CN117020283B - 一种pcd内冷反镗铣刀及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种PCD内冷反镗铣刀及其制备工艺，所述PCD内冷反镗铣刀包括刀具基体，所刀具基体的末端设有内冷注水孔，所述刀具基体的前端设有内冷出水孔，内冷注水孔和内冷出水孔相连通；所述前端的一侧设有PCD复合片，所述PCD复合片的轮廓与加工轮廓相适配，所述刀具基体的材料为硬质合金材料。本发明的PCD内冷反镗铣刀可以解决加工零件反沉头难以加工等难题，其应用领域可以在车床以及CNC加工中心等加工领域；通过增加内冷孔，防止出现因冷却效果不理想而产生积削瘤，而且还能起到断削效果；通过采用硬质合金刀杆增加刀体强度，从而可以增大切削参数。
Description
技术领域
本发明属于反镗铣刀技术领域，具体涉及一种PCD内冷反镗铣刀及其制备工艺。
背景技术
在机械加工领域，一些产品的内壁设计有台阶孔，当刀具无法从产品内部加工此台阶孔时，则需要使用反镗铣刀加工。铣刀在镗削时主轴逐渐伸长为正镗，反之铣刀在镗削时主轴逐渐缩短则是反镗。反镗通常是用在一个位于镗削位置和主轴之间的较小的孔去加工台阶孔。现在市面上出售的反镗铣刀大都是可转位镗刀，此系列刀具会有切削参数小，刀具缠削，冷却效果不行等不足，具有以下缺点：1、切削时会出现缠削现象；2、刀杆采用普通材料刀具切削量小，时间成本增加；3、切削时无法达到冷却效果，产生零件尺寸不稳定。
发明内容
本发明提供了一种PCD(聚晶金刚石)内冷反镗铣刀及其制备工艺，提加高加工精度以及加工效率，通过增加内冷孔，提高冷却效果以及断削效果，使用硬质合金基体提高刀具刚性，可以提高刀具的切削参数。
为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
一种PCD内冷反镗铣刀，包括刀具基体，所刀具基体的末端设有内冷注水孔，所述刀具基体的前端设有内冷出水孔，内冷注水孔和内冷出水孔相连通；所述前端的一侧设有PCD复合片，所述PCD复合片的轮廓与加工轮廓相适配，所述刀具基体的材料为硬质合金材料。
在一种优选的实施方式中，所述硬质合金包括以下重量百分数组分：82～89％WC、2～5％Co、4％～7％Ni、1～3％Cr、0.2～0.5％B、0.6～1.2％Si和1.5～2.5％添加剂。
优选的，所述硬质合金的制备方法为：
(1)按称取上述组分，加入乙醇和聚乙二醇，混合，用球磨机在转速70rpm和硬质合金组分和乙醇和聚乙二醇总重量的质量比10:1的条件下，球磨20h，经干燥、筛分，并在单向荷载13MPa下模压成型；
(2)继续放入真空炉内在1400℃的温度下烧结；升温速率为10℃/min，得到硬质合金；
(3)烧结完成后，降温速率10℃/min冷却。
在一种优选的实施方式中，所述WC的粒度为2.2～3.5μm。
在一种优选的实施方式中，所述Ni粒度为1.5～2.3μm，
本发明提供了一种硬质合金，通过多种组分复配，并通过特定的研磨加工、干燥、模压成型、高温烧结的步骤完成，采用的WC的粒度为2.2～3.5μm以及Ni粒度为1.5～2.3μm，通过研磨调整粒度分布，得到的硬质合金结晶完整、微观应变小,亚细晶均匀、显微硬度高，其耐磨性和抗冲击韧性得到极大的提高。
在一种优选的实施方式中，所述Co和Ni占硬质合金总重量的7～9％，且Ni：Co的重量比不小于1.5。
本发明通过添加Co和Ni占硬质合金总重量的7～9％，提升了了硬质合金的硬度和抗弯强度，猜测是通过两种组分的复配调节了合金的粘结相结构；发现添加Co和Ni后，硬质合金的疲劳裂纹产生比市售硬质合金提前，影响使用寿命，猜测可能是由Co相导致的马氏体相变，经过大量实验发现，当Ni：Co的重量比不小于1.5时，本发明硬质合金的使用寿命可以达到市售硬质合金水平。
在一种优选的实施方式中，所述添加剂选自TaC、ZrC、VC、CrN中的一种或多种。
优选的，所述添加剂TaC、ZrC、VC的重量比为1：(2～5)：
(0.3～0.7)。
进一步优选的，所述添加剂TaC、ZrC、VC的重量比为1：3：0.5。
合金中添加添加剂可以有效的细化晶粒，提升合金的强度和硬度。但在本发明PCD内冷反镗铣刀使用冷水冷却效果不理想，容易产生积削瘤，发明人发现通过添加TaC、ZrC、VC的重量比为1：3：0.5的添加剂可以解决这一问题，合金冷却快，注水后冷却效果好。猜测该比例下的添加剂可细化合金中共晶硅尺寸并促进其形态趋于圆整，这种组织结构上的改变会有利于合金热导率的提升。
为了提升硬质合金的耐磨性能，在一种优选的实施方式中，Ni和添加剂的总含量超过硬质合金总重量的6％。
为了提升合金的强度和硬度，在一种优选的实施方式中，所述硬质合金包括以下重量百分数组分：87％WC、3％Co、5％Ni、2％Cr、0.4％B、0.8％Si和1.8％添加剂。
优选的，所述硬质合金的合金晶粒度为2.5-4.0μm。
为了避免加工、使用过程中会存在方向性的问题，以及提升刀片的强度，在一种优选的实施方式中，所述PCD复合片的材质为聚晶金刚石，所述聚晶金刚石为自身烧结制成。购自天津迪盟创新金属制品有限公司。
本发明还提供了所述的PCD内冷反镗铣刀的制备工艺，所述制备工艺具体为：根据需要加工镗孔的大小及形状要求设计PCD内冷反镗铣刀图纸，选用硬质合金材料的合金棒作为基体棒，用D64颗粒度砂轮按图纸要求磨削基体棒得到刀具基体；内冷注水孔使用电火花穿孔，内冷出水孔采用2mm电极丝穿孔，内冷注水孔和内冷出水孔相连通；PCD复合片与刀具基体采用高频焊接。
与现有技术相比，本发明的优点和有益效果为：
1、本发明提供了一种PCD内冷反镗铣刀及其制备工艺，可以解决加工零件反沉头难以加工等难题，其应用领域可以在车床以及CNC加工中心等加工领域。
2、本发明的PCD内冷反镗铣刀采用增加前角以达到切削锋利，提高使用过程中刀具锋利度，减小积削瘤，提高加工精度。
3、本发明通过增加内冷孔，防止出现因冷却效果不理想而产生积削瘤，而且还能起到断削效果。
4、本发明通过采用硬质合金刀杆增加刀体强度从而可以增大切削参数。
5、本发明采用PCD复合片，可以提高被加工零件的表面粗糙度以及刃口按被加工零件轮廓设计可以提高加工效率缩短加工节拍。
附图说明
图1为一种PCD内冷反镗铣刀的结构示意图；
图2为PCD内冷反镗铣刀与加工零件结合示意图；
图3为PCD内冷反镗铣刀与加工零件轮廓示意图。
图中，1、PCD内冷反镗铣刀，2、加工零件，3、刀具基体，4、内冷注水孔，5、PCD复合片，6、内冷出水孔，7、PCD轮廓与加工轮廓，8、内孔反凸台加工区域。
具体实施方式
下面将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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供了一种PCD内冷反镗铣刀1，包括刀具基体3，所刀具基体3的末端设有内冷注水孔4，所述刀具基体3的前端设有内冷出水孔6，内冷注水孔4和内冷出水孔6相连通；所述前端的一侧设有PCD复合片5，所述PCD复合片5的轮廓与加工零件2的轮廓相适配，所述刀具基体3的材料为硬质合金材料。
所述硬质合金包括以下重量百分数组分：87％WC、3％Co、5％Ni、2％Cr、0.4％B、0.8％Si和1.8％添加剂。所述WC的粒度为2.2～3.5μm。所述添加剂TaC、ZrC、VC的重量比为1：3：0.5。所述Ni粒度为1.5～2.3μm。
所述硬质合金的制备方法为：
(1)按称取上述组分，加入乙醇和聚乙二醇，混合，用球磨机在转速70rpm和硬质合金组分和乙醇和聚乙二醇总重量的质量比10:1的条件下，球磨20h，经干燥、筛分，并在单向荷载13MPa下模压成型；
(2)继续放入真空炉内在1400℃的温度下烧结；升温速率为10℃/min，得到硬质合金；
(3)烧结完成后，降温速率10℃/min冷却。
所述PCD复合刀片的材质为聚晶金刚石，所述聚晶金刚石为自身烧结制成。购自天津迪盟创新金属制品有限公司。
本实施例还提供了所述的PCD内冷反镗铣刀的制备工艺，所述制备工艺具体为：根据需要加工镗孔的大小及形状要求设计PCD内冷反镗铣刀图纸，选用硬质合金材料的合金棒作为基体棒，用D64颗粒度砂轮按图纸要求磨削基体棒得到刀具基体；内冷注水孔4使用电火花穿孔，内冷出水孔6采用2mm电极丝穿孔，内冷注水孔4和内冷出水孔6相连通；PCD复合片与刀具基体采用高频焊接。
PCD内冷反镗铣刀选用刀杆材料为硬质合金材料，需要使用D64颗粒度砂轮磨削刀具基体，且因为是单刃铣刀，所以需要注意动平衡不能超过S6000G2.5，刀杆加持部位精磨。排削槽部位纹路一致，不可以出现明显缺陷。主内冷孔需要电火花穿孔，放电时注意电流大小以及放电火花是否过大，不得损坏刀体外表面，内冷出水孔采用2mm电极丝穿孔，采用小直径穿孔目的是为了增加切削液流出压力。PCD复合片与基体采用高频焊接，焊接需要注意是否会出现焊缝以及虚焊现象。刃口将采用慢丝进行粗加工，精加工使用激光加工，刀具刃需在200倍放大镜下无崩口等明显缺陷。
实施例2
本实施例与实施例1的区别为：所述硬质合金包括以下重量百分数组分：89％WC、3％Co、4％Ni、1％Cr、0.4％B、0.4％Si和2.2％添加剂。
实施例3
本实施例与实施例1的区别为：所述WC的粒度为
2.0～4.5μm。所述Ni粒度为1.1～1.8μm。
对比例1
本实施例与实施例1的区别为：所述添加剂TaC、ZrC、CrN的重量比为1：0.5：2。
对比例2
所述硬质合金包括以下重量百分数组分：85％WC、3％Co、7％Ni、2％Cr、0.2％Sn、0.6％Mg和2.2％添加剂。
对比例3
所述硬质合金包括以下重量百分数组分：87％WC、5％Co、3％Ni、2％Cr、0.4％B、0.8％Si和1.8％添加剂。
性能测试
1、力学性能：将实施例和对比例的硬质合金制备成10mm×10mm×10mm的试样用来检测合金硬度，制备成5mm×6mm×20mm的试样做抗弯强度检测。
2、热导率：通过激光闪射仪测量合金常温(25℃)下的热导率。
3、耐磨性：切削速度70m/min；进给量0.1mm/rev；切削深度：1mm；湿式的旋削加工，测定合金切削9分钟后的侧切面磨耗量。
4、疲劳实验：市售的可转位镗刀使用6个月内部出现初始缺陷，在相同条件下使用实施例和对比例制备的反镗铣刀，观察内部初始缺陷出现时间。结果见表1。
表1性能测试结果
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种PCD内冷反镗铣刀，其特征在于，包括刀具基体，所刀具基体的末端设有内冷注水孔，所述刀具基体的前端设有内冷出水孔，内冷注水孔和内冷出水孔相连通；所述前端的一侧设有PCD复合片，所述PCD复合片的轮廓与加工轮廓相适配，所述刀具基体的材料为硬质合金材料；
所述硬质合金包括以下重量百分数组分：82～89％WC、2～5％Co、4％～7％Ni、1～3％Cr、0.2～0.5％B、0.6～1.2％Si和1.5～2.5％添加剂；
所述WC的粒度为2.2～3.5μm；
所述Co和Ni占硬质合金总重量的7～9％，且Ni：Co的重量比不小于1.5；
所述添加剂TaC、ZrC、VC的重量比为1：3：0.5；
所述Ni粒度为1.5～2.3μm，Ni和添加剂的总含量超过硬质合金总重量的6％。
2.根据权利要求1所述的PCD内冷反镗铣刀，其特征在于，所述硬质合金包括以下重量百分数组分：87％WC、3％Co、5％Ni、2％Cr、0.4％B、0.8％Si和1.8％添加剂。
3.根据权利要求1所述的PCD内冷反镗铣刀，其特征在于，所述PCD复合片的材质为聚晶金刚石，所述聚晶金刚石为自身烧结制成。
4.权利要求1～3任一项所述的PCD内冷反镗铣刀的制备工艺，其特征在于，所述制备工艺具体为：根据需要加工镗孔的大小及形状要求设计PCD内冷反镗铣刀图纸，选用硬质合金材料的合金棒作为基体棒，用D64颗粒度砂轮按图纸要求磨削基体棒得到刀具基体，内冷注水孔使用电火花穿孔，内冷出水孔采用2mm电极丝穿孔，内冷注水孔和内冷出水孔相连通。
5.根据权利要求4所述的PCD内冷反镗铣刀的制备工艺，其特征在于，所述PCD复合片与刀具基体采用高频焊接。
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