CN110948191A - 一种整体烧结铣刀头及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种整体烧结铣刀头及制备方法，包括超硬材料前驱体和铣刀刀柄；所述超硬材料前驱体由以下重量百分比的原料组成：金刚石或立方氮化硼微粉50%~90%、金属粉末5%~50%以及陶瓷颗粒和晶须5%~30%。本发明整体烧结成的铣刀能够提高加工效率，提高生产效率，避免了现有多断续加工淬硬钢，复合式焊接立方氮化硼（PCBN）刀片经常崩刃、打刀的问题。
Description
技术领域
本发明涉及铣刀头制备的技术领域，尤其涉及一种整体烧结铣刀头及制备方法。
背景技术
金刚石和立方氮化硼是目前已知的最硬的两种材料，由这两种材料制作成的刀片已被广泛的应用到机械加工领域。早期的立方氮化硼刀片主要以焊接复合片为主，目前依然广泛应用，其特点就是能够实现高速高效加工甚至“以车代磨”，但在切削加工的实际生产中，遇到很多断续加工淬硬钢，硬铸铁，灰铸铁，夹砂、白口铸铁这些领域中，复合式焊接立方氮化硼（PCBN）刀片经常崩刃、打刀。
发明内容
针对目前在切削加工的实际生产中，遇到很多断续加工淬硬钢，硬铸铁，灰铸铁，夹砂、白口铸铁这些领域中，复合式焊接立方氮化硼（PCBN）刀片经常崩刃、打刀的技术问题，本发明提出一种整体烧结铣刀头及制备方法。
为了解决上述问题，本发明的技术方案是这样实现的：
一种整体烧结铣刀头，整体烧结铣刀头包括超硬材料前驱体和铣刀刀柄，超硬材料前驱体和铣刀刀柄焊接为一体结构；所述超硬材料前驱体由以下重量百分比的原料组成：金刚石或立方氮化硼微粉50%~90%、金属粉末5%~45%以及陶瓷颗粒和晶须5%~30%；
优选地，整体烧结铣刀头的制备方法包括如下步骤：
S1、首先根据铣刀头的尺寸外形设计模具形状，并在模具上留出焊接的部位；
S2、根据设计出的模具图用混合粉末制成模具，在模具内的各空隙处装填超硬材料前驱体，并压实，盖上一层碳膜密封好超硬材料前驱体；
S3、将步骤S2中填充超硬材料前驱体的模具放入石墨加热管中，并石墨加热管与叶蜡石按一定方式组装后放入金刚石六面顶压机中，在高温高压下合成烧结，烧结压力为4-7Gpa，烧结温度为1300-1700℃，烧结时间为10-20min；
S4、最后将烧结完成得到铣刀头焊接到硬质合金铣刀柄上。
优选地，所述金刚石或立方氮化硼微粉的粉末粒度为1-25um；所述金属粉末包括Ni、Si、V、Al、Ti、Co、Cr、Mo、W中的任意一种或几种粉末且金属粉末的粒度小于15um；所述陶瓷颗粒包括氮化铝、碳化钛、氮化钛、碳氮化钛、碳化钨、碳化硅、氧化铝中的任意一种或几种且陶瓷颗粒的粒度小于10um，陶瓷晶须包括碳化硅晶须、氮化硅晶须、氧化铝晶须、碳纤维中的任意一种或两种物质且陶瓷晶须的晶须长径比大于20。
优选地，所述步骤S2中混合粉末包括氟化钠、氟化钾、氟化镁、氯化钠、氧化镁、氧化钙、氧化铝、白云石、冰晶石中的任意一种或几种组分。
优选地，所述陶瓷颗粒和晶须中晶须的质量百分比为20%~40%，陶瓷颗粒的质量百分比为60%~80%。
本发明的有益效果：本发明通过整体烧结成的铣刀能够提高加工效率，提高生产效率，解决了目前在切削加工的实际生产中，遇到很多断续加工淬硬钢，硬铸铁，灰铸铁，夹砂、白口铸铁这些领域中，复合式焊接立方氮化硼（PCBN）刀片经常崩刃、打刀的问题。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：一种整体烧结铣刀头，包括超硬材料前驱体和铣刀刀柄，超硬材料前驱体和铣刀刀柄焊接为一体结构；所述超硬材料前驱体由以下重量百分比的原料组成：金刚石50%，且金刚石的粉末粒度选用1um，金属粉末选用金属Ni粉末，金属Ni粉末含量为45%且金属Ni粉末的粒度选用14um，陶瓷颗粒和晶须混合物的含量为5%，其中晶须的质量百分比为30%，陶瓷晶须选用碳化硅晶须且碳化硅晶须长径比为25，陶瓷颗粒的质量百分比为70%，陶瓷颗粒选用氮化铝且氮化铝的颗粒粒度为5um，利用金刚石、金属Ni、碳化硅晶须和氮化铝颗粒整体混合烧结成的超硬材料前驱体，大大提高了铣刀刀头的抗弯强度和韧性，避免刀片在切削过程中出现崩刃的情况。
所述整体烧结铣刀头的制备方法包括如下步骤：
S1、首先根据铣刀头的尺寸外形设计模具形状，并在模具上留出焊接的部位；
S2、根据设计出的模具图用混合粉末制成模具，混合粉末包括氟化钠，在模具内的各空隙处装填超硬材料前驱体粉末，并压实，盖上一层碳膜密封好超硬材料前驱体；
S3、将步骤S2中填充超硬材料前驱体的模具放入石墨加热管中，并石墨加热管与叶蜡石按一定方式组装后放入金刚石六面顶压机中，在高温高压下合成烧结，烧结压力为4Gpa，烧结温度为1300℃，烧结时间为20min；
S4、最后将烧结完成得到铣刀头焊接到硬质合金铣刀柄上，通过整体烧结成的铣刀能够提高加工效率，提高生产效率，解决了目前在切削加工的实际生产中，遇到很多断续加工淬硬钢，硬铸铁，灰铸铁，夹砂、白口铸铁这些领域中，复合式焊接立方氮化硼（PCBN）刀片经常崩刃、打刀的问题。
实施例2，一种整体烧结铣刀头，包括超硬材料前驱体和铣刀刀柄，超硬材料前驱体和铣刀刀柄焊接为一体结构；所述超硬材料前驱体由以下重量百分比的原料组成：立方氮化硼微粉90%，且立方氮化硼微粉的粉末粒度选用5um；金属粉末的整体含量为5%，金属粉末选用金属Ni粉末、金属Ti粉末和金属W粉末混合，金属Ni粉末、金属Ti粉末和金属W粉末的粒度均选用25um且金属Ni粉末、金属Ti粉末和金属金属W粉末的配比为1：1：3，陶瓷颗粒和晶须混合物的含量为30%，其中晶须的质量百分比为30%，陶瓷晶须选用碳化硅晶须和氮化硅晶须混合物且碳化硅晶须和氮化硅晶须长径比均为30，碳化硅晶须和氮化硅晶须的混合比例为1：1，陶瓷颗粒的质量百分比为60%，陶瓷颗粒选用氮化铝和氧化铝混合且氮化铝和氧化铝的颗粒粒度为9um，氮化铝和氧化铝的混合比例为2：3，通过在制备刀头中加入氮化硅晶须和氧化铝陶瓷颗粒，提高铣刀刀头的整体硬度，保证整个铣刀刀头的韧性、抗弯程度以及硬度都能满足不同工况下的切削需求。
所述整体烧结铣刀头的制备方法包括如下步骤：
S1、首先根据铣刀头的尺寸外形设计模具形状，并在模具上留出焊接的部位；
S2、根据设计出的模具图用混合粉末制成模具，混合粉末包括氟化钠和氟化钾，氟化钠和氟化钾的混合比例为1:1，在模具内的各空隙处装填超硬材料前驱体粉末，并压实，盖上一层碳膜密封好超硬材料前驱体；
S3、将步骤S2中填充超硬材料前驱体的模具放入石墨加热管中，并石墨加热管与叶蜡石按一定方式组装后放入金刚石六面顶压机中，在高温高压下合成烧结，烧结压力为7Gpa，烧结温度为1700℃，烧结时间为10min；
S4、最后将烧结完成得到铣刀头焊接到硬质合金铣刀柄上，通过整体烧结成的铣刀能够提高加工效率，提高生产效率，解决了目前在切削加工的实际生产中，遇到很多断续加工淬硬钢，硬铸铁，灰铸铁，夹砂、白口铸铁这些领域中，复合式焊接立方氮化硼（PCBN）刀片经常崩刃、打刀的问题。
其余结构与实施例1相同。
实施例3：一种整体烧结铣刀头，所述超硬材料前驱体由以下重量百分比的原料组成：金刚石的百分含量为60%，且金刚石的粉末粒度选用10um；金属粉末的整体含量为20%，金属粉末选用金属Ni粉末和金属W粉末混合，金属Ni粉末、金属Si粉末和金属W粉末的粒度均选用1um且金属Ni粉末和金属W粉末的配比为2：3，陶瓷颗粒和晶须混合物的含量为20%，其中晶须的质量百分比为40%，陶瓷晶须选用碳纤维晶须且碳纤维晶须长径比均为26，陶瓷颗粒的质量百分比为70%，陶瓷颗粒选用氮化铝、碳化钛和氧化铝混合且氮化铝、碳化钛和氧化铝的颗粒粒度为5um，氮化铝、碳化钛和氧化铝的混合比例为1:1：3。
所述整体烧结铣刀头的制备方法包括如下步骤：
S1、首先根据铣刀头的尺寸外形设计模具形状，并在模具上留出焊接的部位；
S2、根据设计出的模具图用混合粉末制成模具，混合粉末包括氟化镁、氯化钠、氧化镁和氧化钙且氟化镁、氯化钠、氧化镁和氧化钙的混合比例为2：3：3:2，将混合好的粉末制成模具，在模具内的各空隙处装填超硬材料前驱体粉末，并压实，盖上一层碳膜密封好超硬材料前驱体；
S3、将步骤S2中填充超硬材料前驱体的模具放入石墨加热管中，并石墨加热管与叶蜡石按一定方式组装后放入金刚石六面顶压机中，在高温高压下合成烧结，烧结压力为5Gpa，烧结温度为1400℃，烧结时间为20min；
S4、最后将烧结完成得到铣刀头焊接到硬质合金铣刀柄上，通过整体烧结成的铣刀能够提高加工效率，提高生产效率，解决了目前在切削加工的实际生产中，遇到很多断续加工淬硬钢，硬铸铁，灰铸铁，夹砂、白口铸铁这些领域中，复合式焊接立方氮化硼（PCBN）刀片经常崩刃、打刀的问题。
其余结构与实施例1相同。
实施例4：一种整体烧结铣刀头，所述超硬材料前驱体由以下重量百分比的原料组成：立方氮化硼粉末的百分含量为70%，且立方氮化硼粉末的粉末粒度选用20um；金属粉末的整体含量为10%，金属粉末选用金属Ni粉末、金属Si粉末、金属Ti粉末和金属W粉末混合，金属Ni粉末、金属Si粉末、金属Ti粉末和金属W粉末的粒度均选用13um且金属Ni粉末、金属Si粉末、金属Ti粉末和金属W粉末的配比为:2：3：2：3，陶瓷颗粒和晶须混合物的含量为20%，其中晶须的质量百分比为25%，陶瓷晶须选用碳纤维晶须和氧化铝晶须且碳纤维晶须和氧化铝晶须长径比均为26，陶瓷颗粒的质量百分比为75%，陶瓷颗粒选用氮化铝和碳化钛混合且氮化铝和碳化钛均为7um，氮化铝、碳化钛和氧化铝的混合比例为2：3。
所述整体烧结铣刀头的制备方法包括如下步骤：
S1、首先根据铣刀头的尺寸外形设计模具形状，并在模具上留出焊接的部位；
S2、根据设计出的模具图用混合粉末制成模具，混合粉末包括氧化钙和白云石且氧化钙和白云石的混合比例为1：1，将混合好的粉末制成模具，在模具内的各空隙处装填超硬材料前驱体粉末，并压实，盖上一层碳膜密封好超硬材料前驱体；
S3、将步骤S2中填充超硬材料前驱体的模具放入石墨加热管中，并石墨加热管与叶蜡石按一定方式组装后放入金刚石六面顶压机中，在高温高压下合成烧结，烧结压力为6Gpa，烧结温度为1500℃，烧结时间为13min；
S4、最后将烧结完成得到铣刀头焊接到硬质合金铣刀柄上，通过整体烧结成的铣刀能够提高加工效率，提高生产效率，解决了目前在切削加工的实际生产中，遇到很多断续加工淬硬钢，硬铸铁，灰铸铁，夹砂、白口铸铁这些领域中，复合式焊接立方氮化硼（PCBN）刀片经常崩刃、打刀的问题。
以上所述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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种整体烧结铣刀头，其特征在于，包括超硬材料前驱体和铣刀刀柄；所述超硬材料前驱体由以下重量百分比的原料组成：金刚石或立方氮化硼微粉50%~90%、金属粉末5%~45%以及陶瓷颗粒和晶须5%~30%。
2.根据权利要求1所述的整体烧结铣刀头的制备方法包括如下步骤：
S1、首先根据铣刀头的尺寸外形设计模具形状，并在模具上留出焊接的部位；
S2、根据设计出的模具图用混合粉末制成模具，在模具内的各空隙处装填超硬材料前驱体粉末，并压实，盖上一层碳膜密封好超硬材料前驱体粉末；
S3、将步骤S2中填充超硬材料前驱体粉末的模具放入石墨加热管中，并将石墨加热管与叶蜡石组装后放入金刚石六面顶压机中，在高温高压下合成烧结，烧结压力为4-7Gpa，烧结温度为1300-1700℃，烧结时间为10-20min；
S4、最后将烧结完成得到铣刀头焊接到硬质合金铣刀柄上。
3.根据权利要求1所述的整体烧结铣刀头，其特征在于，所述金刚石或立方氮化硼微粉的粉末粒度为1-25um；所述金属粉末包括Ni、Si、V、Al、Ti、Co、Cr、Mo、W中的任意一种或几种粉末且金属粉末的粒度小于15um；所述陶瓷颗粒包括氮化铝、碳化钛、氮化钛、碳氮化钛、碳化钨、碳化硅、氧化铝中的任意一种或几种且陶瓷颗粒的粒度小于10um，陶瓷晶须包括碳化硅晶须、氮化硅晶须、氧化铝晶须、碳纤维中的任意一种或两种物质且陶瓷晶须的晶须长径比大于20。
4.根据权利要求2所述的整体烧结铣刀头，其特征在于，所述步骤S2中混合粉末包括氟化钠、氟化钾、氟化镁、氯化钠、氧化镁、氧化钙、氧化铝、白云石、冰晶石中的任意一种或几种组分。
5.根据权利要求1所述的整体烧结铣刀头，其特征在于，所述陶瓷颗粒和晶须中晶须的质量百分比为20%~40%，陶瓷颗粒的质量百分比为60%~80%。
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