CN113787191B - 一种带凹槽的cbn刀具加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带凹槽的CBN刀具加工工艺，涉及超硬材料刀具加工技术领域，该工艺包括以下步骤：使用压制模具将CBN粉料压制成带凹槽的毛坯；使用钨钴合金填充毛坯上的凹槽，得到填充毛坯；将填充毛坯组装成高压合成块；将高压合成块在高温高压下合成，得到CBN刀具半成品；最后从高压合成块中取出CBN刀具半成品，并将CBN刀具半成品与硬质合金分离，然后使用磨削工具对CBN刀具半成品进行修整，再经过倒棱并使用钝化毛刷钝化，得到CBN刀具成品。该工艺用于取代现有的激光雕刻开槽方法，在高压合成阶段可直接得到带凹槽的CBN刀具，大幅降低带凹槽CBN刀具的制作成本，有利于推动带凹槽CBN刀具的应用。

Description

一种带凹槽的CBN刀具加工工艺
技术领域
本发明涉及超硬材料刀具加工技术领域，具体为一种带凹槽的CBN刀具加工工艺。
背景技术
立方氮化硼（CBN）超硬刀具在加工黑色金属领域在现代制造业中扮演者越来越重要的角色，相比传统硬质合金刀具和陶瓷刀具，具有明显的寿命优势、加工质量优势、加工效率优势及加工成本优势，近年来在国内得到了蓬勃的发展，前景十分广阔。
CBN刀具按照是否带凹槽可分为两种，不带凹槽的整体CBN刀具生产加工成本低，但是装卡在刀杆上时存在装配间隙，导致在高速加工过程中发生震动，从而对刀具的使用寿命和被加工对象产生不良影响，带有凹槽的装卡方式能有效的避免装卡间隙，大大减少震动，但是由于整体CBN刀具的硬度极高，在CBN刀具上加工出符合要求的凹槽形状非常困难。
目前常规的CBN刀具加工方法是把做好的平面状的CBN刀片在加工好外形尺寸后，用激光磨床进行雕刻，以得到所需要的槽型，由于所需槽型余量较大，必须使用大功率激光雕刻并且加工时间很长，成品率也不高，导致带有凹槽的整体CBN刀具很难在市场上进行推广。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种带凹槽的CBN刀具加工工艺，可直接生产出带有凹槽的CBN刀具，能够代替激光雕刻等高成本开槽工艺，大幅降低生产成本。
本发明采用的技术方案如下：
一种带凹槽的CBN刀具加工工艺，包括如下步骤：
（1）使用压制模具将CBN粉料压制成带凹槽的毛坯；
（2）使用钨钴合金填充毛坯上的凹槽，得到填充毛坯；
（3）将填充毛坯组装成高压合成块；
（4）将高压合成块在高温高压下合成，得到CBN刀具半成品；
（5）从高压合成块中取出CBN刀具半成品，并将CBN刀具半成品与硬质合金分离，然后使用磨削工具对CBN刀具半成品进行修整，再经过倒棱并使用钝化毛刷钝化，得到CBN刀具成品。
优选的，步骤（1）中，所述压制模具包括上压头、下压头、模桶，所述上压头、下压头上均设有用于压制凹槽的凸模。
优选的，步骤（3）中，所述高压合成块包括导压介质、堵头、钛片、碳片、碳模以及若干个填充毛坯，所述堵头、钛片、碳片、填充毛坯按照由外至内的顺序叠压在一起，若干所述填充毛坯按从上到下的顺序叠压在一起并使用碳片分隔，所述填充毛坯的侧面依次被碳模、导压介质包裹。
优选的，步骤（4）中，合成压力为6±0.5GPa，合成温度为1200℃～1400℃。
优选的，步骤（5）中，进行修整时，使用顶针插入CBN刀具半成品上的凹槽并将其固定在磨削工具上。
优选的，所述导压介质为叶腊石。
优选的，所述顶针上设有凸起，所述凸起与所述CBN刀具半成品上的凹槽形状相同。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
（1）本发明通过采用具有特殊形状的上压头、下压头将CBN粉料压制成带凹槽的毛坯，然后在凹槽中填充硬质合金使其形成一个组合的整体，然后经过高温高压合成得到带凹槽的CBN刀具半成品，最后经过磨削修整、倒棱、钝化后即可得到带凹槽的CBN刀具成品，与现有的工艺相比，该工艺省略了激光雕刻开槽的工序，大大缩短了生产周期及生产成本；
（2）在磨削修整过程中，采用了带凸起的顶针对CBN刀具半成品进行固定，确保凹槽的一致性，并使凹槽与刀具轮廓具有良好的同心性，解决了传统激光雕刻工艺中凹槽的几何中心和刀具几何中心具有较大偏差的问题，相对于传统工艺，良品率可提高10%以上；
（3）在进行合成工序前使用硬质合金块填充毛坯上的凹槽，能够防止凹槽在合成工序中变形，合成完毕后由于胚体和硬质合金填充颗粒收缩速度上的差异，硬质合金颗粒能轻松地从凹槽中分离出来，且硬质合金颗粒位于整体组装结构的中心位置，合成完毕后，硬质合金颗粒几乎没有变形，经过表面处理后可以再次利用。
附图说明
图1为压制模具的立体结构图。
图2为压制模具的后视结构图。
图3为压制模具的左视结构图。
图4为压制模具的组装图。
图5为毛坯的剖视图。
图6为填充毛坯的剖视图。
图7为高压合成块的结构图。
图8为顶针的立体图。
图9为CBN刀具半成品上下表面磨削示意图。
图10为CBN刀具四周磨削示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以一种名称为CNGX120712S05020的立方氮化硼超硬刀具为例，成品是一个厚度为7.94mm,内切圆半径为12.7mm的80°菱形刀片，该刀片圆角半径1.2mm，其上下表面设有相同的凹槽，该凹槽为耦合的双半球型凹槽，是一个类似花生壳的曲面，由一个半径2.5mm和一个半径4.2mm的半球形连通形成，其剖视图参考图9。
实施例1
制作填充毛坯：
（1）取如图1所示的压制模具，该压制模具采用普通碳模，包括上压头、下压头、模桶，上压头、下压头上均设有用于压制凹槽的凸模，该凸模的顶端形状与所要加工的刀具上的凹槽形状一致，由一个半径2.5mm和一个半径4.2mm的半球形连接形成，模桶的中部设有用于容纳上压头、下压头的模腔，模腔的横截面形状为一个内切圆半径16.5mm、倒角圆弧半径2mm的80°菱形孔，略大于所要制造的刀具的尺寸，以留出加工余量，上压头、下压头的横截面与模腔相同，将下压头放入模桶底部，然后倒入一定量的立方氮化硼（CBN）粉料，该粉料选用粒径低于20微米的立方氮化硼颗粒，然后将上压头从模腔的上端开口插入模桶，得到如图4所示的压制模具，再将压制模具放入压力机加压，得到带凹槽的毛坯，该毛坯的结构如图5所示；
（2）取2块型号为YG8的钨钴合金，将其加工成凸模的形状，然后放入毛坯上的凹槽中，使凹槽被钨钴合金填平，得到如图6所示的填充毛坯；
实施例2
在1300℃、6GPa条件下高压合成CBN刀具：
（1）将如图6所示的填充毛坯、叶腊石粉末、堵头、钛片、碳片、碳模组装成高压合成块，其中堵头、钛片、碳片、填充毛坯按照由外至内的顺序叠压在一起，3个填充毛坯按从上到下的顺序叠压在一起并使用2个碳片分隔，填充毛坯的侧面依次被碳模、叶腊石粉末层包裹，如图7所示；
（2）将组装好的高压合成块放入六面顶压机，在1300℃的条件下加压至6GPa，保持15分钟后降温冷却，冷却至150℃以下后，取出加压后的高压合成块并拆开，继续冷却，此时由于钨钴合金与立方氮化硼在降温过程中的收缩率不同，使钨钴合金块与凹槽内壁发生分离，可直接倒出钨钴合金块，得到CBN刀具半成品。
实施例3
在1200℃、6.5GPa条件下高压合成CBN刀具：
（1）将如图6所示的填充毛坯、叶腊石粉末、堵头、钛片、碳片、碳模组装成高压合成块，其中堵头、钛片、碳片、填充毛坯按照由外至内的顺序叠压在一起，3个填充毛坯按从上到下的顺序叠压在一起并使用2个碳片分隔，填充毛坯的侧面依次被碳模、叶腊石粉末层包裹，如图7所示；
（2）将组装好的高压合成块放入六面顶压机，在1200℃的条件下加压至6.5GPa，保持15分钟后降温冷却，冷却至150℃以下后，取出加压后的高压合成块并拆开，继续冷却，此时由于钨钴合金与立方氮化硼在降温过程中的收缩率不同，使钨钴合金块与凹槽内壁发生分离，可直接倒出钨钴合金块，得到CBN刀具半成品。
实施例4
在1400℃、5.5GPa条件下高压合成CBN刀具：
（1）将如图6所示的填充毛坯、叶腊石粉末、堵头、钛片、碳片、碳模组装成高压合成块，其中堵头、钛片、碳片、填充毛坯按照由外至内的顺序叠压在一起，3个填充毛坯按从上到下的顺序叠压在一起并使用2个碳片分隔，填充毛坯的侧面依次被碳模、叶腊石粉末层包裹，如图7所示；
（2）将组装好的高压合成块放入六面顶压机，在1400℃的条件下加压至5.5GPa，保持15分钟后降温冷却，冷却至150℃以下后，取出加压后的高压合成块并拆开，继续冷却，此时由于钨钴合金与立方氮化硼在降温过程中的收缩率不同，使钨钴合金块与凹槽内壁发生分离，可直接倒出钨钴合金块，得到CBN刀具半成品。
实施例5
对CBN刀具半成品进行精加工：
（1）取实施例2～4任一实施例中得到的CBN刀具半成品，在喷砂机上对凹槽内进行喷砂清理，然后在平面磨床对CBN刀具半成品的两个平面进行均等磨削，去除余量到8.1mm左右，再进行研磨平面处理到厚度为7.94+0.03mm，如图9所示，然后在平面磨床上对四个侧边进行均等磨削，去除余量，将菱形的内切圆尺寸控制在12.95+0.05mm；
（2）在周边磨上利用如图8所示的顶针夹持CBN刀具半成品的凹槽，以凹槽为中心均等去除四周余量，该顶针上设有凸起，凸起与CBN刀具半成品上的凹槽形状相同，可防止CBN刀具半成品在磨削修整过程中发生偏移，最终磨削到菱形内切圆为12.7±0.025mm，倒角半径为1.2mm的80°菱形刀片，如图10所示，然后在万能工具磨上倒成0.5mm*20°的刃口，最后在钝化机上使用140#钝化毛刷进行钝化处理，就得到了带有特殊凹槽型的CNGX120712S05020刀具。
钨钴合金块的硬度很高，在使用后基本不发生形变，经过球磨除刺可以再次利用，节约成本。
据统计，相比于传统激光雕刻开槽工艺，采用上述工艺后，无需再使用高成本的激光雕刻方式进行开槽，综合成本降低约20%，且由于激光雕刻加工出的凹槽几何中心和刀具几何中心具有较大偏差，而采用上述工艺则不存在该问题，使总体成品率提高了10%左右。
上述实施例用于加工一种名称为CNGX120712S05020的常规刀具，要实现不同凹槽型和不同形状的刀具，相应地更改上压头、下压头、碳模、顶针的形状即可。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种带凹槽的CBN刀具加工工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）使用压制模具将CBN粉料压制成带凹槽的毛坯；
（2）使用钨钴合金填充毛坯上的凹槽，得到填充毛坯；
（3）将填充毛坯组装成高压合成块；
（4）将高压合成块在高温高压下合成，得到CBN刀具半成品；
（5）从高压合成块中取出CBN刀具半成品，并将CBN刀具半成品与硬质合金分离，然后使用磨削工具对CBN刀具半成品进行修整，再经过倒棱并使用钝化毛刷钝化，得到CBN刀具成品；
步骤（1）中，所述压制模具包括上压头、下压头、模桶，所述上压头、下压头上均设有用于压制凹槽的凸模；
步骤（5）中，进行修整时，使用顶针插入CBN刀具半成品上的凹槽并将其固定在磨削工具上，所述顶针上设有凸起，所述凸起与所述CBN刀具半成品上的凹槽形状相同。
2.根据权利要求1所述的一种带凹槽的CBN刀具加工工艺，其特征在于，步骤（3）中，所述高压合成块包括导压介质、堵头、钛片、碳片、碳模以及若干个填充毛坯，所述堵头、钛片、碳片、填充毛坯按照由外至内的顺序叠压在一起，若干所述填充毛坯按从上到下的顺序叠压在一起并使用碳片分隔，所述填充毛坯的侧面依次被碳模、导压介质包裹。
3.根据权利要求1所述的一种带凹槽的CBN刀具加工工艺，其特征在于，步骤（4）中，合成压力为6±0.5GPa，合成温度为1200℃～1400℃。
4.根据权利要求2所述的一种带凹槽的CBN刀具加工工艺，其特征在于，所述导压介质为叶腊石。
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Pledgor: KAIFENG BESCO SUPERABRASIVES Co.,Ltd.

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