CN111497035A - 一种实现以铣代磨加工的pcd刀具、其制备方法及应用 - Google Patents
一种实现以铣代磨加工的pcd刀具、其制备方法及应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种实现以铣代磨加工的PCD刀具及其制备方法,所述PCD刀具的刀刃数量为10‑100刃,刃口形式为等距环绕于刀头顶部,所述刃口的前角角度为‑5°‑15°,螺旋角度为10°‑40°,刀刃深度1‑4mm;确定刀具总体结构后进行刀具加工,将整体PCD刀头焊接在硬质合金刀具基体上,将刀具轮廓加工至所需形状,刀具刃口的加工形式为激光加工,所加工出的刃口既具有铣削的结构且在刃口上分布又金刚石颗粒。本发明的新型PCD刀具结构与制备方法,结合了铣削于磨削的加工方式,克服传统磨削加工磨粒磨损、脱落与传统铣削加工中切削力与切削热过大带来的材料破裂、损伤等缺点,增大了加工质量与加工效率,在整体上实现了以铣代磨的加工方式。
Description
技术领域
本发明属于刀具加工技术领域,具体涉及一种实现以铣代磨加工的PCD刀具、其制备方法及应用。
背景技术
磨削加工是一种传统的半精加工和精加工方法;是利用高速旋转的砂轮表面大量随机分布的磨粒在工件表面进行滑擦、刻划和切削三种作用的综合结果;铣削加工是指使用旋转的刀具切削工件的一种加工方式。相比铣削加工,磨削加工一次去除深度小,可以获得较高的加工精度;而铣削加工相比磨削加工具有更高的加工效率与灵活的加工方式。
蓝宝石、玻璃、陶瓷等硬脆材料具有硬度高,脆性大,断裂韧性低,材料弹性极限与强度接近;这些特点使其加工中容易出现裂纹、表面破损等,通常这些硬脆材料的表面轮廓是使用电镀金刚石磨头磨削加工,以达到表面平滑细致、轮廓光顺、无振纹、无崩边、磨削表面粗糙度低的加工效果,经抛光后可达镜面。
但电镀金刚石磨头磨削效率低,经过长时间使用后磨粒破损、脱落,锋利性下降,易导致零件加工后表面破损、产生划痕及微裂纹。特别是在针对于薄壁结构件轮廓精确成形时,磨削形状与尺寸精度难以稳定控制;同时由于加工表面粗糙度高,需要长时间抛光,大大增加后续加工时间及成本。
铣削加工是利用铣刀在高转速下,各刀齿周期性地参与间断切削的一种去除方式,传统铣刀刀刃数量多为1-4刃,在硬脆材料的切削中,由于切削力、切削热、切削振动、切削加工不均匀变形易导致零件加工后表面破损、划痕及产生微裂纹。大使材料在去除过程中产生微裂纹及破碎。因此硬脆材料的铣削加工对传统刀具质量、加工参数及机床质量都提出了很高的要求。因此传统磨削与铣削在加工蓝宝石、玻璃、陶瓷等硬脆材料上都存在一定的缺陷。
刀具是将金刚石微粉与结合剂混和起来在高温高压下制备成PCD片,然后通过切割成相应的形状焊接在基体上制作成刀具。PCD刀具具有与天然金刚石相近的高硬度高强度,且刀具可以加工出锋利的刃口,适合加工硬度较高的材料。但传统1-4刃的PCD刀具在加工硬脆材料时也会产生较大的应力是材料产生微裂纹及破碎,因此需要结合磨削的特点对PCD刀具的刃口结构及加工方式进行优化设计。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种实现以铣代磨加工的PCD刀具、其制备方法及应用,本发明的PCD刀具通过增大刀刃数量,减少单齿切削量,降低切削应力与切削热;使刀刃以均匀环绕形式分布在刀头,使受力均匀;采用激光加工,提到刃口精度,同时使刃口上的金刚石颗粒参与切削,起微量磨削的作用。达到铣削代替金刚石磨头磨削,极大缩短后续抛光时间、提高了加工质量。
本发明的技术方案为:
一种实现以铣代磨加工的PCD刀具,其特征在于,所述PCD刀具的刀刃数量为10-100刃。
进一步的,所述PCD刀具的刀刃以均匀环绕形式分布在刀头,刃口的前角角度为-5°-15°,螺旋角度为10°-40°,刀刃深度1-4mm。
进一步的,所述PCD刀具的刀刃根据需要加工方式进行设计,可设计为面铣刀、倒角刀、圆鼻刀、T型刀、成型刀中的任一种,且不限于以上几种铣削刀具。
本发明中,根据加工要求及加工材料特点设计刀具刀刃数量,通过增大刀刃数量减少切削过程中单齿切削量,达到微切削,降低切削应力与切削热,避免材料崩碎。根据研究设计刀刃数量为10-100刃;根据切削要求及刀刃数量设计刃口几何参数,设计前角角度-5°-15°,螺旋角10°-40°,刀刃深度1-4mm,刀刃以均匀环绕形式分布在刀头。
特别的,所述刃口表面分布有金刚石颗粒。
一种上述的PCD刀具的制备方法,其特征在于,确定刀具总体结构后进行刀具加工,将整体PCD刀头焊接在硬质合金刀具基体上,将刀具轮廓加工至所需形状,然后再用激光对刀刃进行加工。
进一步的,所述PCD刀具的轮廓加工方式包括磨削加工、电火花加工与激光加工或其组合加工。
进一步的,所述PCD刀具刃口的激光加工为纳秒激光、皮秒激光、飞秒激光中的任一种或其组合的激光加工方式。
进一步的,所述PCD刀具刃口加工的激光加工参数为,纳秒激光参数为激光功率10-100w,光斑直径0.1-0.3mm,扫描速度200-500mm/min,扫描次数1-10次,激光锥度5°-10°。
进一步的,所述PCD刀具刃口加工的激光加工参数为,皮秒激光参数为激光功率10-50w、重复频率200-500khz,光斑直径0.05-0.2mm、扫描速度400-1000mm/s、扫描次数5-50次,激光锥度5°-10°。
进一步的,所述PCD刀具刃口加工的激光加工参数为,飞秒激光参数为激光功率1-20w、重复频率200-1000khz,光斑直径0.01-0.1mm、扫描速度500-2000mm/s、扫描次数10-100次,激光锥度5°-10°。
本发明根据传统金刚石磨头及PCD铣刀结构特点,结合硬脆材料切削/磨削加工特点,增加整体PCD刀具刃口数量,使刃口均匀环绕于刀头,优化总体结构,包括刀具几何参数、刃型和刃数,获得切削力小,刀具磨损率低,对材料表面/亚表面损伤小、加工表面质量高、加工效率快,无须后处理的整体PCD多刃铣刀优化设计方案,并提出用激光对其进行加工,可获得形状复杂且加工质量好的刃口,通过刀具刃口的切削以及刃口分布的金刚石微颗粒微量磨削,实现硬脆材料加工中以铣代磨的加工。
一种上述的PCD刀具在蓝宝石、玻璃、陶瓷任一种硬脆材料加工的应用,且不限于以上几种硬脆材料。
本发明的工作原理为:结合硬脆材料切削/磨削加工特点,在传统PCD铣刀的基础上,增加刀具刃口数量化,使刀具刃口均匀环绕于刀头,使单个刀刃每次切削接触材时的去除量减少,以降低铣削中产生的切削力与切削热,实现微切削,在此基础上,减小对材料的损伤,同时激光加工后每一个刃口上的金刚石颗粒又对材料表面进行辅助微量的磨削,通过两种加工方式结合,实现材料表面的高质高效加工,取代传统金刚石磨头的磨削加工。
本发明的有益技术效果为:本发明的新型PCD刀具结构与制备方法,可以克服传统磨削加工磨粒磨损、脱落与传统铣削加工中切削力与切削热过大带来的材料破裂、损伤等缺点,增大了加工质量与加工效率。
附图说明
图1为本发明刀具的结构示意图;
图2为本发明刀具的刀刃结构俯视图;
图3为本发明刀具刃口局部放大图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合具体实施方式,对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明,并不限定本发明的保护范围。
实施例1
一种实现以铣代磨加工的PCD刀具10,其特征在于,所述PCD刀具的刀刃数量为10刃。
进一步的,所述PCD刀具的刀刃1以均匀环绕形式分布在刀头,所述刃口11的前角角度为-5°,螺旋角度为10°,刀刃深度1mm,。
特别的,所述刃口表面分布有金刚石颗粒2。
一种上述的PCD刀具的制备方法,其特征在于,确定刀具总体结构后进行刀具加工,将整体PCD刀头焊接在硬质合金刀具基体上,将刀具轮廓加工至所需形状,然后再用激光对刀刃进行加工。
进一步的,所述PCD刀具的轮廓加工方式为激光加工。
进一步的,所述PCD刀具刃口的激光加工为纳秒激光加工方式。
进一步的,所述PCD刀具刃口加工的激光加工参数为,纳秒激光参数为激光功率10w,光斑直径0.1mm,扫描速度200mm/min,扫描次数10次,激光锥度5°。
本发明的新型PCD刀具结构与制备方法,可以克服传统磨削加工磨粒磨损、脱落与传统铣削加工中切削力与切削热过大带来的材料破裂、损伤等缺点,增大了加工质量与加工效率。
一种上述的PCD刀具在蓝宝石、玻璃、陶瓷任一种硬脆材料加工的应用。
实施例2
一种实现以铣代磨加工的PCD刀具10,其特征在于,所述PCD刀具的刀刃数量为20刃。
进一步的,所述PCD刀具的刀刃以均匀环绕形式分布在刀头,所述刃口11的前角角度为0°,螺旋角度为15°,刀刃深度2mm。
特别的,所述刃口表面分布有金刚石颗粒2。
一种上述的PCD刀具的制备方法,其特征在于,确定刀具总体结构后进行刀具加工,将整体PCD刀头焊接在硬质合金刀具基体上,将刀具轮廓加工至所需形状,然后再用激光对刀刃进行加工。
进一步的,所述PCD刀具的轮廓加工方式为激光加工。
进一步的,所述PCD刀具刃口的激光加工为皮秒激光加工方式。
进一步的,所述PCD刀具刃口加工的激光加工参数为,皮秒激光参数为激光功率50w、重复频率2000khz,光斑直径0.050mm、扫描速度4000mm/s、扫描次数050次,激光锥度5°。
本发明的新型PCD刀具结构与制备方法,可以克服传统磨削加工磨粒磨损、脱落与传统铣削加工中切削力与切削热过大带来的材料破裂、损伤等缺点,增大了加工质量与加工效率。
一种上述的PCD刀具在蓝宝石、玻璃、陶瓷任一种硬脆材料加工的应用。
实施例3
一种实现以铣代磨加工的PCD刀具10,其特征在于,所述PCD刀具的刀刃数量为30刃。
进一步的,所述PCD刀具的刀刃1以均匀分布形式分布在刀头,所述刃口11的前角角度为10°,螺旋角度为20°,刀刃深度2mm。
特别的,所述刃口表面分布有金刚石颗粒2。
一种上述的PCD刀具的制备方法,其特征在于,确定刀具总体结构后进行刀具加工,将整体PCD刀头焊接在硬质合金刀具基体上,将刀具轮廓加工至所需形状,然后再用激光对刀刃进行加工。
进一步的,所述PCD刀具的轮廓加工方式为激光加工。
进一步的,所述PCD刀具刃口的激光加工为飞秒激光加工方式。
进一步的,所述PCD刀具刃口加工的激光加工参数为,飞秒激光参数为激光功率5w、重复频率1000khz,光斑直径0.05mm、扫描速度500mm/s、扫描次数50次,激光锥度10°。
本发明的新型PCD刀具结构与制备方法,可以克服传统磨削加工磨粒磨损、脱落与传统铣削加工中切削力与切削热过大带来的材料破裂、损伤等缺点,增大了加工质量与加工效率。
一种上述的PCD刀具在蓝宝石、玻璃、陶瓷任一种硬脆材料加工的应用。
实施例4
一种实现以铣代磨加工的PCD刀具10,其特征在于,所述PCD刀具的刀刃数量为40刃。
进一步的,所述PCD刀具的刀刃1以均匀分布形式分布在刀头,所述刃口11的前角角度为15°,螺旋角度为40°,刀刃深度3mm。
特别的,所述刃口表面分布有金刚石颗粒2。
一种上述的PCD刀具的制备方法,其特征在于,确定刀具总体结构后进行刀具加工,将整体PCD刀头焊接在硬质合金刀具基体上,将刀具轮廓加工至所需形状,然后再用激光对刀刃进行加工。
进一步的,所述PCD刀具的轮廓加工方式为激光加工。
进一步的,所述PCD刀具刃口的激光加工为纳秒激光加工方式。
进一步的,所述PCD刀具刃口加工的激光加工参数为,纳秒激光参数为激光功率50w,光斑直径0.2mm,扫描速度300mm/min,扫描次数3次,激光锥度7°。
本发明的新型PCD刀具结构与制备方法,可以克服传统磨削加工磨粒磨损、脱落与传统铣削加工中切削力与切削热过大带来的材料破裂、损伤等缺点,增大了加工质量与加工效率。
一种上述的PCD刀具在蓝宝石、玻璃、陶瓷任一种硬脆材料加工的应用。
实施例5
一种实现以铣代磨加工的PCD刀具10,其特征在于,所述PCD刀具的刀刃数量为50刃。
进一步的,所述PCD刀具的刀刃1以均匀分布形式分布在刀头,所述刃口11的前角角度为15°,螺旋角度为40°,刀刃深度4mm。
特别的,所述刃口表面分布有金刚石颗粒2。
一种上述的PCD刀具的制备方法,其特征在于,确定刀具总体结构后进行刀具加工,将整体PCD刀头焊接在硬质合金刀具基体上,将刀具轮廓加工至所需形状,然后再用激光对刀刃进行加工。
进一步的,所述PCD刀具的轮廓加工方式为激光加工。
进一步的,所述PCD刀具刃口的激光加工为皮秒激光加工方式。
进一步的,所述PCD刀具刃口加工的激光加工参数为,皮秒激光参数为激光功率30w、重复频率350khz,光斑直径0.1mm、扫描速度800mm/s、扫描次数30次,激光锥度8°。
本发明的新型PCD刀具结构与制备方法,可以克服传统磨削加工磨粒磨损、脱落与传统铣削加工中切削力与切削热过大带来的材料破裂、损伤等缺点,增大了加工质量与加工效率。
一种上述的PCD刀具在蓝宝石、玻璃、陶瓷任一种硬脆材料加工的应用。
实施例6
一种实现以铣代磨加工的PCD刀具10,其特征在于,所述PCD刀具的刀刃数量为60刃。
进一步的,所述PCD刀具的刀刃1以均匀分布形式分布在刀头,所述刃口11的前角角度为5°,螺旋角度为30°,刀刃深度4mm。
特别的,所述刃口表面分布有金刚石颗粒2。
一种上述的PCD刀具的制备方法,其特征在于,确定刀具总体结构后进行刀具加工,将整体PCD刀头焊接在硬质合金刀具基体上,将刀具轮廓加工至所需形状,然后再用激光对刀刃进行加工。
进一步的,所述PCD刀具的轮廓加工方式为激光加工。
进一步的,所述PCD刀具刃口的激光加工为飞秒激光加工方式。
进一步的,所述PCD刀具刃口加工的激光加工参数为,飞秒激光参数为激光功率10w、重复频率600khz,光斑直径0.05mm、扫描速度1000mm/s、扫描次数50次,激光锥度7°。
本发明的新型PCD刀具结构与制备方法,可以克服传统磨削加工磨粒磨损、脱落与传统铣削加工中切削力与切削热过大带来的材料破裂、损伤等缺点,增大了加工质量与加工效率。
一种上述的PCD刀具在蓝宝石、玻璃、陶瓷任一种硬脆材料加工的应用。
实施例7
一种实现以铣代磨加工的PCD刀具10,其特征在于,所述PCD刀具的刀刃数量为50刃。
进一步的,所述PCD刀具的刀刃1以均匀分布形式分布在刀头,所述刃口11的前角角度为-5°,螺旋角度为10°,刀刃深度2mm。
特别的,所述刃口表面分布有金刚石颗粒2。
一种上述的PCD刀具的制备方法,其特征在于,确定刀具总体结构后进行刀具加工,将整体PCD刀头焊接在硬质合金刀具基体上,将刀具轮廓加工至所需形状,然后再用激光对刀刃进行加工。
进一步的,所述PCD刀具的轮廓加工方式为激光加工。
进一步的,所述PCD刀具刃口的激光加工为纳秒激光加工方式。
进一步的,所述PCD刀具刃口加工的激光加工参数为,纳秒激光参数为激光功率30w,光斑直径0. mm,扫描速度200mm/min,扫描次数2次,激光锥度7°。
本发明的新型PCD刀具结构与制备方法,可以克服传统磨削加工磨粒磨损、脱落与传统铣削加工中切削力与切削热过大带来的材料破裂、损伤等缺点,增大了加工质量与加工效率。
一种上述的PCD刀具在蓝宝石、玻璃、陶瓷任一种硬脆材料加工的应用。
实施例8
一种实现以铣代磨加工的PCD刀具10,其特征在于,所述PCD刀具的刀刃数量为60刃。
进一步的,所述PCD刀具的刀刃1以均匀分布形式分布在刀头,所述刃口11的前角角度为5°,螺旋角度为20°,刀刃深度3mm。
特别的,所述刃口表面分布有金刚石颗粒2。
一种上述的PCD刀具的制备方法,其特征在于,确定刀具总体结构后进行刀具加工,将整体PCD刀头焊接在硬质合金刀具基体上,将刀具轮廓加工至所需形状,然后再用激光对刀刃进行加工。
进一步的,所述PCD刀具的轮廓加工方式为激光加工。
进一步的,所述PCD刀具刃口的激光加工为皮秒激光加工方式。
进一步的,所述PCD刀具刃口加工的激光加工参数为,皮秒激光参数为激光功率50w、重复频率500khz,光斑直径0.05mm、扫描速度800mm/s、扫描次数20次,激光锥度5。
本发明的新型PCD刀具结构与制备方法,可以克服传统磨削加工磨粒磨损、脱落与传统铣削加工中切削力与切削热过大带来的材料破裂、损伤等缺点,增大了加工质量与加工效率。
一种上述的PCD刀具在蓝宝石、玻璃、陶瓷任一种硬脆材料加工的应用。
实施例9
一种实现以铣代磨加工的PCD刀具10,其特征在于,所述PCD刀具的刀刃数量为100刃。
进一步的,所述PCD刀具的刀刃1以均匀分布形式分布在刀头,所述刃口11的前角角度为10°,螺旋角度为30°,刀刃深度2.5mm。
特别的,所述刃口表面分布有金刚石颗粒2。
一种上述的PCD刀具的制备方法,其特征在于,确定刀具总体结构后进行刀具加工,将整体PCD刀头焊接在硬质合金刀具基体上,将刀具轮廓加工至所需形状,然后再用激光对刀刃进行加工。
进一步的,所述PCD刀具的轮廓加工方式为激光加工。
进一步的,所述PCD刀具刃口的激光加工为飞秒激光加工方式。
进一步的,所述PCD刀具刃口加工的激光加工参数为,飞秒激光参数为激光功率20w、重复频率1000khz,光斑直径0.01mm、扫描速度1000mm/s、扫描次数100次,激光锥度5°。
本发明的新型PCD刀具结构与制备方法,可以克服传统磨削加工磨粒磨损、脱落与传统铣削加工中切削力与切削热过大带来的材料破裂、损伤等缺点,增大了加工质量与加工效率。
一种上述的PCD刀具在蓝宝石、玻璃、陶瓷任一种硬脆材料加工的应用。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。需注意的是,本发明中所未详细描述的技术特征,均可以通过本领域任一现有技术实现。
Claims (10)
1.一种实现以铣代磨加工的PCD刀具,其特征在于,所述PCD刀具的刀刃数量为10-100刃。
2.根据权利要求1所述的实现以铣代磨加工的PCD刀具,其特征在于,所述PCD刀具的刀刃以环绕分布形式分布在刀头,刃口的前角角度为-5°-15°,螺旋角度为10°-40°,刀刃深度1-4mm。
3.根据权利要求1所述的实现以铣代磨加工的PCD刀具,其特征在于其刀刃根据需要加工方式进行设计,可设计为面铣刀、倒角刀、圆鼻刀、T型刀、成型刀中的任一种。
4.一种权利要求1-3任一项所述的PCD刀具的制备方法,其特征在于,确定刀具总体结构后进行刀具加工,将整体PCD刀头焊接在硬质合金刀具基体上,将刀具轮廓加工至所需形状,然后再用激光对刀刃进行加工。
5.根据权利要求4所述的PCD刀具的制备方法,其特征在于,所述PCD刀具的轮廓加工方式包括磨削加工、电火花加工与激光加工或其组合加工。
6.根据权利要求5所述的PCD刀具的制备方法,其特征在于,所述PCD刀具刃口的激光加工为纳秒激光、皮秒激光、飞秒激光中的任一种或其组合的激光加工方式。
7.根据权利要求6所述的PCD刀具的制备方法,其特征在于,所述PCD刀具刃口加工的激光加工参数为,纳秒激光参数为激光功率10-100w,光斑直径0.1-0.3mm,扫描速度200-500mm/min,扫描次数1-10次,激光锥度5°-10°。
8.根据权利要求6所述的PCD刀具的制备方法,其特征在于,所述PCD刀具刃口加工的激光加工参数为,皮秒激光参数为激光功率10-50w、重复频率200-500khz,光斑直径0.05-0.2mm、扫描速度400-1000mm/s、扫描次数5-50次,激光锥度5°-10°。
9.根据权利要求6所述的PCD刀具的制备方法,其特征在于,所述PCD刀具刃口加工的激光加工参数为,飞秒激光参数为激光功率1-20w、重复频率200-1000khz,光斑直径0.01-0.1mm、扫描速度500-2000mm/s、扫描次数10-100次,激光锥度5°-10°。
10.一种权利要求1-3任一项所述的PCD刀具在蓝宝石、玻璃、陶瓷任一种硬脆材料加工的应用。
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