CN110539007A

CN110539007A - 具有硬质材料的坯体及其在刀具制造中的应用

Info

Publication number: CN110539007A
Application number: CN201810527700.4A
Authority: CN
Inventors: 孙思叡
Original assignee: SHANGHAI NAGOYA PRECISION TOOLS Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI NAGOYA PRECISION TOOLS Co Ltd
Priority date: 2018-05-28
Filing date: 2018-05-28
Publication date: 2019-12-06

Abstract

一种具有硬质材料的坯体，其包括第一种材料和第二种材料，所述的第一种材料和所述的第二种材料之间不以焊接的方式固定，当所述的第一种材料与所述的第二种材料以上下相叠的方式呈现时，所述的第一种材料的厚度是所述的第二种材料厚度的10倍以上。本发明提供的坯体适用于刀具的制造，其上第二种材料制成刀具的切削端部，以实施切削加工。

Description

具有硬质材料的坯体及其在刀具制造中的应用

技术领域

本发明涉及一种由两种以上物质复合而成的材料，尤其涉及一种坯体，适用于制造加工难切削材料的刀具(如：但不限于PCD刀具和CBN刀具等)，改善刀具的切削性能。

背景技术

聚晶金刚石(PCD)刀具和立方氮化硼(CBN)刀具为难加工材料的切削难题提供了解决方案。

立方氮化硼(CBN或PCBN)是一种人工合成材料，其硬度仅次于金刚石，具有良好的高温稳定性(在加工淬硬黑色金属和超级合金材料时，会产生很高的温度)。不同设计的CBN刀具被用于对淬硬黑色金属进行连续或断续切削，以及切削加工焊接金属和复合金属。

PCD刀具是将PCD材料焊接于刀体上制成。一般情况下，将PCD材料于基体材料一起在高温高压下利用金属基粘结剂对金刚石颗粒进行烧结而生产出来的。PCD刀尖可通过放电加工或激光进行切割，并焊接到硬质合金或钢基体上，然后通过刃磨形成PCD刀具，这种刀具在高速加工有色金属(如：铝)以及高磨蚀性合成材料和塑料时特别有效。CD刀具被广泛应用于铣削有色金属、复合材料、塑料以及极其难加工的超级合金。

市场上公开销售的PCD刀具或CBN刀具均为贴片构造，其制造的主要工艺是依据刀具设计的要求，先从预制的PCD圆盘或预制的CBN圆盘(参见图1)上切割特定形状的刃部坯体(参见图2)，然后再通过烧焊的方式固定于刀体上，在通过磨削进行刃部的加工，如：开刃。

这些复合片只能贴附于平面上(参见图3)，不能应用于螺旋形刀具上，以此制成的刀具的切削前角小不够锋利。对此，行业内采用刃倾角设计，但前角角度只能＜15度(而螺旋刀具前角一般在30以上)，导致刀具刚性不良；或者采用多段刃以模仿螺旋角，但制造工艺极其复杂，成本也高，并且这类构造的金刚石刀具无法实现完整的先端金刚石刃部。

为此，中国实用新型专利ZL201 621488802.2提供一种用于超硬切削工具制造的坯料及其刀具，包括轴体、连接体和刃口形成体等。连接体一端与轴体的一端连接，外径小于轴体的外径。刃口形成体用于加工成刀具的刃部，其包括通孔，通孔沿刃口形成体的轴向而成。连接体穿设于通孔内。

但该技术虽然实现了具有螺旋角和完整的硬质材料先端刃的刀具制造，显著提高了刀具先端刃加工寿命和加工效果，但在制造过程中不得不采用烧焊工艺，以实现对刃口形成体的固定。但是由于采用了刀具直径方向的焊接工艺，焊接面积不仅相当小，而且在加工中主要受剪切力作用，使得焊接面接触强度相当弱，十分容易在焊接面开裂从而降低刀具寿命，因此这类刀具也基本无法用于高韧性金属材料的加工，也有现有技术通过设法增大焊接面面积的方法来提高焊接强度，但对小直径刀具作用显著。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种坯体，其使用多种硬质材料制造，硬质材料间无需采用焊接固定，增加硬质层刃部与本体材料间的结合强度。

本发明的另一个目的在于提供一种刀具，其先端(如：进给端)具有厚度至少十倍于在涂层刀具上施加的硬质材料层，在刀具重新修磨后不需要再进行重新涂层即可具有硬质材料制成的刃部。

本发明的另一个目的在于提供一种坯体在制造刀具中的应用。

本发明的再一目的在于提供一种刀具，其实施机加工的切削端头不使用焊接方式固定，以避免焊接类刀具存在的脱落、虚焊等质量问题。

本发明的又一个目的在于提供一种坯体，以其制成的刀具用于加工难加工材料。

本发明的又一个目的在于提供一种刀具的制造方法。

本发明所称的焊接应当理解为是一种以加热方式将两种材质进行接合的制造技术，其具体表现如：但不限于熔焊、压焊和钎焊等。

本发明所称的难加工材应当理解为切削加工性差的材料，如：但不限于：含硅量超过18％的超高硅铝、陶瓷、金属陶瓷以及硬质合金、石墨和纤维材料等。一般材料的性能大于或小于此指标中(HB＞250、σb＞1000MPa，δ＞30％，αk＞100MPa，K＜41.8W/m·k)的一项以上，都属于难切削材料。也用切削过程中的现象(切削力、切削热、刀具磨损与刀具耐用度、已加工表面质量和切屑控制等)来衡量(参见：http：//www.chinabaike.com/article/31 6/408/2009/200901 021 605619.html；难加工材料切削加工[P]，机械工业出版社，1996)。

本发明提供的一种坯体，其包括第一种材料和第二种材料，第一种材料和第二种材料之间不以焊接的方式固定，当第一种材料与第二种材料以上下相叠的方式呈现时，第一种材料的厚度是第二种材料厚度的10倍以上，比如：20倍、20倍以上、30倍或30倍以上。

作为制造刀具使用的坯体，适用于第一种材料的物质如：硬质合金。

作为制造刀具使用的坯体，适用于第二种材料的物质如：PCD、Co和CBN，这些物质可以单独或组合用于本发明，比如：以高温高压烧结的方式将PCD和Co组成复合材料，将Co和CBN相叠置以高温高压烧结的方式制成复合材料。

作为制造刀具使用的坯体，当第一种材料与第二种材料以上下相叠的方式呈现时，第二种材料应当叠于第一种材料之上。

在一个具体的实施方式中，第二种材料与第一种材料以高温高压(如：500℃～2700℃)烧结的方式制成制造坯体的原材料。

在另一个具体的实施方式中，PCD与硬质合金以高温高压烧结的方式制成制造坯体的原材料。

在另一个具体的实施方式中，CBN与硬质合金以高温高压烧结的方式制成制造坯体的原材料。

本发明提供的各种坯体，适用于刀具的制造，其上第二种材料制成刀具的切削端部，以实施切削加工。

一种刀具，包括一个狭长体构件，具有一条纵向轴线，可安装到机械上的柄部、排屑槽和一个切削端头，切削端头采用本发明上述坯体制造。

本发明提供的刀具，其制造方法如下：

获得坯体，即沿原材料(同时包括第一种材料和第二种材料)的径向进行切割；

然后，将坯体的一端装夹于加工设备上(如：机床)，对第一种材料进行外圆加工制成用于制造刀具的粗料；

之后，将粗料从坯体上分离后，继续对第二种材料进行外圆加工，制得用于制造刀具的坯体；

最后，按刀具的加工要求，在坯体上加工槽体和形成刃部，并制成刀具。

本发明技术方案实现的有益效果：

本发明提供的坯体，其使用多种硬质材料制造，硬质材料间无需采用焊接固定，增加硬质层刃部与本体材料间的结合强度，以其制造的刀具的使用寿命显著增加。比如：与通常的硬质合金刀具相比，以本发明坯体制造的刀具寿命提高3倍以上；再如：与焊接的硬质材料刀具相比，以本发明坯体制造的刀具寿命提高1倍以上，所制成刀具的成品率接近100％，不会发生脱落虚焊等现象。

本发明提供的坯体，其使用多种硬质材料制造，硬质材料间无需采用焊接固定，有利于加工高韧性材料，效率提高。

本发明提供的坯体，其使用多种硬质材料制造，硬质材料间无需采用焊接固定，以其制造的刀，在先端(如：进给端)具有厚度至少十倍于在涂层刀具上施加的硬质材料层，在刀具重新修磨后不需要再进行重新涂层即可具有硬质材料制成的刃部，使得刀具的二次修磨后再利用更为便利。

附图说明

图1为圆盘状超硬材料复合片的示意图；

图2为从圆盘状超硬材料复合片上获取所需要形状的贴片的示意图；

图3为将所获得的贴片结合到刀具基体上的示意图；

图4为用于制造本发明坯体的一种原材料示意图；

图5为沿原材料的径向进行切割并获得用于坯体的局部示意图；

图6为从图4所示原材料上已获取的用于制造刀具的坯体一实施例的示意图；

图7为对图6所示坯体上第一种材料进行外圆磨削制得的用于制造刀具的粗料示意图；

图8为从图7所示坯体上分离下来的用于制造刀具的粗料示意图；

图9为对图8所示粗料上第二种材料进行外圆磨削制得的用于制造刀具的坯体示意图；

图10为本发明提供的方法制得的刀具一实施例的示意图。

图11为用于制造本发明坯体的另一种原材料示意图；

图12为从图11所示原材料上获取的坯体另一实施例的示意图；

图13为对图12所示坯体上第一种材料进行外圆磨削制得的用于制造刀具的粗料示意图；

图14为从图13所示坯体上分离下来的用于制造刀具的粗料示意图；

图15为对图14所示粗料上第二种材料进行外圆磨削制得的用于制造刀具的坯体示意图；

图16为本发明提供的方法制得的刀具另一实施例的示意图。

具体实施方式

以下结合附图详细描述本发明的技术方案。本发明实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

图4为用于制造本发明坯体的一种原材料示意图。如图4所示，原材料包括第一种材料100和第二种材料200，当第一种材料100与第二种材料200以上下相叠的方式呈现时，第一种材料100的厚度是第二种材料200厚度的10倍以上，比如：20倍、30倍或30倍以上。图11为用于制造本发明坯体的另一种原材料示意图。原材料包括第一种材料100、第二种材料200和第三种材料300，当第一种材料100与第二种材料200以上下相叠的方式呈现时，第一种材料100的厚度是第二种材料200厚度的10倍以上，比如：20倍、30倍或30倍以上。第三种材料叠于第一种材料之下，实现第一种材料沿其轴向的延长，以满足刀具加工的要求。第一种材料和第三种材料可以相同，并通过焊接的方式连接。

将制得原材料直接作为坯体用于刀具制造，或者依据刀具的规格，对原材料进行切割制成若干个更小的坯体。图5为沿原材料的径向进行切割并获得用于制造刀具的坯体的示意图。图5所示，放电切割线400沿原材料的径向由起点410沿路径420至终点430进行切割并获得坯体500(参见图6)，得到的坯体整体成圆柱状，外周上具有一处切割形成的凸起510。

将获得的坯体500装夹于设备上(如：机床)并对其上第一种材料100进行外圆磨削制得的用于制造刀具的粗料600(参见图7)。完成后，在将粗料600(参见图8)从坯体500上分离，并对第二种材料200进行外圆磨削制得的用于制造刀具的坯体700(参见图9)。最后，按刀具的加工要求，在坯体上加工槽体和形成刃部，并制成刀具(参见图10)。

参见图11，当所制造的原材料的轴向长度不能满足刀具的制造要求时，可以采用第三种材料(与第一种材料相同)以实现第一种材料的轴向得以延长。与之前的提起的刀具制造方法类似，从图11所示原材料上获取坯体(参见图12)。

将获得的坯体装夹于设备上(如：机床)并对其上第一种材料100进行外圆磨削制得的用于制造刀具的粗料600(参见图13)，完成后，在将粗料600(参见图14)从坯体上分离，并对第二种材料200进行外圆磨削制得的用于制造刀具的坯体700(参见图15)。最后，按刀具的加工要求，在坯体上加工槽体和形成刃部，并制成刀具(参见图16)。

Claims

1.一种坯体，其包括第一种材料和第二种材料，所述的第一种材料和所述的第二种材料之间不以焊接的方式固定，当所述的第一种材料与所述的第二种材料以上下相叠的方式呈现时，所述的第一种材料的厚度是所述的第二种材料厚度的10倍以上。

2.根据权利要求1所述的坯体，其特征在于所述的第一种材料的厚度是所述的第二种材料厚度的20倍、20倍以上、30倍或30倍以上。

3.根据权利要求1所述的坯体，其特征在于所述的第一种材料为硬质合金。

4.根据权利要求1所述的坯体，其特征在于所述的第二种材料的物质为PCD、Co和CBN之一种或几种。

5.根据权利要求1所述的坯体，其特征在于所述的第二种材料与所述的第一种材料以高温烧结的方式制成原材料，所述原材料用于制造所述的坯体。

6.根据权利要求1～5之一所述的坯体用于刀具的制造，制成刀具的切削端部，以实施切削加工。

7.一种刀具，其特征在于由权利要求1～5之一所述的坯体制造而成。

8.一种刀具，其特征在于其切削端部由权利要求1～5之一所述的坯体制造而成。

9.一种刀具，其特征在于其切削端部包括第一种材料和第二种材料，所述的第一种材料和所述的第二种材料之间不以焊接的方式固定。

10.根据权利要求7～9之一所述的刀具，其特征在于按如下方法制造：

获得所述的坯体；

然后，将所述的坯体的一端装夹于加工设备上，对所述的第一种材料进行外圆加工制成用于制造刀具的粗料；

之后，将所述的粗料从所述的坯体上分离后，继续对所述的第二种材料进行外圆加工，制得用于制造刀具的坯体；

最后，按刀具的加工要求，在所述的用于制造刀具的坯体上加工槽体和形成刃部，并制成刀具。

11.根据权利要求7～9之一所述的刀具用于对难加工材料实施切削。

12.根据权利要求7～9之一所述的刀具用于对难加工材料实施切削，所述的难加工材料选自于含硅量超过18％的超高硅铝、陶瓷、金属陶瓷以及硬质合金、石墨和纤维材料。