CN109570539A - 一种用于加工铝合金的刀具 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及切削工具技术领域，尤其涉及一种用于加工铝合金的刀具。刀具包括刀体、刀头和刀刃，刀头或者刀刃部分所用的材料为含硼金刚石，使用普通的金刚石制作的刀具切削铝合金材料的时候，普通的金刚石不够稳定，易于与铝合金材料发生反应，产生氧化作用使得刀具容易粘屑；而含硼金刚石晶体结构稳定，不易于其它物质发生反应，从而发生氧化作用，使含硼金刚石处于一个稳定的化学状态，其耐热性、抗氧化性、化学惰性和力学性质好，因此在使用含硼的金刚石作为刀具切削铝合金材料时，刀刃部分不会与铝合金材料发生反应，不会发生粘屑的现象，工件的表面粗糙度也得到了改善。
Description
技术领域
本申请涉及切削工具技术领域，尤其涉及一种用于加工铝合金的刀具。
背景技术
纯铝的密度小(ρ＝2.7g/cm3)，大约是铁的1/3，熔点低(660℃)，铝是面心立方结构，故具有很高的塑性(δ:32～40％，ψ:70～90％)，易于加工，可制成各种型材、板材，抗腐蚀性能好。但是纯铝的强度很低，退火状态σb值约为8kgf/mm2，故不宜作结构材料。通过长期的生产实践和科学实验，人们逐渐以加入合金元素及运用热处理等方法来强化铝，这就得到了一系列的铝合金。添加一定元素形成的合金在保持纯铝质轻等优点的同时还能具有较高的强度，σb值分别可达24～60kgf/mm2。这样使得其“比强度”(强度与比重的比值σb/ρ)胜过很多合金钢，成为理想的结构材料，铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面，飞机的机身、蒙皮、压气机等常以铝合金制造，以减轻自重，使用量仅次于钢。
铝合金在加工时需要对其进行切削来达到生产各种产品的目的，同时为了增加铝合金材料的强度，通常在铝合金中加入大量硅元素。但由于硅元素以颗粒的形式散布在铝合金材料内部，且硬度很高，从而在切削加工时会导致刀具刃部严重磨损。因此，这样的高硅铝合金材料是一种非常难于切削加工的材料。
对于上述铝合金材料的切削，通常采用金刚石刀具进行加工，金刚石刀具比普通刀具使用寿命延长了很多，但由于铝合金材料比较软，切削时刀刃部分容易发生粘刀的现象，从而影响被加工工件表面的粗糙度。
发明内容
本申请提供了一种用于加工铝合金的刀具，以解决在切削铝合金材料时，刀具的刀刃部分容易发生粘刀，影响被加工工件表面粗糙度的问题。
为了解决上述问题，本申请提供了一种用于加工铝合金的刀具，所述刀具包括刀体、刀头和刀刃，所述刀头或者刀刃部分所用的材料为含硼金刚石。
可选的，所述刀头与所述刀刃为一体件。
可选的，所述刀头与所述刀刃为连接件。
可选的，所述刀头与所述刀刃的连接方式为焊接或者夹固。
可选的，所述含硼金刚石包括含硼CVD金刚石、含硼单晶金刚石、含硼聚晶金刚石以及含硼PCD金刚石。
本申请提供的技术方案包括以下有益技术效果：
本申请提供了一种用于加工铝合金的刀具，所述刀具包括刀体、刀头和刀刃，所述刀头或者刀刃部分所用的材料为含硼金刚石，使用普通的金刚石制作的刀具切削铝合金材料的时候，普通的金刚石不够稳定，易于与铝合金材料发生反应，产生氧化作用使得刀具容易粘屑；而含硼金刚石晶体结构稳定，不易于其它物质发生反应，从而发生氧化作用，使含硼金刚石处于一个稳定的化学状态，其耐热性、抗氧化性、化学惰性和力学性质好，因此在使用由含硼的金刚石作为刀具切削铝合金材料时，刀刃部分不会与铝合金材料发生反应，不会发生粘屑的现象，工件的表面粗糙度也得到了改善。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种用于加工铝合金的刀具的结构示意图。
图2为本申请实施例提供的另一种用于加工铝合金的刀具的结构示意图。
附图标记说明：
1、刀体；2、刀头；3、刀刃。
具体实施方式
本申请提供了一种用于加工铝合金的刀具，以解决在切削铝合金材料时，刀具的刀刃部分容易发生粘刀，影响被加工工件表面粗糙度的问题。
铝合金是以铝为基的合金总称，主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。
铝合金按加工方法可以分为形变铝合金和铸造铝合金。形变铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能，只能通过冷加工变形来实现强化，它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能，它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金，铝铜合金，铝镁合金，铝锌合金和铝稀土合金，其中铝硅合金又有简单铝硅合金(不能热处理强化，力学性能较低，铸造性能好)，特殊铝硅合金(可热处理强化，力学性能较高，铸造性能良好)。铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。各种飞机都以铝合金作为主要结构材料。飞机上的蒙皮、梁、肋、桁条、隔框和起落架都可以用铝合金制造。
铝合金材料的切削，通常采用金刚石刀具进行加工，金刚石刀具比普通刀具使用寿命延长了很多，但由于铝合金材料比较软，切削时刀刃3部分容易发生粘刀的现象，从而影响被加工工件表面的粗糙度。
制造刀刃3的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性，必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性，良好的工艺性(切削加工、锻造和热处理等)，并不易变形。通常当材料硬度高时，耐磨性也高；抗弯强度高时，冲击韧性也高。但材料硬度越高，其抗弯强度和冲击韧性就越低。高速钢因具有很高的抗弯强度和冲击韧性，以及良好的可加工性，现代仍是应用最广的刀具材料，其次是硬质合金。聚晶立方氮化硼适用于切削高硬度淬硬钢和硬铸铁等；聚晶金刚石适用于切削不含铁的金属，及合金、塑料和玻璃钢等；碳素工具钢和合金工具钢只用作锉刀、板牙和丝锥等工具。硬质合金可转位刀片已用化学气相沉积涂覆碳化钛、氮化钛、氧化铝硬层或复合硬层。正在发展的物理气相沉积法不仅可用于硬质合金刀具，也可用于高速钢刀具，如钻头、滚刀、丝锥和铣刀等。硬质涂层作为阻碍化学扩散和热传导的障壁，使刀具在切削时的磨损速度减慢，涂层刀片的寿命与不涂层的相比大约提高1～3倍以上。
根据以上所述，本申请提供了一种用于加工铝合金的刀具，所述刀具包括刀体1、刀头2和刀刃3，所述刀头2或者刀刃3部分所用的材料为含硼金刚石。
金刚石是发展现代工业、新兴科学技术领域与现代国防工业所不可缺少的重要材料，但在使用中已显现出其耐热性、抗氧化性与化学惰性尚不够理想，应用范围和使用效果有局限性。
含硼金刚石晶体中的硼含量仅万分之几，含量虽微，但对改善和提高金刚石晶体的结构与性质的影响很显著。普通的金刚石不够稳定，易于与铝合金材料发生反应，产生氧化作用；而含硼金刚石晶体结构稳定，不易于其它物质发生反应从而发生氧化作用，使含硼金刚石处于一个稳定的化学状态，其耐热性、抗氧化性、化学惰性和力学性质好，因此，普通金刚石与含硼金刚石具有不同的表面性能，从而表现出不同的物理化学性质。
含硼金刚石与普通金刚石经光谱定量分析表明，颜色不同，晶体中硼含量不同，其中黑色晶体中硼含量高，黄色晶体中硼含量低，晶体中硼含量为0.001％-0.18％。
含硼精钢石晶体的耐热性好，其表面氧化起始温度比不掺硼金刚石高200-250℃，含硼金刚石在经900℃左右高温后，仍保持较高的强度，且重量几乎无损失。且在空气介质中经受1000℃保温30min处理后，普通金刚石磨耗比下降3/5，但含硼金刚石的磨耗比仅下降约1/3，失重值小，由此可以看出含硼金刚石的耐热性好。
在室温下测试结果表明，含硼金刚石晶体的电导率为(27.1-231.3)×10-6Ω-1.cm-1，普通金刚石晶体的电导率为0.86×10-6Ω-1.cm-1。这表明晶体的电性存在着各向异性。
含硼金刚石晶体的耐磨性和研磨能力好。含硼金刚石磨具磨削K9光学玻璃，每磨削200件微调机床1次,而普通金刚石磨具每磨削100件微调机床1次。这表明，耐磨性能提高1倍。
含硼金刚石多晶钻头中的多晶体很少断碎,明显优于普通金刚石多晶钻头和天然金刚石单晶钻头。说明含硼金刚石多晶的抗冲击韧性好。
含硼金刚石晶体的抗压强度较高，46目晶粒比普通金刚石晶体高1-3kg。
含硼金刚石具有良好的热导性，其热导性比Cu、Ag、Fe都好。
含硼金刚石晶体的化学惰性明显优于普通金刚石。究其原因，与它们的晶体结构有关。普通金刚石与含硼金刚石在加工时，其密排面与铝合金密排面上的原子都有对应的关系，但因为含硼金刚石晶体表面层是惰性的，既不能与氧原子结合产生氧化作用，又不能与铝合金表面产生粘联作用，因此不会产生粘刀现象。而普通金刚石晶体表面会产生粘联作用，所以在加工时产生粘刀现象。所以本申请选用含硼金刚石作为切削铝合金材料的切削工具材料。
示例性的，如图1和图2所示为两种不同用途的刀具，又因为刀具按工件加工表面的形式可分为五类：加工各种外表面的刀具包括车刀、刨刀、铣刀、外表面拉刀和锉刀等；孔加工刀具包括钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀和内表面拉刀等；螺纹加工刀具包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀和螺纹铣刀等；齿轮加工刀具包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮和拉刀等；切断刀具包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀等等。此外，还有组合刀具。按切削运动方式和相应的刀刃3形状，刀具又可分为三类：通用刀具如车刀、刨刀、铣刀(不包括成形的车刀、成形刨刀和成形铣刀)、镗刀、钻头、扩孔钻、铰刀和锯等；成形刀具这类刀具的刀刃3具有与被加工工件断面相同或接近相同的形状，如成形车刀、成形刨刀、成形铣刀、拉刀、圆锥铰刀和各种螺纹加工刀具等；特殊刀具加工一些特殊工件，如：齿轮，花键等用的刀具。如、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥齿轮铣刀盘等。只要是应用于切削铝合金材料的刀具，本申请中不限制刀具的具体结构和类型。
可选的，所述刀头2与所述刀刃3为一体件，一体件是指刀头2和刀刃3为一个整体，都是采用含硼金刚石作为材料制作而成，刀刃3部分由刀头2磨制而成，这种一体件硬度高，使用寿命长，制造简单。
可选的，所述刀头2与所述刀刃3为连接件，连接件是指刀头2和刀刃3所用的材料不同，刀头2选用合金、碳钢等具有一定硬度能够用来承载刀刃3的材料均可。刀刃3选用含硼金刚石作为材料，因其具有良好的化学惰性，且耐热性、抗氧化性和力学性质好，所以在切削铝合金材料时，不会粘屑，使用性能好。
可选的，所述刀头2与所述刀刃3的连接方式为焊接或者夹固。
可选的，所述含硼金刚石包括含硼CVD金刚石、含硼单晶金刚石以及含硼PCD金刚石。
实施例一：将硼烷和甲烷按1：2000的比例输送到CVD金刚石膜生长设备中，在钨基体表面沉积一层0.5mm厚金刚石厚膜，生长结束后将成核面抛光，生长面焊接在刀杆或标准数控刀片的刀凹上，刃磨后制作成用于铝合金加工的含硼CVD金刚石刀具。
实施例二：将硼烷和甲烷按1：5000的比例输送到CVD金刚石膜生长设备中，在金刚石籽晶表面外延一层0.5mm厚CVD单晶，生长结束后将籽晶剥离，抛光后焊接在刀杆或标准数控刀片的刀凹上，刃磨后制作成用于铝合金加工的含硼金刚石单晶刀具。
实施例三：将硼和合成PCD用原料(金刚石微粉、钴粉等)按1：2000的比例混合后，在高温高压设备中烧结成含硼PCD，烧结完成后将表面研磨抛光，切割成刀头后焊接在标准数控刀片的刀凹上，刃磨后制作成用于铝合金加工的含硼PCD金刚石刀具。
本申请提供了一种用于加工铝合金的刀具，所述刀具包括刀体、刀头和刀刃，所述刀头或者刀刃部分所用的材料为含硼金刚石，使用普通的金刚石制作的刀具切削铝合金材料的时候，普通的金刚石不够稳定，易于与铝合金材料发生反应，产生氧化作用使得刀具容易粘屑；而含硼金刚石晶体结构稳定，不易于其它物质发生反应，从而发生氧化作用，使含硼金刚石处于一个稳定的化学状态，其耐热性、抗氧化性、化学惰性和力学性质好，因此在使用由含硼的金刚石作为刀具切削铝合金材料时，刀刃部分不会与铝合金材料发生反应，不会发生粘屑的现象，工件的表面粗糙度也得到了改善。
需要说明的是，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (5)
1.一种用于加工铝合金的刀具，所述刀具包括刀体(1)、刀头(2)和刀刃(3)，其特征在于，所述刀头(2)或者刀刃(3)部分所用的材料为含硼金刚石。
2.根据权利要求1所述的一种用于加工铝合金的刀具，其特征在于，所述刀头(2)与所述刀刃(3)为一体件。
3.根据权利要求1所述的一种用于加工铝合金的刀具，其特征在于，所述刀头(2)与所述刀刃(3)为连接件。
4.根据权利要求3所述的一种用于加工铝合金的刀具，其特征在于，所述刀头(2)与所述刀刃(3)的连接方式为焊接或者夹固。
5.根据权利要求1所述的一种用于加工铝合金的刀具，其特征在于，所述含硼金刚石包括含硼CVD金刚石、含硼单晶金刚石、含硼聚晶金刚石以及含硼PCD金刚石。
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| CN201910113537.1A CN109570539A (zh) | 2019-02-14 | 2019-02-14 | 一种用于加工铝合金的刀具 |
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