、叶蜡石粉压块9、和金属片10后得到组装件E，如图4所示；
c：烧结，将步骤b中得到的组装件E通过加热和加压烧结成型，先在1.3min内由0Pa升压到6GPa，后在1.5min内升温至1550℃，在6GPa、1550℃条件下保持8.5min，然后，经0.5min降低温度至1300℃，在6GPa、1300℃条件下保持4.5min，停止加热，保持压力6min，之后直接降温去压，烧结得到总厚度为4.5mm的超硬材料滚花刀坯体，所述内层和外层烧结后与中空硬质合金圆柱形基体呈一个整体，内层和外层在烧结后无明显的界面；
d：成品加工，利用平面磨削加工步骤c得到的超硬材料滚花刀坯体的上下两个端面，再研磨加工到要求的滚花刀的厚度h为8mm，得到中间品A；利用电火花加工方法与内孔研磨方法加工中间品A，得到具有沿轴向直径d为6mm的连接孔的中间品B11；利用电火花、激光、研磨的方法对中间品B11进行刀齿加工，得到直径D为20mm、总厚度为3mm的凸形双曲面形超硬材料滚花刀，如图9所示，其外层1沿径向外周边沿周长方向分布多个刀齿，相邻刀齿间的夹角α为80°。如图14所示，当中间品B11的横轴向方向与所用的加工刀的刀齿方向的夹角β为135°和45°时，该超硬材料滚花刀为凸形双曲面形的网纹形式超硬材料滚花刀。
实施例7
如图1～如图4所示，如图5和图10所示，一种超硬材料滚花刀的加工方法，超硬材料滚花刀包括超硬材料粉末与粘结剂粉末经烧结形成的烧结层，所述烧结层沿中空硬质合金圆柱形基体3的径向分为内层2和外层1，所述内层2和外层1的原料均为超硬材料粉末和粘结剂粉末的混合内层2为连接过渡层，外层1为刀齿应用层，所述加工方法包括以下步骤：
a：原料准备，内层2的超硬材料粉末为粒度为20μm的金刚石粉末，内层2的粘结剂粉末为粒度为6μm的Co粉末和粒度为12μm的Ni粉末，内层2组分按重量百分比计：金刚石粉末为80％，Co粉末为5％，Ni粉末为15％；外层1的超硬材料粉末为粒度为12μm的金刚石粉末和粒度为15μm的立方氮化硼粉末，外层1的粘结剂粉末为Co和Al粉末和陶瓷TiC和Si3N4粉末，Co粉末粒度为4μm，Al粉末粒度为7μm，陶瓷TiC粉末粒度为6μm，Si3N4粉末粒度为12μm，外层1组分按重量百分比计：金刚石粉末为55％，立方氮化硼粉末为30％，Co粉末为4％，Al粉末为5％，陶瓷TiC粉末为2％，陶瓷Si3N4粉末为4％；
b：模具组装，所述中空硬质合金圆柱形基体3的中心孔为原料组装的定位孔，以定位孔为基准，将中空硬质合金圆柱形基体3置于内壁为圆柱面的模具中，在中空硬质合金圆柱形基体3的外侧面与模具内壁之间填充内层2的原料并压实，得到组装体A；从模具中取出组装体A；然后以定位孔为基准，将组装体A置于内壁为滚花刀齿形的成型模具中，在所述组装体A的外侧面与成型模具内壁之间填充外层1的原料并压实，得到组装体B；再将组装体B装入石墨杯5中，如图2所示，石墨杯5为无顶面的杯状，石墨杯5的底面为平面，石墨杯5的外侧面为圆柱面，石墨杯5的内侧面为圆柱面，石墨杯5的内侧面上的刀齿形状与超硬材料滚花刀的刀齿形状相对应，组装体B与石墨杯5内侧壁间垫有一圈铌片6，如图3所示，铌片6的齿形与组装体B的外周齿形一致，铌片6的展开后侧面为长方形，得到组装体C；再在组装体C的定位孔装入硬质合金圆柱体4，硬质合金圆柱体4的高度与组装体C的中心孔的高度相等，硬质合金圆柱体4与组装体C的中心孔紧密结合，得到组装件D12，如图1所示；将组装件D12放入石墨片7、钢圈8、叶蜡石粉压块9、和金属片10后得到组装件E，如图4所示；
c：烧结，将步骤b中得到的组装件E通过加热和加压烧结成型，先在1.3min内由0Pa升压到6GPa，后在1.5min内升温至1550℃，在6GPa、1550℃条件下保持8.5min，然后，经0.5min降低温度至1300℃，在6GPa、1300℃条件下保持4.5min，停止加热，保持压力6min，之后直接降温去压，烧结得到总厚度为4.5mm的超硬材料滚花刀坯体，所述内层和外层烧结后与中空硬质合金圆柱形基体呈一个整体，内层和外层在烧结后无明显的界面；
d：成品加工，利用平面磨削加工步骤c得到的超硬材料滚花刀坯体的上下两个端面，再研磨加工到要求的滚花刀的厚度h为15mm，得到中间品A；利用电火花加工方法与内孔研磨方法加工中间品A，得到具有沿轴向直径d为6mm的连接孔的中间品B11；利用电火花、激光、研磨的方法对中间品B11进行刀齿加工，得到直径D为15mm、总厚度为3mm的圆柱形超硬材料滚花刀，如图5所示，其外层1沿径向外周边沿周长方向分布多个刀齿，相邻刀齿间的夹角α为2°。如图10所示，当中间品B11的横轴向方向与所用的加工刀的刀齿方向的夹角β为0°时，该超硬材料滚花刀为圆柱形横直纹超硬材料滚花刀。
以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，仅仅用以解释本发明，并非限制本发明实施范围，故凡在本发明的构造、特征及原理所做的等效变化和改进等，均应包括于本发明申请专利范围内。
Claims (8)
1.一种超硬材料滚花刀的加工方法，超硬材料滚花刀包括超硬材料粉末与粘结剂粉末经烧结形成的烧结层，其特征在于，所述烧结层沿中空硬质合金圆柱形基体（3）的径向分为内层（2）和外层（1），所述内层（2）和外层（1）的原料均为超硬材料粉末和粘结剂粉末的混合，内层（2）为连接过渡层，外层（1）为刀齿应用层，所述加工方法包括以下步骤：
a：原料准备，所述内层（2）的超硬材料粉末为金刚石粉末，所述内层（2）的粘结剂粉末为Co和/或Ni粉末，所述外层（1）的超硬材料粉末为金刚石粉末与立方氮化硼粉末，所述外层（1）的粘结剂粉末为Co和/或Al粉末与陶瓷TiC和/或Si3N4粉末；
b：模具组装，所述中空硬质合金圆柱形基体（3）的中心孔为原料组装的定位孔，以定位孔为基准，将中空硬质合金圆柱形基体（3）置于内壁为圆柱面的模具中，在中空硬质合金圆柱形基体（3）的外侧面与模具内壁之间填充内层（2）的原料并压实，得到组装体A；从模具中取出组装体A；然后以定位孔为基准，将组装体A置于内壁与滚花刀齿形一致的成型模具中，在所述组装体A的外侧面与成型模具内壁之间填充外层（1）的原料并压实，得到组装体B；再将组装体B装入石墨杯（5）中，组装体B与石墨杯（5）内侧壁间垫有一圈铌片（6），得到组装体C；再将组装体C的定位孔装入硬质合金圆柱体（4），得到组装件D（12）；将组装件D（12）放入石墨片（7）、钢圈（8）、叶蜡石粉压块（9）、和金属片（10）后得到组装件E；
c：烧结，将步骤b中得到的组装件E通过加热和加压烧结成型，先在1.3min内由0Pa升压到6GPa，后在1.2min内升温至1450~1550℃，在6GPa、1450~1550℃条件下保持6.5~8.5min，然后，经0.5min降低温度至1200~1300℃，在6GPa、1200~1300℃条件下保持3.5~4.5min，停止加热，保持压力6min，之后直接降温去压，烧结得到超硬材料滚花刀坯体；
d：成品加工，利用平面磨削加工步骤c得到的超硬材料滚花刀坯体的上下两个端面，再研磨加工到厚度h为4~20mm的滚花刀，得到中间品A；利用电火花加工方法与内孔研磨方法加工中间品A，得到具有沿轴向直径d在4~8mm的连接孔的中间品B（11）；利用电火花、激光、研磨的方法对中间品B（11）进行刀齿加工，得到直径D为8～25mm的超硬材料滚花刀。
2.根据权利要求1所述的一种超硬材料滚花刀的加工方法，其特征在于，所述内层（2）组分按重量百分比计：金刚石粉末为80~90%，Co和/或Ni粉末为10~20%；所述外层（1）组分按重量百分比计：金刚石粉末为48~58%，立方氮化硼粉末为30~40%，Co和/或Al粉末为4~8%，陶瓷TiC和/或Si3N4粉末为2~4%。
3.根据权利要求1所述的一种超硬材料滚花刀的加工方法，其特征在于，所述超硬材料粉末粒度为5~20μm，粘结剂粉末粒度为1～15μm。
4.根据权利要求1所述的一种超硬材料滚花刀的加工方法，其特征在于，所述步骤b中石墨杯（5）为无顶面的杯状，石墨杯（5）的底面为平面，石墨杯（5）的外侧面为圆柱面，石墨杯（5）的内侧面为圆柱面、圆台面、球冠面、凹形双曲面或凸形双曲面，石墨杯（5）的内侧面上的刀齿形状与超硬材料滚花刀的刀齿形状相对应。
5.根据权利要求1所述的一种超硬材料滚花刀的加工方法，其特征在于，所述步骤b中铌片（6）的齿形与组装体B的外周齿形一致，铌片（6）的展开后侧面为长方形。
6.根据权利要求1所述的一种超硬材料滚花刀的加工方法，其特征在于，所述步骤b中硬质合金圆柱体（4）的高度与组装体C的中心孔的高度相等，硬质合金圆柱体（4）与组装体C的中心孔紧密结合。
7.根据权利要求1所述的一种超硬材料滚花刀的加工方法，其特征在于，所述步骤d中超硬材料滚花刀的总厚度为1～5mm。
8.根据权利要求1所述的一种超硬材料滚花刀的加工方法，其特征在于，所述内层和外层在经步骤c烧结后与中空硬质合金圆柱形基体呈一个整体，内层和外层在经步骤c烧结后无明显的界面。
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