CN110102765B - 一种增材制造均布金刚石刀头的制备方法及筛排装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种增材制造均布金刚石刀头的制备方法及筛排装置，属于金刚石刀头制备技术领域，包括以下步骤：a.获取基板；b.在所述基板的上表面铺设金属合金粉末层；c.在所述金属合金粉末层上均匀地铺设若干金刚石颗粒并继续铺设另一层覆盖所述金刚石颗粒的所述金属合金粉末层；d.利用激光选区熔化成型技术，进行增材制造；e.重复步骤c‑d，直至金刚石刀头制备完成。本发明一种增材制造均布金刚石刀头的制备方法提高金刚石刀头的制备效率，筛排装置使金刚石颗粒均匀分布，提高刀头使用效率，降低使用成本。

Description

一种增材制造均布金刚石刀头的制备方法及筛排装置
技术领域
本发明属于金刚石刀头制备技术领域，更具体地说，是涉及一种增材制造均布金刚石刀头的制备方法及筛排装置。
背景技术
在加工陶瓷、大理石或者较硬金属如高强钢、钛合金等时，普通刀具往往不能加工或者加工时损耗严重，而金刚石刀头以其良好的切削、磨削和耐磨性能被人们广泛关注并应用到这些加工行业中来。金刚石刀头是由金刚石颗粒和磨削层烧结在一起形成，金刚石颗粒主要起到切削、磨削的作用，而磨削层主要是起到固定金刚石颗粒的作用，使得金刚石颗粒在对工件的加工过程中不会发生位移而引起加工时出现误差和磨损的加剧，得以充分的发挥金刚石颗粒的切削、磨削作用。
现有的金刚石刀头通常是金刚石颗粒与充当磨削层的金属合金粉末按照一定的质量比例等参数的直接混合并充分的均匀搅拌制得混合物料，然后经热压成型，根据实际要求也会采取一些其他的工艺，如先冷压成型再热压成型。虽然这些工艺简单高效，但是都会造成刀头刃面的金刚石颗粒分布混乱不均匀，在实际的生产应用中会因为刀刃锋利度不均匀而影响的切削和磨削的效果和效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种增材制造均布金刚石刀头的制备方法及筛排装置，旨在解决现有技术中刀头刃面的金刚石颗粒分布混乱不均匀，在生产应用中影响切削和磨削效果及效率的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种增材制造均布金刚石刀头的制备方法，包括以下步骤：
a.获取基板；
b.在所述基板的上表面铺设金属合金粉末层；
c.在所述金属合金粉末层上均匀地铺设若干金刚石颗粒并继续铺设另一层覆盖所述金刚石颗粒的所述金属合金粉末层；
d.利用激光选区熔化成型技术，进行增材制造；
e.重复步骤c-d，直至金刚石刀头制备完成。
进一步地，所述金属合金粉末层的成分包括325-600目球形形状的金属合金粉末。
进一步地，所述金刚石颗粒为50-100目的金刚石颗粒。
一种采用一种增材制造均布金刚石刀头的制备方法的筛排装置，所述筛排装置位于所述金属合金粉末上方，用于在步骤C中在所述金属合金粉末层上均匀铺设若干金刚石颗粒，所述筛排装置包括金刚石颗粒筛网。
进一步地，所述金刚石颗粒筛网的网格直径等于或大于所述金刚石颗粒的直径且所述金刚石颗粒筛网的网格直径小于等于所述金刚石颗粒直径的两倍。
一种采用一种增材制造均布金刚石刀头的制备方法的筛排装置，所述筛排装置位于所述金属合金粉末上方，用于在步骤C中在所述金属合金粉末层上均匀铺设若干金刚石颗粒，所述筛排装置包括：
箱体，用于盛放所述金刚石颗粒，以及
中心旋转筒，设于所述箱体下部；所述中心旋转筒包括内筒和罩设在所述内筒外部的外筒，所述内筒能够在所述外筒内相对于所述外筒转动；
所述箱体底部设有通向所述内筒和所述外筒之间的出口；所述内筒的外壁上设有沿所述内筒的轴向成列均匀间隔设置的若干用于放置所述金刚石颗粒的孔穴，所述外筒外壁的底部设有沿所述外筒的轴向成列均匀间隔设置的若干通孔，所述孔穴和所述通孔一一对应；所述内筒与所述外筒之间的间隙小于所述金刚石颗粒的直径；
所述金刚石颗粒经所述出口落入所述孔穴，所述孔穴随所述内筒旋转至与所述通孔重合时，所述金刚石颗粒从所述孔穴脱落至所述通孔内，并沿所述通孔落下等间距均匀分布在所述金属合金粉末上。
进一步地，所述孔穴和所述通孔的直径等于或大于所述金刚石颗粒的直径；所述孔穴和所述通孔的直径不大于所述金刚石颗粒直径的两倍；所述孔穴的深度等于或大于所述金刚石颗粒的直径；所述孔穴的深度不大于所述金刚石颗粒直径的两倍。
进一步地，所述出口内侧的箱体上设有用于将多余的金刚石颗粒刷走的刷子。
进一步地，所述外筒两端设有用于防止金刚石颗粒漏出的第一挡板，所述外筒位于所述通孔的两侧设有用于使金刚石颗粒下落位置准确稳定的第二挡板。
进一步地，所述箱体侧部设有安装板，所述安装板上设有安装孔一种采用一种增材制造均布金刚石刀头的制备方法用的筛排装置，其特征在于，所述筛排装置位于所述金属合金粉末上方，用于在步骤C中在所述金属合金粉末层上均匀铺设若干金刚石颗粒，所述筛排装置包括金刚石颗粒筛网。
本发明提供的一种增材制造均布金刚石刀头的制备方法及筛排装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明一种增材制造均布金刚石刀头的制备方法提高金刚石刀头的制备效率，筛排装置使金刚石颗粒均匀分布，提高刀头使用效率，降低使用成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为本发明实施例提供的一种增材制造均布金刚石刀头制备方法的筛排装置的结构示意图一；
图2为本发明实施例提供的一种增材制造均布金刚石刀头制备方法的筛排装置应用时的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种增材制造均布金刚石刀头的制备方法的筛排装置的结构示意图二；
图4为图3的另一个角度的结构示意图一；
图5为图3的另一个角度的结构示意图二；
图6为本发明实施例提供的筛排装置的刷子结构示意图；
图7为本发明实施例提供的筛排装置的中心旋转轴的结构示意图一；
图8为本发明实施例提供的筛排装置的中心旋转轴的结构示意图二；
图9为本发明实施例提供的筛排装置的内筒的结构示意图；
图10为沿图9中A-A线的剖视结构图；
图中：1、箱体；2、内筒；3、外筒；4、第一挡板；5、第二挡板；6、安装板；7、安装孔；8、孔穴；9、通孔；10、刷子；11、金刚石颗粒筛网；12、网格。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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以解释本发明，并不用于限定本发明。
请一并参阅图1至图10，现对本发明提供的一种增材制造均布金刚石刀头的制备方法进行说明。一种增材制造均布金刚石刀头的制备方法，包括以下步骤：a.获取基板；b.在金属合金粉末基板的上表面铺设金属合金粉末层；c.在金属合金粉末层上均匀地铺设若干金刚石颗粒并继续铺设另一层覆盖金刚石颗粒的金属合金粉末层；d.利用激光选区熔化成型技术，进行增材制造；e.重复步骤c-d，直至金刚石刀头制备完成。
增材制造(Additive Manufacturing，AM)俗称3D打印，融合了计算机辅助设计、材料加工与成型技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。相对于传统的、对原材料去除－切削、组装的加工模式不同，是一种“自下而上”通过材料累加的制造方法，从无到有，这使得过去受到传统制造方式的约束，而无法实现的复杂结构件制造变为可能。
激光选区熔化成型技术是增材制造技术的一种，它打破传统的刀具、夹具和机床加工模式，根据零件或物体的三维模型数据，通过成型设备以材料累加的方式制成实物零件。
在进行制造时，首先通过专用软件对金刚石工具刀头的三维数模进行切片分层，完成切片分层处理导入成形设备获得各截面的轮廓数据后，采用合适目数的金属合金粉末并将金属合金粉末均匀的铺在基板上形成金属合金粉末层，获取金刚石颗粒并将金刚石颗粒等间距均匀分布在金属合金粉末层上并再继续铺设另一层覆盖金刚石颗粒的金属合金粉末层，该层金属合金粉末层起到在激光熔覆时固定金刚石颗粒的作用，高能量激光束按照三维数模当前层的数据信息选择性地熔化基板上的金属合金粉末和金刚石金属颗粒，使金刚石颗粒和金属合金粉末结合，加大金属胎体对金刚石颗粒的把持力，成形出金刚石工具刀头当前层的形状，然后在已加工好的层面上再均匀的铺设一层金属合金粉末层，再获取金刚石颗粒并将金刚石颗粒等间距均匀分布在金属合金粉末层上并再继续铺设另一层覆盖金刚石颗粒的金属合金粉末层，高能束激光按照数模的下一层数据信息进行选择熔化，通过逐层铺粉，逐层等间距分布金刚石颗粒，每层激光的运动轨迹按照设定进行并逐层熔化凝固堆积的方式，如此往复循环直至整个金刚石工具刀头完成制造；利用激光选区熔化成型技术，能够方便快速的时刀头成型，尤其是在小批量生产不同的刀头时，直接通过程序控制其运动轨迹就可以生产出不同的刀头，比传统的烧结方法更加方便高效。
本发明提供的一种增材制造均布金刚石刀头的制备方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明一种增材制造均布金刚石刀头的制备方法提高金刚石刀头的制备效率，使刀头成型方便快速，筛排装置使金刚石颗粒均匀分布，提高刀头使用效率，降低使用成本。
作为本发明提供的一种增材制造均布金刚石刀头的制备方法的一种具体实施方式，金属合金粉末为325-600目球形形状的金属合金粉末，金刚石颗粒为50-100目的金刚石颗粒；优选的，金属合金粉末为400目球形形状的金属合金粉末，金刚石颗粒为80目，激光选区熔化成形技术采用400目超细球形金属合金粉末和80目的金刚石颗粒，可使刀头具有很高的尺寸精度以及优异的表面质量，制造出的刀头零件只需进行简单的喷砂或抛光即可使用；节省原材料及节省切削加工工序，降低制造成本，缩短生产周期。
本实施例中，金属合金粉末的成分包括碳化钨20％-50％、碳化钛0.5％-7％，羰基铁粉10％-45％、碳化硅0.5％-7％、硼化钛1％-7％和其他1％-10％，其中，其他包含铁、银和其他元素；金属合金粉末在熔化成型时起到夹持金刚石颗粒的作用，在用作磨削时耗损比较大，因此，金属合金粉末的成分比较重要，在熔化成型后既不能太脆，也不能太软。
本发明还提供一种采用增材制造均布金刚石刀头的制备方法的筛排装置，请参阅图1至图2，筛排装置位于金属合金粉末上方，用于在步骤C中在金属合金粉末层上均匀铺设若干金刚石颗粒，筛排装置包括金刚石颗粒筛网11，金刚石颗粒筛网11位于金属合金粉末上方，在增材制造前，选用600目球形形状的金属合金粉末和100目的金刚石颗粒，制备与所需一定形状的金刚石颗粒筛网11，金刚石颗粒筛网11网格12按照直型有序排布，在进行增材制造时，将金属合金粉末均匀的铺设在基板上，在金属合金粉末层上放置金刚石颗粒筛网11，使金刚石颗粒筛网11距离金属合金粉末5毫米的位置，利用金刚石颗粒筛网11选择一定大小的金刚石颗粒，既能使金刚石颗粒筛网11的每个网格12中有且仅有一颗金刚石颗粒，又保证了金刚石颗粒等间距均匀分布且位置固定，取走筛网11，再继续铺设另一层磨削层的金属合金粉末层，利用激光选区熔化成型技术，来进行增材制造，重复以上步骤，每层激光的运动轨迹按照设定进行，直到整个刀头制备完成。
本发明提供的一种采用增材制造均布金刚石刀头制备方法的筛排装置有益效果在于：与现有技术相比，本发明一种采用增材制造均布金刚石刀头制备方法的筛排装置能使金刚石颗粒等间距均匀分布，使金刚石颗粒均匀分布，提高刀头使用效率，降低使用成本。
作为本发明提供的一种采用增材制造均布金刚石刀头的制备方法的筛排装置的一种具体实施方式，请参阅图1至图2，金刚石颗粒筛网11的网格12直径等于或大于金刚石颗粒的直径且金刚石颗粒筛网11的网格12直径不大于金刚石颗粒直径的两倍；保证在增材制造时，金刚石颗粒筛网11的每个网格12中的金刚石颗粒数为一颗，且金刚石颗粒等间距均匀分布，位置固定。
在这里需要说明的是，因为依照金刚石颗粒的目数要求来选择金刚石颗粒筛网11，利用金刚石颗粒筛网11的网格12直径来确定金刚石颗粒有且仅有一颗，在制备不同目数要求金刚石刀具时只需要选择不同网格12直径及不同排列方式的金刚石颗粒筛网11即可。
本发明还提供一种采用增材制造均布金刚石刀头的制备方法的筛排装置，请参阅图3至图10，筛排装置位于金属合金粉末上方，用于在步骤C中在金属合金粉末层上均匀铺设若干金刚石颗粒，筛排装置包括箱体1以及中心旋转筒，箱体1用于盛放金刚石颗粒，中心旋转筒设于箱体1下部；中心旋转筒包括内筒2和罩设在内筒2外部的外筒3，内筒2能够在外筒3内相对于外筒3转动；箱体1底部设有通向内筒2和外筒3之间的出口；内筒2的外壁上设有沿内筒2的轴向成列均匀间隔设置的若干用于放置金刚石颗粒的孔穴8，外筒3外壁的底部设有沿外筒3的轴向成列均匀间隔设置的若干通孔9，孔穴8和通孔9一一对应；内筒2与外筒3之间的间隙小于金刚石颗粒的直径；金刚石颗粒经出口落入孔穴8，孔穴8随内筒2旋转至与通孔9重合时，金刚石颗粒从孔穴8脱落至通孔9内，并沿通孔9落下等间距均匀的分布在金属合金粉末上。
本发明提供的一种采用增材制造均布金刚石刀头制备方法的筛排装置有益效果在于：与现有技术相比，本发明一种采用增材制造均布金刚石刀头制备方法的筛排装置能使金刚石颗粒等间距均匀分布，使金刚石颗粒均匀分布，提高刀头使用效率，降低使用成本。
本实施例中，在增材制造前，选用400目球形形状的金属合金粉末和80目的金刚石颗粒，在进行增材制造时，将筛排装置安装在激光选区熔化设备的机械臂的合适位置上，使筛排装置位于金属合金粉末上方5毫米的位置，在箱体1中添加金刚石颗粒，将金属合金粉末均匀的铺在基板上，利用筛排装置对金刚石颗粒进行筛选和排给，驱动电机使中心旋转轴的内筒2旋转，使筛排装置以既定的轨迹运动，利用金刚石颗粒筛排器进行金刚石颗粒的筛选和排给，当内筒2旋转至出口位置时金刚石颗粒进入孔穴8中，内筒2继续转动，每当孔穴8随内筒2旋转至与通孔9重合时，金刚石颗粒从孔穴8脱落至通孔9内，并沿通孔9落下等间距均匀的分布在金属合金粉末上，再继续铺设一层磨削层的金属合金粉末层，利用激光选区熔化成型技术进行增材制造，重复以上步骤，每层激光的运动轨迹按照设定进行，直到整个刀头制备完成。
作为本发明提供的一种采用增材制造均布金刚石刀头的制备方法的筛排装置的一种具体实施方式，请参阅图3至图10，孔穴8和通孔9的直径等于或大于金刚石颗粒的直径；孔穴8和通孔9的直径不大于金刚石颗粒直径的两倍；孔穴8的深度等于或大于金刚石颗粒的直径；孔穴8的深度不大于金刚石颗粒直径的两倍；保证每个孔穴8中的金刚石颗粒数有且仅为一颗，保证金刚石颗粒等间距均匀分布，位置固定。
在这里需要说明的是，可依照金刚石颗粒的目数要求来选择孔穴8和通孔9的直径以及孔穴8的深度，利用孔穴8和通孔9的直径以及孔穴8的深度来确定金刚石颗粒有且仅有一颗，在制备不同目数要求金刚石刀具时只需要选择不同直径以及深度的孔穴8和不同直径的通孔9即可；也可根据需求设置多排孔穴8。
作为本发明提供的一种采用增材制造均布金刚石刀头的制备方法的筛排装置的一种具体实施方式，请参阅图3至图4，出口内侧的箱体1上设有用于将多余的金刚石颗粒刷走的刷子10，刷子10在内筒2转动的时候会将位于内筒2上方多余的金刚石颗粒刷走。
作为本发明提供的一种采用增材制造均布金刚石刀头的制备方法的筛排装置的一种具体实施方式，请参阅图3至图8，外筒3两端设有用于防止金刚石颗粒漏出的第一挡板4，为了放置金刚石颗粒漏出，设置第一挡板4；外筒3位于通孔9的两侧设有用于使金刚石颗粒下落位置准确稳定的第二挡板5；为了进一步保证金刚石颗粒下落时的位置精确稳定，设置第二挡板5。
作为本发明提供的一种采用增材制造均布金刚石刀头的制备方法的筛排装置的一种具体实施方式，请参阅图3至图6，箱体1侧部设有安装板6，安装板6上设有安装孔7，便于筛排装置安装在激光选区熔化成型设备的机械臂上。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种增材制造均布金刚石刀头的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.获取基板；
b.在所述基板的上表面铺设金属合金粉末层；
c.在所述金属合金粉末层上均匀地铺设若干金刚石颗粒，并继续铺设另一层覆盖所述金刚石颗粒的所述金属合金粉末层；其中，利用筛排装置在所述金属合金粉末层上均匀铺设所述金刚石颗粒；所述筛排装置包括：
箱体，用于盛放所述金刚石颗粒，以及
中心旋转筒，设于所述箱体下部；所述中心旋转筒包括内筒和罩设在所述内筒外部的外筒，所述内筒能够在所述外筒内相对于所述外筒转动；
所述箱体底部设有通向所述内筒和所述外筒之间的出口；所述内筒的外壁上设有沿所述内筒的轴向成列均匀间隔设置的若干用于放置所述金刚石颗粒的孔穴，所述外筒外壁的底部设有沿所述外筒的轴向成列均匀间隔设置的若干通孔，所述孔穴和所述通孔一一对应；所述内筒与所述外筒之间的间隙小于所述金刚石颗粒的直径；
所述金刚石颗粒经所述出口落入所述孔穴，所述孔穴随所述内筒旋转至与所述通孔重合时，所述金刚石颗粒从所述孔穴脱落至所述通孔内，并沿所述通孔落下等间距均匀分布在所述金属合金粉末上；
d. 利用激光选区熔化成型技术，进行增材制造；
e.重复步骤c-d，直至金刚石刀头制备完成。
2.如权利要求1所述的一种增材制造均布金刚石刀头的制备方法，其特征在于，所述金属合金粉末层的成分包括325-600目球形形状的金属合金粉末。
3.如权利要求1所述的一种增材制造均布金刚石刀头的制备方法，其特征在于，所述金刚石颗粒为50-100目的金刚石颗粒。
4.一种采用如权利要求1所述的一种增材制造均布金刚石刀头的制备方法的筛排装置，所述筛排装置位于所述金属合金粉末上方，用于在步骤C中在所述金属合金粉末层上均匀铺设若干金刚石颗粒，其特征在于，所述筛排装置包括：
箱体，用于盛放所述金刚石颗粒，以及
中心旋转筒，设于所述箱体下部；所述中心旋转筒包括内筒和罩设在所述内筒外部的外筒，所述内筒能够在所述外筒内相对于所述外筒转动；
所述箱体底部设有通向所述内筒和所述外筒之间的出口；所述内筒的外壁上设有沿所述内筒的轴向成列均匀间隔设置的若干用于放置所述金刚石颗粒的孔穴，所述外筒外壁的底部设有沿所述外筒的轴向成列均匀间隔设置的若干通孔，所述孔穴和所述通孔一一对应；所述内筒与所述外筒之间的间隙小于所述金刚石颗粒的直径；
所述金刚石颗粒经所述出口落入所述孔穴，所述孔穴随所述内筒旋转至与所述通孔重合时，所述金刚石颗粒从所述孔穴脱落至所述通孔内，并沿所述通孔落下等间距均匀分布在所述金属合金粉末上。
5.如权利要求4所述的一种增材制造均布金刚石刀头的制备方法的筛排装置，其特征在于，所述孔穴和所述通孔的直径等于或大于所述金刚石颗粒的直径；所述孔穴和所述通孔的直径不大于所述金刚石颗粒直径的两倍；所述孔穴的深度等于或大于所述金刚石颗粒的直径；所述孔穴的深度不大于所述金刚石颗粒直径的两倍。
6.如权利要求5所述的一种增材制造均布金刚石刀头的制备方法的筛排装置，其特征在于，所述出口内侧的箱体上设有用于将多余的金刚石颗粒刷走的刷子。
7.如权利要求6所述的一种增材制造均布金刚石刀头的制备方法的筛排装置，其特征在于，所述外筒两端设有用于防止金刚石颗粒漏出的第一挡板，所述外筒位于所述通孔的两侧设有用于使金刚石颗粒下落位置准确稳定的第二挡板。
8.如权利要求4-6任一项所述的一种增材制造均布金刚石刀头的制备方法的筛排装置，其特征在于，所述箱体侧部设有安装板，所述安装板上设有安装孔。
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