CN109108590A - 一种多刃精加工刀具的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多刃精加工刀具的制造方法，包括：取硬质合金形成刀柄粗胚；对所述刀柄粗胚进行截断，磨外圆形成所需尺寸的刀柄；取硬质合金形成硬质合金层；在所述硬质合金层上烧结成型出聚晶金刚石层；将所述刀柄与所述硬质合金层焊接在一起；对所述聚晶金刚层进行电腐蚀加工以形成切削刃。本发明由于对聚晶金刚层采用了电腐蚀加工的方式，能够使得切削刃具备更为复杂的轮廓，使其能够加工更多复杂的工件。

Description

一种多刃精加工刀具的制造方法

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，具体涉及一种多刃精加工刀具的制造 方法。

背景技术

金刚石刀具具备极高硬度和耐磨性、高热导率、低热膨胀系数、低摩 擦系数、与非铁金属亲和力小等特点，使其在高速切削中获得很高的加工 精度和加工效率，基于此金刚石刀具的使用越来越广泛。

金刚石刀具的加工特性是由金刚石的晶体结构所决定的，在金刚石晶 体中，每一个碳原子与四个相邻碳原子组成共价键，在空间上呈正四面体 结构，这种结构的碳原子间结合力极高，在宏观上表现出极高的硬度。

目前，金刚石刀具主要有单晶金刚石(MCD)刀具、聚晶金刚石(PCD) 刀具和金刚石涂层刀具。由于金刚石结构的特性，其性能的方向性很强， 单晶金刚石易沿其解理面裂开；聚晶金刚石由取向不一的细金刚石晶粒烧 结而成，表现为各相同性，不易沿其解理面裂开；金刚石涂层刀具，通过 控制沉积工艺，也可获得各向同性的金刚石涂层，所以不易沿其解理面裂 开。

另外，聚晶金刚石刀具和金刚石涂层刀具相比较，后者存在金刚石涂 层与硬质合金基底结合力弱、涂层与基底间热膨胀系数差别较大而产生内 应力等问题，金刚石涂层刀具在高速铣削时易发生涂层剥落，导致涂层失 效。至于前者虽然由于加入粘合剂，其硬度和耐磨性低于金刚石涂层刀具， 但其由于不存在金刚石涂层刀具严重的结合力问题，其使用较之前者更为 广泛。

针对聚晶金刚石刀具而言，其仍然具有高硬度的特点，因此现有技术 中这类刀具限于制造工艺等因素往往只具备单刃、双刃或者四刃，且这些 刀刃的轮廓形状比较单一，只具备简单几何轮廓的刀头外形，这类聚晶金 刚石刀具在加工时，由于具有较少的刀刃，使得每个刀刃的切削量大，切 削量大必将引起较大的磨损，从而最终使得这类刀具的寿命较短，往往打 磨十件～二十件工件，就需要更换刀具，造成材料的浪费，同时由于刀刃 较少且刀头外形简单，容易引起加工后工件表面的精糙度较大，甚至产生 毛边，造成工件品质低的问题。同时，较少的刀刃必将使得加工效率受到 限制。另外，简单几何轮廓的刀头无法加工复杂结构的工件。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明需要提供一种多刃精加工刀具的制造方法。

根据本发明的实施例，该制造方法包括：

取硬质合金形成刀柄粗胚；

对所述刀柄粗胚进行截断，磨外圆形成所需尺寸的刀柄；

取硬质合金形成硬质合金层；

在所述硬质合金层上烧结成型出聚晶金刚石层；

将所述刀柄与所述硬质合金层焊接在一起；及

对所述聚晶金刚层进行电腐蚀加工以形成切削刃。

作为所述制造方法的进一步可选方案，所述对所述聚晶金刚层进行电 腐蚀加工以形成切削刃是通过电火花腐蚀机来完成的。

作为所述制造方法的进一步可选方案，所述电火花腐蚀机为孚尔默QXD250。

作为所述制造方法的进一步可选方案，所述对所述聚晶金刚层进行电 腐蚀加工以形成切削刃包括：

磨削所述聚晶金刚石层的外圆直径；

用成型电极加工出切削刃的轮廓；

开排屑槽，直至所述切削刃具有预定刃宽；及

加工中心避空。

作为所述制造方法的进一步可选方案，在所述硬质合金层上烧结成型 出聚晶金刚石层与将所述刀柄与所述硬质合金层焊接在一起之间还包括对 所述刀柄及所述硬质合金层的焊接面打磨抛光的步骤。

作为所述制造方法的进一步可选方案，所述打磨抛光通过平面磨床实 现。

作为所述制造方法的进一步可选方案，所述焊接面的粗糙度不超过 Ra0.4。

作为所述制造方法的进一步可选方案，所述将所述刀柄与所述硬质合 金层焊接在一起包括：

在所述刀柄及所述硬质合金层的焊接面上涂覆焊接膏；

采用焊接夹具对所述刀柄及所述硬质合金层进行固定；

将所述刀柄及所述硬质合金层至于真空焊接炉中进行真空焊接；及

冷却。

作为所述制造方法的进一步可选方案，所述真空焊接的焊接温度为 600℃～700℃，焊接时长为2～3个小时。

作为所述制造方法的进一步可选方案，所述硬质合金为碳化钨基硬质 合金。

本发明的有益效果：

依据以上实施例中的多刃精加工刀具的制造方法，由于对聚晶金刚层 采用了电腐蚀加工的方式，能够使得切削刃具备更为复杂的轮廓，使其能 够加工更多复杂的工件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需 要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些 实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了根据本发明实施所提供的多刃精加工刀具的构成图；

图2示出了根据本发明实施例一所提供的一种多刃精加工刀具的立体 图；

图3示出了图2中A局部的局部放大图；

图4示出了根据本发明实施例一所提供的一种多刃精加工刀具的俯视 图；

图5示出了根据本发明实施例二所提供的一种多刃精加工刀具的立体 图；

图6示出了图5中B局部的局部放大图；

图7示出了根据本发明实施例二所提供的一种多刃精加工刀具的俯视 ；

图8示出了根据本发明实施所提供的一种多刃精加工刀具的制造方法 流程图。

主要元件符号说明：

100-刀柄；200-刀头；210-硬质合金层；220-聚晶金刚石层；221-切削 刃；222-排屑槽；2211-第一倾斜段；2212-第二倾斜段；2213-凸台；2214- 正面；2215-背面。；

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其 中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功 能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发 明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、 “长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖 直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、 “径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置 关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装 置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解 为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或 暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第 一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在 本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的 限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连 接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可 拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相 连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元 件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况 理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上” 或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒 介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可 是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高 于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第 一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第 二特征。

请参考图1-7，本发明的实施方式中，提供了一种多刃精加工刀具，该 多刃精加工刀具用于对工件的精加工。该多刃精加工刀具包括刀柄100及 固定连接在刀柄100头部的刀头200，刀头200包括由硬质合金所形成的硬 质合金层210及固定连接在硬质合金层210上的聚晶金刚石层220，聚晶金 刚石层220具有多条切削刃221，切削刃221倾斜布置，且切削刃221包括 沿着刀头200外壁倾斜延伸的第一倾斜段2211及连接于第一倾斜段2211 的第二倾斜段2212，第二倾斜段2212内缩于第一倾斜段2211，第二倾斜 段2212与第一倾斜段2211的连接处形成一凸台2213，刀柄100采用硬质 合金形成。

如此，由于由于聚晶金刚石层220具有至少八条切削刃221，使得该多 刃精加工刀具在进行切削工作时，每个切削刃221的切削量较小，切削量 小必将使得磨损得到控制，从而最终使得这类刀具的寿命变长。同时，具 备多条切削刃221的多刃精加工刀具还能够减少材料的浪费、提高加工效 率及确保工件的品质。另外，对于每条切削刃221而言，由于第二倾斜段 2212与第一倾斜段2211的连接处形成一凸台2213，该凸台2213的存在能 够使得切削刃221在切削的过程中，该凸台2213能够有效的去除毛边，防 止工件崩缺，进一步保证了工件的品质

下面结合具体的实施例对本发明作进一步说明。

实施例一

本实施例一提供了一种多刃精加工刀具，用于对工件进行精加工。

请参考图1-4，该多刃精加工刀具的聚晶金刚石层220具有十二条切削 刃221。

在本实施例中，硬质合金层210及刀柄100所使用的硬质合金能够确 保整个刀具具有足够的强度，以保证刀具长期、稳定的使用。

硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系 列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保 持不变，在1000℃时仍有很高的硬度。硬质合金是指至少含有一种金属碳 化物组成的烧结复合材料。碳化钨，碳化钴，碳化铌、碳化钛，碳化钽是 钨钢的常见组份。碳化物组份(或相)的晶粒尺寸通常在0.2-10微米之间，碳 化物晶粒使用金属粘结剂结合在一起。粘结剂通常是指金属钴(Co)，但对一些特别的用途，镍(Ni)，铁(Fe)，或其它金属及合金也可使用。

在本实施例中，上述硬质合金选择碳化钨基硬质合金，并且碳化钨基 硬质合金中的钴的质量百分比不超过12％，其晶粒度不超过0.4μm，硬度 为HRA92-93。

可以知道的是，一般而言，钴含量相同时，碳化钨晶粒度越小，其硬 度越大、耐磨性越好，但是抗弯强度、韧性相对降低。另外，其他条件不 变时，钴含量越大，材料的韧性越好，但是硬度相对降低。因此具体如何 选择材料应当视情况而定。

例如，在某些实施例中，上述碳化钨基硬质合金中的钴的质量百分量 为12％，晶粒度为0.4μm，硬度为HRA92.5，密度14.10g/cm3，抗弯强度 4200N/mm2。下文中所涉及到的碳化钨基硬质合金均可以这种具体的碳化 钨基硬质合金为例进行参考。

当然，在其它实施例中，也可以选择其它类型的硬质合金。

在本实施例中，聚晶金刚石层220以硬质合金层210为基底烧结而成， 而刀柄100与硬质合金层210通过焊接实现固定连接。

当硬质合金选择前述碳化钨基硬质合金时，在进行焊接时，硬质合金 层210和刀柄100焊接是碳化钨基硬质合金与碳化钨基硬质合金的对焊， 形变量更为接近，焊接稳定性好。

请结合参考图2-3，在本实施例中，切削刃221的正面2214为倾斜的 平整面，切削刃221的背面2215为较之正面2214更为倾斜的弧形面，一 个切削刃221的背面2215与另一个相邻的切削刃221的正面2214形成排 屑槽222。

这样在进行切削工作时，切削刃221的正面2214作用到工件，保证切 削工作的顺利进行，而弧形的背面2215则为正面2214的切削工作提供强 有力的支撑，防止切削刃221受到挤压而变形，能够延长刀具的使用寿命。

另外，由弧形的背面2215与正面2214形成的排屑槽222可以加大排 屑槽222的容屑空间，为更为顺畅的排屑工作提供基础。

请继续参考图2-3，在本实施例中，排屑槽222的底部为平整的光滑面。

换言之，相邻两个切削刃221的相接处为平整的光滑面，此时当废屑 存在于排屑槽222内时，能够使得废屑沿着平整的光滑面排出。

当切削深度较浅时，切削刃221的端部作用到工件，此时切削刃221 在切削时，预留的排屑槽222足够大，废屑不会在排屑槽222内形成挤压， 因此不用担心排屑情况。

而当切削深度较深时，此时预留的排屑槽222的容积较小，废屑容易 在排屑槽222内积留，对排屑造成一定的困难。

对此，在本实施例中，请参考图3，切削刃221可以包括第一倾斜段 2211及第二倾斜段2212，第二倾斜段2212内缩于第一倾斜段2211，第二 倾斜段2212与第一倾斜段2211的连接处形成一凸台2213。这时，上述设 置的切削刃221在工作时，由第二倾斜段2212进行切削工作，此时切削刃 221之间所形成的排屑槽222与第一倾斜段2211对应的部分能够很好的暴 露出来，从而保证了排屑工作的顺利进行。

请参考图8，为了在聚晶金刚石层220上形成十二条切削刃221，本实 施例同时还提供了一种多刃精加工刀具的制造方法，该方法包括以下步骤：

S100、取硬质合金形成刀柄粗胚；

S200、对刀柄粗胚进行截断，磨外圆形成所需尺寸的刀柄；

S300、取硬质合金形成硬质合金层；

S400、在硬质合金层上烧结成型出聚晶金刚石层；

S500、将刀柄与硬质合金层焊接在一起；及

S600、对聚晶金刚石层进行电腐蚀加工以形成切削刃。

如此，由于电腐蚀加工能够产生高度集中的脉冲放电能量，强大的放 电爆炸力使聚晶金刚石层220的金属融化，部分金刚石石墨化和氧化，部 分金刚石脱落，从而能够获得更多数量的切削刃221，工艺性好、效率高。

另外，通过电腐蚀加工还可以使得切削刃具备复杂的轮廓外形，例如 前述凸台2213等。

需要说明的是，上述步骤S600是通过电火花腐蚀机来完成的，该电火 花腐蚀机进一步可选择孚尔默QXD250。

在利用孚尔默QXD250进行电腐蚀加工可以参考下述步骤：

S610、磨削聚晶金刚石层220的外圆直径；

S620、用成型电极加工出切削刃221的轮廓；

S630、开排屑槽222，直至切削刃221具有预定刃宽；及

S640、加工中心避空。

前述步骤S640主要起到减震，避空的作用，其具体可通过激光加工的 方式在各个切削刃221所围成的中心位置即刀头200的中心处打一小孔。

在某些实施方式中，为了提高前述步骤S500中的刀柄100与硬质合金 层210的焊接效果，在步骤S400与步骤S500之间还可以包括步骤S450。 此时，上述制造方法可以为：

S100、取硬质合金形成刀柄粗胚；

S200、对刀柄粗胚进行截断，磨外圆形成所需尺寸的刀柄；

S300、取硬质合金形成硬质合金层；

S400、在硬质合金层上烧结成型出聚晶金刚石层；

S450、对刀柄100及硬质合金层210的焊接面打磨抛光。

S500、将刀柄与硬质合金层焊接在一起；及

S600、对聚晶金刚石层进行电腐蚀加工以形成切削刃。

为了确保打磨抛光效果，打磨抛光可通过平面磨床来实现，并确保焊 接面的精糙度不超过Ra0.4。

进一步的，步骤5400可参考下述步骤进行：

S510、在刀柄100及硬质合金层210的焊接面上涂覆焊接膏；

S520、采用焊接夹具对刀柄100及硬质合金层210进行固定；

S530、将刀柄100及硬质合金层210至于真空焊接炉中进行真空焊； 及

S540、冷却。

需要说明的是，上述步骤S530中的真空焊接的焊接温度为600℃～ 700℃，焊接时长为2～3个小时。步骤S540中的冷却采用自然空冷方式即 可。

至此，通过上述制造方法的实施即可使得聚晶金刚石层220具有更多 数量的切削刃221，并同时能够使得切削刃221具备更为复杂的轮廓，使其 能够加工更多复杂的工件。

另外，需要指出的是，在采用上述制造方法时，需要注意切削刃221 的各个参数，例如螺旋角、刃槽前角、刃槽长度、槽深、前角测量深度及 刃宽等。

对于本发明实施方式中的多刃精加工刀具而言，螺旋角可选择15～30 度，刃槽前角可选择7～15度，刃槽长度可选择3～7毫米，槽深可选择1.5～ 2.5毫米，前角测量深度可选择0.2～1毫米，刃宽可选择0.05～1毫米。

当然，在实际进行这些参数调节时，可以根据实际现场加工的情况等 来调节和确定这些参数的具体数值

实施例二

本实施例二提供了一种多刃精加工刀具，用于对工件进行精加工。

请参考图5-7，该多刃精加工刀具的聚晶金刚石层220具有十八条切削 刃221。

与实施例一相比，本实施例具备更多的切削刃221，此时本实施例二中 的多刃精加工刀具具有比实施例一中的多刃精加工刀具更好的效果。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示 例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述 的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例 中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施 例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或 多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下， 本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实 施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实 施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在 本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种多刃精加工刀具的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

取硬质合金形成刀柄粗胚；

对所述刀柄粗胚进行截断，磨外圆形成所需尺寸的刀柄；

取硬质合金形成硬质合金层；

在所述硬质合金层上烧结成型出聚晶金刚石层；

将所述刀柄与所述硬质合金层焊接在一起；及

对所述聚晶金刚层进行电腐蚀加工以形成切削刃。

2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述对所述聚晶金刚层进行电腐蚀加工以形成切削刃是通过电火花腐蚀机来完成的。

3.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述电火花腐蚀机为孚尔默QXD250。

4.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述对所述聚晶金刚层进行电腐蚀加工以形成切削刃包括：

磨削所述聚晶金刚石层的外圆直径；

用成型电极加工出切削刃的轮廓；

开排屑槽，直至所述切削刃具有预定刃宽；及

加工中心避空。

5.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述硬质合金层上烧结成型出聚晶金刚石层与将所述刀柄与所述硬质合金层焊接在一起之间还包括对所述刀柄及所述硬质合金层的焊接面打磨抛光的步骤。

6.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述打磨抛光通过平面磨床实现。

7.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述焊接面的粗糙度不超过Ra0.4。

8.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述将所述刀柄与所述硬质合金层焊接在一起包括：

在所述刀柄及所述硬质合金层的焊接面上涂覆焊接膏；

采用焊接夹具对所述刀柄及所述硬质合金层进行固定；

将所述刀柄及所述硬质合金层至于真空焊接炉中进行真空焊接；及

冷却。

9.如权利里要求8所述的制造方法，其特征在于，所述真空焊接的焊接温度为600℃～700℃，焊接时长为2～3个小时。

10.如权利里要求1-9中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述硬质合金为碳化钨基硬质合金。