CN114309687A - 一种多晶立方氮化硼切削刀具 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种多晶立方氮化硼切削刀具，涉及切削刀具领域，旨在解决现有技术中切削刀具磨损性能不佳的技术问题。所述多晶立方氮化硼切削刀具，包括多晶立方氮化硼纤维片和芯体；所述多晶立方氮化硼纤维片的制备方法包括：将多晶立方氮化硼复合片通过激光切割成多晶立方氮化硼纤维片；将所述多晶立方氮化硼纤维片沿刀具芯体进行周向粘结制备出纤维状的多晶立方氮化硼切削刀具。
Description
技术领域
本申请涉及切削刀具领域，特别涉及一种多晶立方氮化硼切削刀具。
背景技术
立方氮化硼是仅次于金刚石的超硬材料，它不但具有金刚石的许多优良特性，而且有更高的热稳定性和对铁族金属及其合金的化学惰性，作为工程材料已经广泛应用于黑色金属及其合金材料的加工工业中。同时，立方氮化硼又以其优异的热学、电学、光学和声学等性能，在一系列高科技领域得到应用，成为一种极具发展前景的功能材料。
聚晶立方氮化硼是立方氮化硼的多晶体，因具有硬度高、耐磨性好、化学性能稳定等优点被广泛应用于铸铁、淬硬钢、粉末冶金等材料的加工领域。目前，但聚晶立方氮化硼的制备对烧结条件及合成设备要求十分严苛，很难适用于工业生产，且制得的聚晶立方氮化硼的耐磨性较差。
发明内容
本申请的主要目的是提供一种多晶立方氮化硼切削刀具，旨在解决现有技术中聚晶立方氮化硼切削刀具耐磨性较差的技术问题。
为实现上述目的，本申请提出了一种多晶立方氮化硼切削刀具，包括多晶立方氮化硼纤维片和芯体；
所述多晶立方氮化硼纤维片的制备方法包括：
将多晶立方氮化硼复合片通过激光切割成多晶立方氮化硼纤维片；
将所述多晶立方氮化硼纤维片沿刀具芯体进行周向粘结制备出纤维状的多晶立方氮化硼切削刀具。
作为本申请一种可实施方式，所述激光切割的参数为：波长0.5-0.6μm，输出功率为8-12w，脉冲频率为8-12kHZ，脉冲宽度为0.1-0.2μs，焦斑直径为0.02-0.05mm，切割速度为0.8-1mm/s。
作为本申请一种可实施方式，所述激光切割的参数为：波长0.53μm，输出功率为10w，脉冲频率为10kHZ，脉冲宽度为0.1μs，焦斑直径为0.05mm，切割速度为1mm/s。
作为本申请一种可实施方式，所述多晶立方氮化硼纤维片的尺寸为长9-11mm，宽0.1-0.5mm，高0.5-0.8mm。
作为本申请一种可实施方式，所述将所述多晶立方氮化硼纤维片沿刀具芯体进行周向粘结制备出纤维状的多晶立方氮化硼切削刀具的步骤，包括：
以工作台表面为基准将所述多晶立方氮化硼纤维片紧靠着工作台进行周向粘结。
作为本申请一种可实施方式，所述将所述多晶立方氮化硼纤维片沿刀具芯体进行周向粘结制备出纤维状的多晶立方氮化硼切削刀具的步骤之后，还包括：
将粒径为1μm的立方氮化硼微粉均匀分布于环氧树脂中制成立方氮化硼微粉研磨条，用多晶立方氮化硼切削刀具切削所述立方氮化硼微粉研磨条，当总切深达到1mm时，获得各纤维径向凸出的高度一致的多晶立方氮化硼切削刀具。
作为本申请一种可实施方式，所述聚晶金刚石纤维刀片中的金刚石纤维的分布距离与纤维宽度尺度相同，均为0.1-0.5mm。
作为本申请一种可实施方式，所述纤维状的多晶立方氮化硼切削刀具的切削前角为0℃，后角为20℃。
作为本申请一种可实施方式，所述多晶立方氮化硼复合片包括：
硬质合金基体和通过烧结复合在所述硬质合金基体上表面的多晶立方氮化硼复合材料主体；
所述多晶立方氮化硼复合材料主体包括：以立方氮化硼晶粒为主体，通过陶瓷黏结剂烧结而成。
作为本申请一种可实施方式，所述立方氮化硼晶粒包括：晶粒粒径为0.1～3μm的立方氮化硼晶粒和晶粒粒径为5～20μm的立方氮化硼晶粒。
本申请所提供的多晶立方氮化硼切削刀具，包括多晶立方氮化硼纤维片和芯体；所述多晶立方氮化硼纤维片的制备方法包括：将多晶立方氮化硼复合片通过激光切割成多晶立方氮化硼纤维片；将所述多晶立方氮化硼纤维片沿刀具芯体进行周向粘结制备出纤维状的多晶立方氮化硼切削刀具。本申请所述多晶立方氮化硼纤维片表面裂纹少，强度高，因此提高了所述多晶立方氮化硼切削刀具的耐磨性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，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申请的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
图1为本申请实施例所述多晶立方氮化硼切削刀具的制造方法流程示意图。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
立方氮化硼是仅次于金刚石的超硬材料，它不但具有金刚石的许多优良特性，而且有更高的热稳定性和对铁族金属及其合金的化学惰性，作为工程材料已经广泛应用于黑色金属及其合金材料的加工工业中。同时，立方氮化硼又以其优异的热学、电学、光学和声学等性能，在一系列高科技领域得到应用，成为一种极具发展前景的功能材料。
聚晶立方氮化硼是立方氮化硼的多晶体，因具有硬度高、耐磨性好、化学性能稳定等优点被广泛应用于铸铁、淬硬钢、粉末冶金等材料的加工领域。目前，但聚晶立方氮化硼的制备对烧结条件及合成设备要求十分严苛，很难适用于工业生产，且制得的聚晶立方氮化硼的耐磨性较差。
针对上述技术缺陷，本申请提供了一种多晶立方氮化硼切削刀具，包括多晶立方氮化硼纤维片和芯体；
所述多晶立方氮化硼纤维片的制备方法包括：
将多晶立方氮化硼复合片通过激光切割成多晶立方氮化硼纤维片；
将所述多晶立方氮化硼纤维片沿刀具芯体进行周向粘结制备出纤维状的多晶立方氮化硼切削刀具。
本申请所提供的多晶立方氮化硼切削刀具，包括多晶立方氮化硼纤维片和芯体；所述多晶立方氮化硼纤维片的制备方法包括：将多晶立方氮化硼复合片通过激光切割成多晶立方氮化硼纤维片；将所述多晶立方氮化硼纤维片沿刀具芯体进行周向粘结制备出纤维状的多晶立方氮化硼切削刀具。本申请所述多晶立方氮化硼纤维片表面裂纹少，强度高，因此提高了所述多晶立方氮化硼切削刀具的耐磨性能。
本申请将具有纤维状的多晶立方氮化硼切削刀具和普通多晶立方氮化硼切削刀具分别在同样条件下加工WC/12Co涂层的对比试验，所述WC/12Co涂层采用超高速火焰喷涂方法在低碳钢基体上喷涂制备而成，主要力学性能为：粉末颗粒尺寸为1.4μm，密度为14.5g/cm2，维氏硬度13.0HV，断裂韧度2.5MPa·m1/2，粘接强度83.7MPa；加工试验是在MGK7120*6平面磨床上进行的。切削对比试验的主要参数如表1所示：
表1：
| 参数 | 数值 |
| 多晶立方氮化硼切削刀具的切削深度a<sub>p</sub>/μm | 5,10,20,30,40 |
| SD80N100B砂轮磨削深度a’<sub>p</sub>/μm | 5,10,20,30,40 |
| 工件进给速度V<sub>w</sub>/(mm·s<sup>-1</sup>) | 10,20,30,40 |
| 机床主轴转速n/(kr·min<sup>-1</sup>) | 3 |
根据上述试验可以知晓，在切削深度20μm以下时，普通多晶立方氮化硼切削刀具加工的WC/12Co涂层的加工表面较完整，基本没有出现表面损伤与微裂纹，沿尽刀方向存在明显的切削痕迹，这说明切削过程中加工表面存在材料塑性流动；但随着切削深度的增加，WC/12Co涂层加工表面出现了微观裂纹；当切削深度为40μm时，WC/12Co涂层的加工表面质量明显下降，存在连续裂纹和缺陷，这是因为随着切削深度和进给速度的增加，刀刃对工件的剪切与摩擦作用加大，剪切力所产生的拉应力超过WC/12Co涂层的强度极限，从而在加工表面出现了损伤和裂纹。而本申请所述的具有纤维状的多晶立方氮化硼切削刀具所加工的WC/12Co涂层则表面完整性较好，没有出现微裂纹和孔穴等缺陷。
作为本申请一种可实施方式，所述激光切割的参数为：波长0.5-0.6μm，输出功率为8-12w，脉冲频率为8-12kHZ，脉冲宽度为0.1-0.2μs，焦斑直径为0.02-0.05mm，切割速度为0.8-1mm/s。优选地，所述激光切割的参数为：波长0.53μm，输出功率为10w，脉冲频率为10kHZ，脉冲宽度为0.1μs，焦斑直径为0.05mm，切割速度为1mm/s。在本申请一些可实施方式中，采用绿光KTP:Nd:YAG激光器对所述多晶立方氮化硼复合片进行切割，以获得取代传统切削刀的多晶立方氮化硼纤维片。
作为本申请一种可实施方式，所述多晶立方氮化硼纤维片的尺寸为长9-11mm，宽0.1-0.5mm，高0.5-0.8mm。该尺寸可以根据实际应用场景进行调整，但就本神奇所述方案而言，该尺寸的多晶立方氮化硼纤维片在制成刀具后具有更佳的磨损性能。
作为本申请一种可实施方式，所述将所述多晶立方氮化硼纤维片沿刀具芯体进行周向粘结制备出纤维状的多晶立方氮化硼切削刀具的步骤，包括：
以工作台表面为基准将所述多晶立方氮化硼纤维片紧靠着工作台进行周向粘结。该方法可使各纤维片沿径向凸出高度误差控制在10μm以内。
作为本申请一种可实施方式，所述将所述多晶立方氮化硼纤维片沿刀具芯体进行周向粘结制备出纤维状的多晶立方氮化硼切削刀具的步骤之后，还包括：
将粒径为1μm的立方氮化硼微粉均匀分布于环氧树脂中制成立方氮化硼微粉研磨条，用多晶立方氮化硼切削刀具切削所述立方氮化硼微粉研磨条，当总切深达到1mm时，获得各纤维径向凸出的高度一致的多晶立方氮化硼切削刀具。以便其在后续使用中，磨损性能更佳。
作为本申请一种可实施方式，所述聚晶金刚石纤维刀片中的金刚石纤维的分布距离与纤维宽度尺度相同，均为0.1-0.5mm。本申请人在研发过程中发现，当所述聚晶金刚石纤维刀片中的金刚石纤维的分布距离与纤维宽度尺度相同，均为0.1-0.5mm时，所制得的刀具具有较高的耐用度和使用寿命。
作为本申请一种可实施方式，所述纤维状的多晶立方氮化硼切削刀具的切削前角为0℃，后角为20℃。本申请人在研发过程中发现，当所述纤维状的多晶立方氮化硼切削刀具的切削前角为0℃，后角为20℃时，所制得的刀具具有较高的耐用度和使用寿命。
作为本申请一种可实施方式，所述多晶立方氮化硼复合片包括：
硬质合金基体和通过烧结复合在所述硬质合金基体上表面的多晶立方氮化硼复合材料主体；
所述多晶立方氮化硼复合材料主体包括：以立方氮化硼晶粒为主体，通过陶瓷黏结剂烧结而成。优选地，所述立方氮化硼晶粒包括：晶粒粒径为0.1～3μm的立方氮化硼晶粒和晶粒粒径为5～20μm的立方氮化硼晶粒。本申请所述多晶立方氮化硼复合材料以晶粒粒径为0.1～3μm的立方氮化硼晶粒和晶粒粒径为5～20μm的立方氮化硼晶粒作为混合晶粒作为主体，通过黏结剂烧结而成；本申请所述的多晶立方氮化硼复合材料通过改进原料组分，提高了多晶立方氮化硼复合材料的致密度，因此显著提升了多晶立方氮化硼复合材料的耐磨性能。
实施例1
将多晶立方氮化硼复合片通过激光切割成尺寸为长9mm*宽0.1mm*高0.8mm的多晶立方氮化硼纤维片；所述激光切割的参数为：波长0.53μm，输出功率为10w，脉冲频率为10kHZ，脉冲宽度为0.1μs，焦斑直径为0.05mm，切割速度为1mm/s。
将所述多晶立方氮化硼纤维片沿刀具芯体进行周向粘结制备出纤维状的多晶立方氮化硼切削刀具；
将粒径为1μm的立方氮化硼微粉均匀分布于环氧树脂中制成立方氮化硼微粉研磨条，用多晶立方氮化硼切削刀具切削所述立方氮化硼微粉研磨条，当总切深达到1mm时，获得各纤维径向凸出的高度一致的多晶立方氮化硼切削刀具。
实施例2
将多晶立方氮化硼复合片通过激光切割成尺寸为长10mm*宽0.3mm*高0.6mm的多晶立方氮化硼纤维片；所述激光切割的参数为：波长0.53μm，输出功率为10w，脉冲频率为10kHZ，脉冲宽度为0.1μs，焦斑直径为0.05mm，切割速度为1mm/s。
将所述多晶立方氮化硼纤维片沿刀具芯体进行周向粘结制备出纤维状的多晶立方氮化硼切削刀具；
将粒径为1μm的立方氮化硼微粉均匀分布于环氧树脂中制成立方氮化硼微粉研磨条，用多晶立方氮化硼切削刀具切削所述立方氮化硼微粉研磨条，当总切深达到1mm时，获得各纤维径向凸出的高度一致的多晶立方氮化硼切削刀具。
实施例3
将多晶立方氮化硼复合片通过激光切割成尺寸为长11mm*宽0.5mm*高0.8mm的多晶立方氮化硼纤维片；所述激光切割的参数为：波长0.53μm，输出功率为10w，脉冲频率为10kHZ，脉冲宽度为0.1μs，焦斑直径为0.05mm，切割速度为1mm/s。
将所述多晶立方氮化硼纤维片沿刀具芯体进行周向粘结制备出纤维状的多晶立方氮化硼切削刀具；
将粒径为1μm的立方氮化硼微粉均匀分布于环氧树脂中制成立方氮化硼微粉研磨条，用多晶立方氮化硼切削刀具切削所述立方氮化硼微粉研磨条，当总切深达到1mm时，获得各纤维径向凸出的高度一致的多晶立方氮化硼切削刀具。
将实施例1-3的多晶立方氮化硼切削刀具进行一定程度的使用，并在使用后用显微镜对其刀具后刀面的磨损量进行检测，测试结果如表2所示：
表2：
根据上表可以看出，本申请所述的多晶立方氮化硼切削刀具相较于普通切削刀具，后刀面的磨损性能更佳。
以上所述仅为本申请的可选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是在本申请的发明构思下，利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种多晶立方氮化硼切削刀具，其特征在于，包括多晶立方氮化硼纤维片和芯体；
所述多晶立方氮化硼纤维片的制备方法包括：
将多晶立方氮化硼复合片通过激光切割成多晶立方氮化硼纤维片；
将所述多晶立方氮化硼纤维片沿刀具芯体进行周向粘结制备出纤维状的多晶立方氮化硼切削刀具。
2.根据权利要求1所述多晶立方氮化硼切削刀具，其特征在于，所述激光切割的参数为：波长0.5-0.6μm，输出功率为8-12w，脉冲频率为8-12kHZ，脉冲宽度为0.1-0.2μs，焦斑直径为0.02-0.05mm，切割速度为0.8-1mm/s。
3.根据权利要求1所述多晶立方氮化硼切削刀具，其特征在于，所述激光切割的参数为：波长0.53μm，输出功率为10w，脉冲频率为10kHZ，脉冲宽度为0.1μs，焦斑直径为0.05mm，切割速度为1mm/s。
4.根据权利要求1所述多晶立方氮化硼切削刀具，其特征在于，所述多晶立方氮化硼纤维片的尺寸为：长9-11mm，宽0.1-0.5mm，高0.5-0.8mm。
5.根据权利要求1所述多晶立方氮化硼切削刀具，其特征在于，所述将所述多晶立方氮化硼纤维片沿刀具芯体进行周向粘结制备出纤维状的多晶立方氮化硼切削刀具的步骤，包括：
以工作台表面为基准将所述多晶立方氮化硼纤维片紧靠着工作台进行周向粘结。
6.根据权利要求1所述多晶立方氮化硼切削刀具，其特征在于，所述将所述多晶立方氮化硼纤维片沿刀具芯体进行周向粘结制备出纤维状的多晶立方氮化硼切削刀具的步骤之后，还包括：
将粒径为1μm的立方氮化硼微粉均匀分布于环氧树脂中制成立方氮化硼微粉研磨条，用多晶立方氮化硼切削刀具切削所述立方氮化硼微粉研磨条，当总切深达到1mm时，获得各纤维径向凸出的高度一致的多晶立方氮化硼切削刀具。
7.根据权利要求1所述多晶立方氮化硼切削刀具，其特征在于，所述聚晶金刚石纤维刀片中的金刚石纤维的分布距离与纤维宽度尺度相同，均为0.1-0.5mm。
8.根据权利要求1所述多晶立方氮化硼切削刀具，其特征在于，所述纤维状的多晶立方氮化硼切削刀具的切削前角为0℃，后角为20℃。
9.根据权利要求1所述多晶立方氮化硼切削刀具，其特征在于，所述多晶立方氮化硼复合片包括：
硬质合金基体和通过烧结复合在所述硬质合金基体上表面的多晶立方氮化硼复合材料主体；
所述多晶立方氮化硼复合材料主体包括：以立方氮化硼晶粒为主体，通过陶瓷黏结剂烧结而成。
10.根据权利要求9所述多晶立方氮化硼切削刀具，其特征在于，所述立方氮化硼晶粒包括：晶粒粒径为0.1～3μm的立方氮化硼晶粒和晶粒粒径为5～20μm的立方氮化硼晶粒。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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