CN107738077A - 整体pcbn圆形杆状切削刀具及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种整体PCBN圆形杆状切削刀具,它包括硬质合金刀柄和整体PCBN圆形杆状刀头;所述整体PCBN圆形杆状刀头包括硬质合金衬底层和设置在所述硬质合金衬底层一侧的聚晶立方氮化硼层,所述整体PCBN圆形杆状刀头上开设有排屑槽,所述排屑槽自所述聚晶立方氮化硼层延伸至所述硬质合金衬底层的中部。本发明还提供一种制备所述整体PCBN圆形杆状切削刀具的方法,包括制备PCBN复合圆棒胚料、制备整体PCBN圆形杆状刀头和焊接成型步骤。该方法能制备出结构复杂的整体PCBN圆形杆状切削刀具,扩展了PCBN刀具的应用范围、延长了刀具的使用寿命。

Description

整体PGBN圆形杆状切削刀具及其制备方法

技术领域

[0001]本发明属于机械加工工具,具体涉及一种整体PCBN圆形杆状切削刀具及其制备方 法。

背景技术

[0002]黑色金属是目前工业用量最大的金属材料,其切削加工一直是人们关注的重点, 特别是以不锈钢材料为代表的钢制品对刀具材料的要求非常高。需要兼具硬度、軔性、导 热、低摩擦等多方面因素。

[0003]目前刀具材料常用的有PCBN复合片、陶瓷、硬质合金、合金钢等,其中PCBN复合片 是黑色金属加工最有效的刀具,具体包括聚晶立方氮化硼层和硬质合金衬底层,但在圆形 杆状刀具(如钻头、丝锥、立铣刀等)领域,PCBN刀具一直未能大规模使用,原因是此类刀具 结构复杂,这类刀具材料通常选择容易加工的合金钢和硬质合金材料,因此该类刀具的使 用寿命普遍偏低,在高速加工过程中需要频繁换刀或者增加刀盘装载量,严重制约了加工 效率,同时提高了设备的成本,而采用现有的硬质合金刀具钎焊PCBN工艺同样无法切割出 三维或形状较为复杂的PCBN钎焊片。

[0004] 为了解决以上存在的问题,人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

[0005] 本发明的目的是针对现有技术的不足,从而提供一种易于加工且寿命长的整体 PCBN圆形杆状切削刀具及其制备方法。

[0006] 为了实现上述目的,本发明所采用的技术方案是:一种整体PCBN圆形杆状切削刀 具,它包括硬质合金刀柄和焊接在所述硬质合金刀柄上的整体PCBN圆形杆状刀头; 所述整体PCBN圆形杆状刀头包括硬质合金衬底层和设置在所述硬质合金衬底层一侧 的聚晶立方氮化硼层,所述硬质合金衬底层的另一侧与所述硬质合金刀柄相焊接; 所述整体PCBN圆形杆状刀头上开设有排肩槽,所述排肩槽自所述聚晶立方氮化硼层延 伸至所述硬质合金衬底层的中部,位于所述聚晶立方氮化硼层上的排屑槽边沿形成刀刃。

[0007] 基于上述,所述排肩槽为螺旋形排肩槽。

[0008] 基于上述,所述整体PCBN圆形杆状刀头为圆形杆状钻头。

[0009] 基于上述,所述整体PCBN圆形杆状刀头为圆形杆状立铣刀。

[0010] 基于上述,所述聚晶立方氮化硼层外周面还设置有切削锥和校准螺纹,形成整体 PCBN圆形杆状丝锥。

[0011] 本发明还提供一种制备上述整体PCBN圆形杆状切削刀具的方法,具体包括以下步 骤: 制备PCBN复合圆棒胚料:采用金刚石微粉溶液对PCBN复合片进行表面研磨1 h〜I5 h; 然后采用电火花切割设备对研磨后的所述PCBN复合片进行切割,得到PCBN复合圆棒胚料; 制备整体PCBN圆形杆状刀头:采用激光加工设备在所述PCBN复合圆棒胚料上加工所述 排肩槽;然后米用陶瓷结合剂金刚石砂轮以450 m/s〜550 m/s的线速度对位于所述聚晶立 方氮化硼层上的排肩槽边沿进行磨削加工,形成刀刃,制得整体PCBN圆形杆状刀头; 焊接成型:在真空度为10—6〜H^Pa、焊接温度为500°C〜900°C的条件下,将所述整体 PCBN圆形杆状刀头焊接在硬质合金刀柄上,制得整体PCBN圆形杆状切削刀具。

[0012]基于上述,在所述制备PCBN复合圆棒胚料步骤中,所述金刚石微粉溶液中所含金 刚石微粉的质量百分数为1%〜50%且所述金刚石微粉的粒径为1 um〜150 wn; 采用电火花切割设备对研磨后的所述PCBN复合片进行切割的工艺参数为:开路电压 100 V〜180 V、峰值电流6 A〜18 A、脉冲宽度4 us〜30 ys、脉冲间歇10 us〜50 ys、切割 速度1.3 mm/min〜4_1 mm/min、切割次数1〜5次。

[0013] 基于上述,在所述制备整体PCBN圆形杆状刀头步骤中,采用激光加工设备在所述 PCBN复合圆棒胚料上加工所述排肩槽的加工工艺参数为:激光功率60 W〜100 W、切割速度 60 mm/min〜80 mm/min、脉冲频率30 Hz〜80 Hz。

[0014] 其中,当所述整体PCBN圆形杆状刀头为整体PCBN圆形杆状丝锥时,所述制备整体 PCBN圆形杆状刀头步骤中还包括采用所述陶瓷结合剂金刚石砂轮在所述聚晶立方氮化硼 层外周面上磨削加工切削锥和校准螺纹。

[0015]本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步,具体地说,本发明所 提供的整体PCBN圆形杆状切削刀具从PCBN复合片上切割出PCBN复合圆棒胚料作为加工整 体PCBN圆形杆状刀头的胚料,使得可以采用激光加工设备在该PCBN复合圆棒胚料上加工出 复杂结构的PCBN材质刀具,从而扩展了PCBN刀具的应用范围,使其可以加工结构较为复杂 的黑色金属,同时与现有的钎焊PCBN材质刀具相比,由于省略了钎焊的步骤,从而延长了刀 具的使用寿命。本发明还提供一种制备上述整体PCBN圆形杆状切削刀具的方法,该方法步 骤简单、易于工业化生产。

附图说明

[0016] 图1是本发明中PCBN复合圆棒胚料结构示意图。

[0017] 图2是本发明中实施例1提供的整体PCBN圆形杆状切削刀具的结构示意图。

[0018] 图3是本发明中实施例2提供的整体PCBN圆形杆状切削刀具的结构示意图。

[0019] 图中:1、硬质合金刀柄;2、硬质合金衬底层;3、聚晶立方氮化硼层;4、刀刃;5、排屑 槽;6、焊缝。

具体实施方式

[0020] 下面通过具体实施方式,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

[0021] 实施例1 本实施例提供一种整体PCBN圆形杆状切削刀具,如图1和图2所示,它包括硬质合金刀 柄1和焊接在所述硬质合金刀柄1上的整体PCBN圆形杆状刀头; 所述整体PCBN圆形杆状刀头包括硬质合金衬底层2和设置在所述硬质合金衬底层2— 侧的聚晶立方氮化硼层3,所述硬质合金衬底层2的另一侧与所述硬质合金刀柄1相焊接,两 者之间形成一层焊缝6。

[0022] 具体地,如图2所示,所述整体PCBN圆形杆状刀头上开设有排肩槽5,所述排肩槽5 自所述聚晶立方氮化硼层3延伸至所述硬质合金衬底层2的中部,位于所述聚晶立方氮化硼 层3上的排屑槽边沿形成刀刃4。

[0023] 本实施例中,所述排屑槽5为螺旋形排屑槽,所述整体PCBN圆形杆状刀头为圆形杆 状立铣刀。

[0024] 本实施例还提供一种制备上述整体PCBN圆形杆状切削刀具的方法,具体包括以下 步骤: 制备PCBN复合圆棒胚料:采用金刚石微粉溶液对PCBN复合片进行表面研磨15 h;然后 采用电火花切割设备对研磨后的所述PCBN复合片进行切割,得到PCBN复合圆棒胚料; 制备整体PCBN圆形杆状刀头:采用激光加工设备在所述PCBN复合圆棒胚料上加工所述 排肩槽;然后采用陶瓷结合剂金刚石砂轮以550 m/s的线速度对位于所述聚晶立方氮化硼 层上的排肩槽边沿进行磨削加工,形成刀刃,制得整体PCBN圆形杆状刀头; 焊接成型:在真空度为1 〇_6Pa、焊接温度为900°C的条件下,将所述整体PCBN圆形杆状 刀头焊接在硬质合金刀柄上,制得整体PCBN圆形杆状切削刀具。

[0025] 其中,在所述制备PCBN复合圆棒胚料步骤中,所述金刚石微粉溶液中所含金刚石 微粉的质量百分数为50%且所述金刚石微粉的粒径为150 mi; 采用电火花切割设备对研磨后的所述PCBN复合片进行切割的工艺参数为:开路电压 120 V、峰值电流8 A、脉冲宽度20 us、脉冲间歇20 us、切割速度2.7 mm/min、切割次数3次。

[0026] 在所述制备整体PCBN圆形杆状刀头步骤中,采用激光加工设备在所述PCBN复合圆 棒胚料上加工排肩槽的加工工艺参数为:激光功率85 W、切割速度65 ram/min、脉冲频率5〇 Hz〇

[0027] 实施例2 本实施例提供一种整体PCBN圆形杆状切削刀具,如图1和图3所示,它包括硬质合金刀 柄1和焊接在所述硬质合金刀柄1上的整体PCBN圆形杆状刀头; 所述整体PCBN圆形杆状刀头包括硬质合金衬底层2和设置在所述硬质合金衬底层2— 侧的聚晶立方氮化硼层3,所述硬质合金衬底层2的另一侧与所述硬质合金刀柄1相焊接; 所述整体PCBN圆形杆状刀头上开设有排肩槽5,所述排屑槽5自所述聚晶立方氮化硼层 3延伸至所述硬质合金衬底层2的中部,位于所述聚晶立方氮化硼层3上的排屑槽边沿形成 刀刃。所述排肩槽5为螺旋形排屑槽。

[0028] 具体地,本实施例中,所述整体PCBN圆形杆状刀头为圆形杆状钻头。

[0029] 本发明还提供一种制备上述整体PCBN圆形杆状切削刀具的方法,具体步骤与实施 例1中的步骤大致相同,不同之处在于: 本实施例中,在所述制备PCBN复合圆棒胚料步骤中,所述金刚石微粉溶液中所含金刚 石微粉的质量百分数为30%且所述金刚石微粉的粒径为8〇 Mi; 采用电火花切割设备对研磨后的所述PCBN复合片进行切割的工艺参数为:开路电压 180 V、峰值电流6 A、脉冲宽度20 ys、脉冲间歇20 ys、切割速度2 mm/min、切割次数2次。

[0030] 在所述制备整体PCBN圆形杆状刀头步骤中,采用激光加工设备在所述PCBN复合圆 棒胚料上加工排肩槽的加工工艺参数为:激光功率80 W、切割速度70 mm/min、脉冲频率60 Hz〇

[0031] 实施例3 本实施例提供一种整体PCBN圆形杆状切削刀具,具体结构与实施例2中的结构大致相 同,不同之处在于: 本实施例中,所述聚晶立方氮化硼层外周面还设置有切削锥和校准螺纹,形成整体 PCBN圆形杆状丝锥。

[0032] 本实施例还提供一种制备上述整体PCBN圆形杆状切削刀具的方法,具体步骤与实 施例2中的步骤大致相同,不同之处在于: 本实施例中,所述制备整体PCBN圆形杆状刀头步骤中还包括采用所述陶瓷结合剂金刚 石砂轮在所述聚晶立方氮化硼层外周面上磨削加工切削锥和校准螺纹的分步骤。

[0033]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制;尽 管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然 可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换;而不脱离本发 明技术方案的精神,其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (8)

  1. i .一种整体PCBN圆形杆状切削刀具,其特征在于:它包括硬质合金刀柄和焊接在所述 硬质合金刀柄上的整体PCBN圆形杆状刀头; 所述整体PCBN圆形杆状刀头包括硬质合金衬底层和设置在所述硬质合金衬底层一侧 的聚晶立方氮化硼层,所述硬质合金衬底层的另一侧与所述硬质合金刀柄相焊接; 所述整体PCBN圆形杆状刀头上开设有排屑槽,所述排肩槽自所述聚晶立方氮化硼层延 伸至所述硬质合金衬底层的中部。
  2. 2. 根据权利要求1所述的整体PCBN圆形杆状切削刀具,其特征在于:所述排肩槽为螺旋 形排屑槽。
  3. 3. 根据权利要求2所述的整体PCBN圆形杆状切削刀具,其特征在于:所述整体PCBN圆形 杆状刀头为圆形杆状钻头。
  4. 4. 根据权利要求2所述的整体PCBN圆形杆状切削刀具,其特征在于:所述整体PCBN圆形 杆状刀头为圆形杆状立铣刀。 _
  5. 5. 根据权利要求2所述的整体PCBN圆形杆状切削刀具,其特征在于:所述聚晶立方氮化 硼层外周面还设置有切削锥和校准螺纹,形成整体PCBN圆形杆状丝锥。
  6. 6. 一种制备权利要求丨〜4任一项所述的整体PCBN圆形杆状切削刀具的方法,具体包括 以下步骤: 制备PCBN复合圆棒胚料:采用金刚石微粉溶液对PCBN复合片进行表面研磨1 h〜15 h; 然后采用电火花切割设备对研磨后的所述PCBN复合片进行切割,得到PCBN复合圆棒胚料; 制备整体PCBN圆形杆状刀头:采用激光加工设备在所述PCBN复合圆棒胚料上加工所述 排屑槽;然后采用陶瓷结合剂金刚石砂轮以450 m/s〜550 m/s的线速度对位于所述聚晶立 方氮化硼层上的排肩槽边沿进行磨削加工形成刀刃,制得整体PCBN圆形杆状刀头; 焊接成型:在真空度为10 6〜l〇_1Pa、焊接温度为500°C〜900°C的条件下,将所述整体 PCBN圆形杆状刀头焊接在所述硬质合金刀柄上,制得整体PCBN圆形杆状切削刀具。
  7. 7. 根据权利要求6所述的制备整体PCBN圆形杆状切削刀具的方法,其特征在于,在所 述制备PCBN复合圆棒胚料步骤中,所述金刚石微粉溶液中所含金刚石微粉的质量百分数为 1%〜50%且所述金刚石微粉的粒径为1 wi〜150 um; 采用电火花切割设备对研磨后的所述PCBN复合片进行切割的工艺参数为:开路电压 100 V〜180 V、峰值电流6 A〜18 A、脉冲宽度4 ys〜30 ys、脉冲间歇10 ys〜5〇 US、切割 速度1.3 mm/min〜4.1 mm/min、切割次数1〜5次。
  8. 8. 根据权利要求7所述的制备整体PCBN圆形杆状切削刀具的方法,其特征在于,在所 述制备整体PCBN圆形杆状刀头步骤中,采用激光加工设备在所述PCBN复合圆棒胚料上加工 所述排肩槽的加工工艺参数为:激光功率60 W〜100 W、切割速度60 mm/min〜80 mm/min、 脉冲频率30 Hz〜80 Hz。
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