CN106984913B - 一种金刚石刀具全激光制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种金刚石刀具全激光制作方法，包括以下步骤，S1：金刚石复合片切割；采用激光方法将一整块金刚石复合片切割成若干块金刚石刀片；S2：加工刀具基体；在金刚石刀片焊接部位铲磨刀具基体后刀面，且保证刀具基体比金刚石刀片成型尺寸小0.1‑0.15mm；S3：将金刚石刀片和刀具基体固定到激光工作台上，并将金刚石刀片焊接到刀具基体上，制备金刚石刀具；S4：将步骤S3制备得到的金刚石刀具固定到激光工作台上，根据要求选择加工工艺，使激光在金刚石刀具上通过刻蚀作用去除多余的金刚石材料，加工出完整的金刚石刀具；S5：用工业酒精或者丙酮溶液清洗金刚石刀具表面；加工处理完成，本发明加工效率高，对人工技术水平要求不高，适合于大规模工业生产。

Description

一种金刚石刀具全激光制作方法
[技术领域]
本发明涉及金刚石刀具制作技术领域，尤其涉及一种充分利用激光能量高，定向性好，自动化程度高，稳定性好，可以满足多种技术要求的金刚石刀具全激光制作方法。
[背景技术]
近年来，随着科学技术的发展，通讯、航空航天等领域各项技术都得到了长足的发展。相应的，其对材料性能及加工技术的要求也日益提高。各种新型材料，如陶瓷、超硬玻璃材料、碳纤维增强塑料及颗粒增强金属基复合材料，得到了广泛的应用。这些材料具有许多良好的性能：如耐磨性极好、强度高、热膨胀系数小等，因而，也决定了对它们加工时要求刀具质量非常高。金刚石刀具高硬度、高耐磨性、高热导率、低摩擦系数、低热膨胀系数等优异特性，它是一种理想的新型材料加工工具。然而，也正是由于金刚石刀具的这种超硬特性，使得金刚石刀具的加工遭遇了极大的挑战。
目前金刚石刀具常规加工工艺中，首先是采用机械法将一整块金刚石复合片切割成若干块金刚石刀片，然后将切割好的金刚石刀片钎焊到基体上，最后采用机械刃磨法对刀具进行开刃。
但是该方法在机械法或者电火花在切割金刚石刀片过程中材料利用率低，机械法在切割过程中由于切缝过大，无法加工边界等缺点导致边界及材料浪费，而电火花在切割过程中容易出现切缝边缘炭化发黑等现象，切割边缘粗糙，进而降低材料的利用率，而目前金刚石本身的成本很高。
金刚石钎焊实际就是靠低温钎料熔化连接刀具与基体，但是钎焊时升温速度快，钎料熔化控制难度大，导致结合强度低，切割过程中承载能力差，在高速切削特别是干切时，刀头摩擦受热导致钎料熔化，容易造成刀头脱落，易造成意外事故。
机械刃磨方法本质是金刚石与金刚石的对研。从工业应用角度来说，机械刃磨方法工艺最简单，设备也比较低廉。金刚石刀具在传统的机械刃磨过程中，研磨盘转速高，研磨压力和研磨接触面的摩擦力大，故刀具刃磨效率高。但由于这种刃磨方法具有不连续的冲击作用，要得到刃口钝圆半径小于70-80nm的金刚石刀具比较困难。该方法对工人经验要求较高，不利于刀具的大规模生产。由于砂轮形状的限制无法加工出形状复杂的刀具。
基于上述问题，怎么才能提高生产效率，简化工艺流程，保证整个生产过程的安全，是本领域的技术人员经常考虑的问题，经过多次实验和长久的研发，也取得了较好的成绩。
[发明内容]
为克服现有技术所存在的问题，本发明提供一种充分利用激光能量高，定向性好，自动化程度高，稳定性好，可以满足多种技术要求的金刚石刀具全激光制作方法。
本发明解决技术问题的方案是提供一种金刚石刀具全激光制作方法，包括以下步骤，
S1：金刚石复合片切割；采用激光方法将一整块金刚石复合片切割成若干块金刚石刀片；
S2：加工刀具基体；在金刚石刀片焊接部位铲磨与金刚石刀片相吻合的刀具基体后刀面，且保证刀具基体比金刚石刀片成型尺寸小0.1-0.15mm，以便对金刚石刀片进行刃口加工时，不加工到刀具基体；
S3：将金刚石刀片和刀具基体固定到激光工作台上，并将金刚石刀片焊接到刀具基体上，制备得到金刚石刀具；
S4：将步骤S3制备得到的金刚石刀具固定到激光工作台上，根据要求选择加工工艺，使激光在金刚石刀具上通过刻蚀作用去除多余的金刚石材料，加工出完整的金刚石刀具；
S5：用工业酒精或者丙酮溶液清洗金刚石刀具表面；加工处理完成。
优选地，所述步骤S1中所采用厚度为0.3mm，直径为74mm的金刚石复合片进行切割处理。
优选地，所述步骤S1中对金刚石复合片的切割采用1064nm的连续光纤激光，光纤激光的功率为200W，频率为5kHz，速度为5mm/s。
优选地，在所述步骤S3之前，采用蒸汽清洗刀具基体和金刚石刀片表面，并吹干表面水蒸气。
优选地，所述步骤S3中将金刚石刀片焊接到刀具基体上的激光器所发射的激光为1064nm的QCW准连续光纤激光，功率为150W，频率为0.5kHz，速度为5mm/s。
优选地，所述步骤S4中对金刚石刀具进行蚀刻处理采用扫描激光的加工方式；且采用波长为1064nm的纳秒激光器或皮秒激光器。
优选地，所述步骤S4中对金刚石刀具进行蚀刻处理采用1064nm的纳秒脉冲激光，脉冲宽度为20ns，功率为100W，脉冲重复频率为100kHz，速度为100mm/s。
优选地，所述步骤S4加工得到的完整的金刚石刀具包括平整前刀面、后刀面、刃口以及排削槽。
与现有技术相比，本发明一种金刚石刀具全激光制作方法采用全激光方法制备金刚石刀具，能够一次性加工出成型的刀具，加工效率显著得以提高，激光切缝窄、热损伤区域小，进而有效的提升了金刚石材料的利用率，有效降低生产成本，且制备的金刚石刀具表面光滑、轮廓清晰，利用飞秒激光超高的瞬间功率密度特性，能够瞬间对金刚石表面产生微小破坏，破坏区域较小(可以达到几个微米甚至亚微米量级)，且对破坏区域周围材料的影响也较小，可以形成一个非常光滑的破坏区域，采用扫描激光进行刻蚀，可以制作形状复杂的高精度的金刚石刀具，本发明加工效率高，对人工技术水平要求不高，适合于大规模工业生产。
[附图说明]
图1是本发明一种金刚石刀具全激光制作方法的工艺流程示意图。
[具体实施方式]
为使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定此发明。
请参阅图1，本发明一种金刚石刀具全激光制作方法1包括以下步骤：
S1：金刚石复合片切割；采用激光方法将一整块金刚石复合片切割成若干块金刚石刀片；
S2：加工刀具基体；在金刚石刀片焊接部位铲磨与金刚石刀片相吻合的刀具基体后刀面，且保证刀具基体比金刚石刀片成型尺寸小0.1-0.15mm，以便对金刚石刀片进行刃口加工时，不加工到刀具基体；
S3：将金刚石刀片和刀具基体固定到激光工作台上，并将金刚石刀片焊接到刀具基体上，制备得到金刚石刀具；
S4：将步骤S3制备得到的金刚石刀具固定到激光工作台上，根据要求选择加工工艺，使激光在金刚石刀具上通过刻蚀作用去除多余的金刚石材料，加工出完整的金刚石刀具；激光开刃实际就是将激光束照射到金刚石表面，引起金刚石表面升温，使被加热的金刚石发生蒸发、气化或石墨化，进而去除金刚石材料，故该方法也叫激光烧蚀。激光烧蚀法一般采用1-100Hz的单束或多束Nd-YAG激光照射金刚石刀具表面使照射表面在局部高温作用下发生烧蚀，由于该方法为非接触式加工，刀具的加工变形及热变形小，加工速度快、效率高，对人工技能经验的要求较低，便于金刚石刀具大规模工业化生产。
S5：用工业酒精或者丙酮溶液清洗金刚石刀具表面；加工处理完成。
优选地，所述步骤S1中所采用厚度为0.3mm，直径为74mm的金刚石复合片进行切割处理。
优选地，所述步骤S1中对金刚石复合片的切割采用1064nm的连续光纤激光，光纤激光的功率为200W，频率为5kHz，速度为5mm/s。
所述步骤S2中作为前刀面的单晶金刚石表面光滑、平整、无划痕，不仅能提高被加工工件的表面整洁度，并且减少与切削的摩擦，避免切削遗留于前刀面。
优选地，在所述步骤S3之前，采用蒸汽清洗刀具基体和金刚石刀片表面，并吹干表面水蒸气。
优选地，所述步骤S3中将金刚石刀片焊接到刀具基体上的激光器所发射的激光为1064nm的QCW准连续光纤激光，功率为150W，频率为0.5kHz，速度为5mm/s。
优选地，所述步骤S4中对金刚石刀具进行蚀刻处理采用扫描激光的加工方式；且采用波长为1064nm的纳秒激光器或皮秒激光器。
优选地，所述步骤S4中对金刚石刀具进行蚀刻处理采用1064nm的纳秒脉冲激光，脉冲宽度为20ns，功率为100W，脉冲重复频率为100kHz，速度为100mm/s。
优选地，所述步骤S4加工得到的完整的金刚石刀具包括平整前刀面、后刀面、刃口以及排削槽。
本激光加工方式相对于线切割，激光切割定位精度高，切缝窄，切口宽度一般为0.1-0.2ram，切割面光滑，无接触切割，切边受热影响很小，且可以按照金刚石片的不同形状进行裁切，能最大限度的提高材料的利用率，激光切割速度快，噪声低，无污染。
激光焊接实质就是将高强度激光直接辐射至材料表面，材料吸收的光能通过热传导向内部扩散，使工件熔化并达到一定的熔深，相比其他的焊接方式焊接热影响区比较小，焊缝深度能达到1.5-4mm，宽度只有0.5-1.5mm，而且激光的聚焦光斑直径仅仅是在0.1-0.3mm之间，该方法有效的提高了刀具的尺寸精度高，且焊接强度要高于其他的焊接方式，切削过程中刀头脱落的概率明显降低。
与现有技术相比，本发明一种金刚石刀具全激光制作方法1采用全激光方法制备金刚石刀具，能够一次性加工出成型的刀具，加工效率显著得以提高，激光切缝窄、热损伤区域小，进而有效的提升了金刚石材料的利用率，有效降低生产成本，且制备的金刚石刀具表面光滑、轮廓清晰，利用飞秒激光超高的瞬间功率密度特性，能够瞬间对金刚石表面产生微小破坏，破坏区域较小(可以达到几个微米甚至亚微米量级)，且对破坏区域周围材料的影响也较小，可以形成一个非常光滑的破坏区域，采用扫描激光进行刻蚀，可以制作形状复杂的高精度的金刚石刀具，本发明加工效率高，对人工技术水平要求不高，适合于大规模工业生产。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种金刚石刀具全激光制作方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1：金刚石复合片切割；采用激光方法将一整块金刚石复合片切割成若干块金刚石刀片；该金刚石复合片为厚度为0.3mm，直径为74mm的金刚石复合片；且利用1064nm的连续光纤激光对金刚石复合片进行切割，光纤激光的功率为200W，频率为5kHz，速度为5mm/s；
S2：加工刀具基体；在金刚石刀片焊接部位铲磨与金刚石刀片相吻合的刀具基体后刀面，且保证刀具基体比金刚石刀片成型尺寸小0.1-0.15mm，以便对金刚石刀片进行刃口加工时，不加工到刀具基体；
S3：将金刚石刀片和刀具基体固定到激光工作台上，并将金刚石刀片焊接到刀具基体上，制备得到金刚石刀具；
S4：将步骤S3制备得到的金刚石刀具固定到激光工作台上，根据要求选择加工工艺，使激光在金刚石刀具上通过刻蚀作用去除多余的金刚石材料，加工出完整的金刚石刀具；
S5：用工业酒精或者丙酮溶液清洗金刚石刀具表面；加工处理完成。
2.如权利要求1所述的一种金刚石刀具全激光制作方法，其特征在于：所述步骤S3之前，采用蒸汽清洗刀具基体和金刚石刀片表面，并吹干表面水蒸气。
3.如权利要求1或2所述的一种金刚石刀具全激光制作方法，其特征在于：所述步骤S3中将金刚石刀片焊接到刀具基体上的激光器所发射的激光为1064nm的QCW准连续光纤激光，功率为150W，频率为0.5kHz，速度为5mm/s。
4.如权利要求1所述的一种金刚石刀具全激光制作方法，其特征在于：所述步骤S4中对金刚石刀具进行蚀刻处理采用扫描激光的加工方式；且采用波长为1064nm的纳秒激光器或皮秒激光器。
5.如权利要求1所述的一种金刚石刀具全激光制作方法，其特征在于：所述步骤S4中对金刚石刀具进行蚀刻处理采用1064nm的纳秒脉冲激光，脉冲宽度为20ns，功率为100W，脉冲重复频率为100kHz，速度为100mm/s。
6.如权利要求1或4或5所述的一种金刚石刀具全激光制作方法，其特征在于：所述步骤S4加工得到的完整的金刚石刀具包括平整前刀面、后刀面、刃口以及排削槽。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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Effective date of registration: 20220111

Address after: 518000 1st floor, Tsinghua Ziguang science and Technology Park, No.13, Langshan Road, north high tech Zone, Nanshan District, Shenzhen City, Guangdong Province

Patentee after: SHENZHEN GUANGYUNDA LASER APPLICATION TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Address before: 518000 1st floor, Tsinghua Ziguang science and Technology Park, No.13, Langshan Road, north high tech Zone, Nanshan District, Shenzhen City, Guangdong Province

Patentee before: SHENZHEN GUANGYUNDA LASER APPLICATION TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Patentee before: Wuhan intilai Laser Technology Co., Ltd

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