CN115121850A - 加工具有螺旋角的金刚石刀具的方法及刀具 - Google Patents
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Abstract
一种加工具有螺旋角的金刚石刀具的方法，包括在呈棒状的基体材料上预先形成槽口，槽口沿着基体材料的轴向延伸形成第一槽体，第一槽体至少包括第一槽底面；接着，将金刚石复合片贴合于第一槽底面上，使得金刚石复合片的上表面倾斜于基体材料的轴线；最后，采用激光或电刻蚀对已经贴合金刚石复合片的第一槽体连同金刚石复合片作为整体进行加工，形成复合加工要求的成型槽体和前刀面，形成的前刀面呈螺旋状，具有的螺旋角为10°～55°。本发明的方法制得的金刚石刀具，与普通PCD刀具相比，可以减少加工阻力30％以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种材料的成型方法，尤其涉及一种对金刚石材料实施加工形成螺旋角的方法，以应用于制造实施精密机加工的刀具。
背景技术
金刚石刀具即在基体材料(如：硬质合金)上安装金刚石片或金刚石涂层制得的机加工切削刀具。其具有极高的硬度和耐磨性、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、低热膨胀系数，以及与非铁金属亲和力小等优点，用于非金属硬脆材料如：石墨、高耐磨材料、复合材料、高硅铝合金及其它韧性有色金属材料的精密加工。
以铝合金材料的加工为例，提高金刚石刀具的刃口锋利性有利于提高加工效率和提高刀具寿命。提高锋利性主要技术手段是增大切削刃的前角和后角，以及减小刀尖圆弧半径，通过增大螺旋角是一种常见的达到增大前角的目的技术方法。
贴片PCD刀具是一种目前最主流的机加工刀具，其以刃倾角替代螺旋角，得到螺旋度5～7度的角，只能用于短小刀具，缺点在于难以制造大螺旋角(10度以上的螺旋角)的金刚石刀具。金刚石涂层刀具，是另一种常见的机加工刀具，先在硬质合金基体形成螺旋角，再施以金刚石涂层的方法制造。制得的螺旋角角度虽然不受限制，但会导致刃口的圆弧半径过大，降低刃口的锋利性，且制造技术并不成熟，成品率较低。
为了解决上述技术问题，第三种方案即将PCD材料加工成整体呈现螺旋状，虽克服了上述技术的缺陷，但制造成本太大，价格过高，难以广泛应用。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种加工具有螺旋角的金刚石刀具的方法，减小金刚石刀具在金属机加工切削中的加工阻力。
本发明的另一个目的在于提供一种加工具有螺旋角的金刚石刀具的方法，使得整个刃部具有的前角角度保持一致，部分刃口提前损坏。
本发明的再一个目的在于提供一种金刚石刀具，其上具有大角度的螺旋角，有效降低金刚石刀具在金属机加工切削中的加工阻力，提高加工效率。
本发明的又一个目的在于提供一种金刚石刀具，其上具有大角度的螺旋角，对金属材料实施精密加工，提高刀具的使用寿命。
激光是一般采用脉冲或超快激光器，脉宽在100微秒～100飞秒。加工时能量会在脉冲周期内以热能或光能形式传递给材料的晶格引起材料气化或刻蚀并实现去除材料的目的。
金属系由属于金属元素组成，大多数为电和热的优良导体，有延展性，密度较大，熔点较高。在汉字中，这些元素的名称大都具有“金字”偏旁(部首)。
有色合金属于金属，通常指除铁、铬和锰三种金属以外的所有金属，如：铝、镁、钾、钠、钙、锶、钡、铜、铅、锌、锡、钴、镍、锑、汞、镉、铋、金、银、铂、钌、铑、钯、锇、铱、铍、锂、铷、铯、钛、锆、铪、钒、铌、钽、钨、钼、镓、铟、铊、锗、铼、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇和钍，以及有色合金，如：但不限于铝合金、铜合金、镁合金、镍合金、锡合金、钽合金、钛合金、锌合金、钼合金和锆合金等。这些物质单独或组合应用于本发明，是本发明技术方案所直接作用的对象。
金刚石(diamond)，它是一种由碳元素组成的矿物，是石墨的同素异形体，化学式为C，也是常见的钻石的原身。石墨可以在高温、高压下形成人造金刚石。金刚石硬度具有方向性，八面体晶面硬度大于菱形十二面体晶面硬度，菱形十二面体晶面硬度大于六面体晶面硬度。
金刚石复合片又称聚晶金刚石复合片，采用金刚石微粉与硬质合金基片在超高压高温条件下烧结而成，包括硬质合金层和金刚石层，既具有金刚石的高硬度、高耐磨性与导热性，又具有硬质合金的强度与抗冲击韧性，是制造切削刀具刃部的理想材料，一般都具有镜面抛光上表面以利于制作刀具。
一种加工具有螺旋角的金刚石刀具的方法，包括：
在呈棒状的基体材料(如：硬质合金)上预先形成槽口，槽口沿着基体材料的轴向延伸形成第一槽体，第一槽体至少包括第一槽底面。接着，将金刚石复合片贴合于第一槽底面上，使得金刚石复合片的上表面倾斜于基体材料的轴线，与基体材料的轴线形成5°～45°夹角，优先选择5°～10°。最后，采用激光刻蚀或电刻蚀对已经贴合金刚石复合片的第一槽体连同金刚石复合片作为整体进行加工，形成复合加工要求的成型槽体和前刀面，形成的前刀面呈螺旋状，具有的螺旋角为10°～55°，优先选择15°～25°，且整个刃部的前角角度一致。
为利于金刚石复合片贴合于第一槽底面上，优先选择平面。
为了制造螺旋状的前刀面，适用本发明方法的金刚石复合片的金刚石层的厚度大于1.0mm。
本发明提供一种金刚石刀具，其金刚石刃口具有15°～25°螺旋角，有效降低金刚石刀具在金属机加工切削中的加工阻力，提高加工效率，对金属材料实施精密加工，提高加工效率。
本发明技术方案实现的有益效果：
以本发明提供的技术手段，即仅以倾斜于基体材料的轴线设置金刚石复合片，未经加工形成螺旋角的刀具用于铝合金的铣削加工，经测试显示，与普通PCD刀具相比，加工阻力能减少约15％。
采用本发明提供的方案制造的金刚石刀具，具有螺旋状的前刀面，螺旋角为10°～55°。以此刀具用于铝合金的铣削加工，经测试显示，与普通PCD刀具(如：与直槽刀具)相比，可以减少加工阻力30％以上。
由于本发明提供的方法制成的刀具，其在整个刃部具有保持一致的前角，能有效降低部分刃口提前损坏情形的发生，提高了刀具的使用寿命，与立体烧结PCD材料的刀具相比，材料成本显著下降(3倍以上)。
附图说明
图1为基体材料上贴合金刚石复合片的第一槽体一实施例的示意图；
图2为经激光或电刻蚀制成的成型的刀具一实施例的示意图。
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1为基体材料上贴合金刚石复合片的第一槽体一实施例的示意图。如图1所示，在呈棒状的基体材料100(如：硬质合金)上预先形成槽口，槽口沿着基体材料的轴向延伸形成第一槽体110，第一槽体110至少包括第一槽底面。接着，将金刚石复合片200贴合于第一槽底面上，使得金刚石复合片200的上表面倾斜于基体材料100的轴线，与基体材料的轴线形成5°～45°夹角，优先选择5°～10°。最后，采用激光刻蚀或电刻蚀对已经贴合金刚石复合片的第一槽体110连同金刚石复合片200作为整体进行加工，形成复合加工要求的成型槽体300和前刀面400，形成的前刀面400呈螺旋状，具有的螺旋角为10°～55°，优先选择15°～25°，且整个刃部的前角角度一致。
为利于金刚石复合片贴合于第一槽底面上，优先选择平面。金刚石复合片的金刚石层的厚度大于1.0mm。
采用立式加工中心对7075铝合金进行立铣刀侧铣加工，刀具直径统一为10mm，刃长20mm×2刃，除以下表1中列明区别外，其它设计制造参数一律相同。采用外冷切削，刀具转速3，500/min，进给1200mm/min，切深0.1mm等对切削噪音(切削噪音体现切削阻力大小)和使用寿命进行测试，结果如下表1所示。
表1
将本实施例提供的方法制得的金刚石刀具，用于铝合金的铣削加工，经测试显示，与普通PCD刀具相比，可以减少加工阻力30％以上，有效降低金刚石刀具在金属机加工切削中的加工阻力，提高加工效率。
Claims (10)
1.一种加工具有螺旋角的金刚石刀具的方法，其特征在于包括：
在呈棒状的基体材料上预先形成槽口，槽口沿着基体材料的轴向延伸形成第一槽体，第一槽体至少包括第一槽底面；接着，将金刚石复合片贴合于第一槽底面上，使得金刚石复合片的上表面倾斜于基体材料的轴线；最后，采用激光刻蚀或电刻蚀对已经贴合金刚石复合片的第一槽体连同金刚石复合片作为整体进行加工，形成复合加工要求的成型槽体和前刀面，形成的前刀面呈螺旋状，具有的螺旋角为10°～55°，且整个刃部的前角角度一致。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的螺旋角为15°～25°。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的金刚石复合片的金刚石层厚度大于1.0mm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的金刚石复合片与所述基体材料的轴线形成5°～45°夹角。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的金刚石复合片与所述基体材料的轴线形成5°～10°夹角。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的第一槽底面为平面。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的金刚石复合片为PCD。
8.一种金刚石刀具，其特征在于金刚石刃口具有10°～55°螺旋角，采用加工方法如下：
在呈棒状的基体材料上预先形成槽口，槽口沿着基体材料的轴向延伸形成第一槽体，第一槽体至少包括第一槽底面；接着，将金刚石复合片贴合于第一槽底面上，使得金刚石复合片的上表面倾斜于基体材料的轴线；最后，采用激光或电刻蚀对已经贴合金刚石复合片的第一槽体连同金刚石复合片作为整体进行加工，形成复合加工要求的成型槽体和前刀面，形成的前刀面呈螺旋状，且整个刃部的前角角度一致。
9.根据权利要求1所述的金刚石刀具，其特征在于用于切削铝合金材料，有效降低金刚石刀具在金属机加工切削中的加工阻力。
10.根据权利要求1所述的金刚石刀具，其特征在于用于切削铝合金材料，与直槽刀具相比，减少加工阻力30％以上。
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