CN1173417A - 超硬材料刀具模锻方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种超硬材料刀具模锻方法,用于制造金属切削超硬刀具。本发明在刀胚顶端钻一小孔5,孔深高过聚晶高度,将聚晶粒8放入小孔5内,将刀胚6装入冲床凹模孔中,用高频感应加热方法把刀胚端部迅速加热至700—900℃,然后让冲床冲头快速冲下,使聚晶粒8被牢固地镶嵌在刀杆顶端孔5内,最后将冷却后的刀杆与刀头刃部加工处理。本发明方法简单易行,刀头镶嵌牢固,成品率高,成本低,刀具使用寿命长。
Description
本发明为一种超硬材料刀具模锻方法，属超硬材料制造领域，用于制造金属切削超硬刀具。
制造超硬刀具的方法目前来说有两种，一种是传统的聚晶块钎焊法，即将金刚石或CBN(立方氮化硼)微粉加适量的粘结剂烧结成聚晶粒形式。在刀杆(材质为钢或硬质合金)的顶端加工一个与聚晶尺寸相适应的刀槽，将剪成小片的焊料先放入刀槽中，然后放入熔剂与聚晶块，最后在超硬材料和刀头部份再洒上一层熔剂，此后用高频感应加热或一种焊枪产生所需的温度。当合金焊料流出来时，聚晶刀坯在很轻的力下进行快速摆动，并离开热源，刀头部份的熔剂通过把坯件移入热水中煮一小时左右，使深剂溶于水而除掉，这种方法局限性很大，对金刚石聚晶来说，焊料熔点必须低于700℃，高于700℃则金刚石会发生石墨化而影响切削性能，但实际操作中焊接温度很难准确把握。对于CBN聚晶，由于这种材料具有在高温下才能发挥其优良的切削性能；故使用时不加切削液，而切削时产生的高温会使焊料熔化从而使聚晶块松动导致脱落，加之精度无法保证。另一种是目前比较常用的复合刀具，即超硬材料微粉加一定粘结剂，混匀后与硬质合金通过高温超高压烧结在一起，借助硬质合金衬底以片状形状焊接在力杆上从而制成焊接刀片。这种工艺对焊料的选择与焊接工艺的要求特别严格，且工艺烦琐复杂，成品率低，成本高，产品在市场上缺乏竞争能力。
为此，本发明给出一种超硬材料刀具模锻方法，该方法是以模锻方式把超硬材料聚晶(如CBN和PCD)直接镶嵌在刀杆上，然后在工具磨床上用金刚石砂轮修磨成刀具。本发明方法大大简化了超硬刀具的制造工艺，使刀头镶嵌牢固，成品率高，成本低，刀具使用寿命长。
本发明方法是这样实现的：
在刀杆胚体顶端钻一小孔，孔经与聚晶大小相适应，孔径大于聚晶粒外径0.03-0.07mm，一般为φ3-φ8mm。孔深高出聚晶高度0.5-1.5mm。将完好的聚晶块所有表面进行清洗除杂后，放至刀胚顶端孔内。将刀杆胚体装入冲床凹模孔中，用高频感应加热的方法把刀杆顶端迅速加热至700-900℃，时间最好为5-10秒，然后关闭加热电源，启动冲床冲头快速冲下，使聚晶粒牢固地被包镶在刀杆顶端孔内，从而完成刀头的模锻镶嵌工作，冲床回程，模具的芯杆顺势顶出刀胚，取出刀胚使其自然冷却。至此，聚晶的包镶过程全部完成，然后在车床和工具磨床上将刀杆与刀头刃部加工成所需形状，即完成了刀具的全部制造过程。
下面结合附图对本发明进行详细描述：
图1是本发明方法的工艺流程。
图2和图3是本发明使用的模具，模架及冲锻结构，图2为冲锻前的模具结构图。
图3为冲锻至下死点时的模具结构图。
图中：1-模冲座，2-模冲，3-固定板，4-导柱，5-聚晶孔(放在孔内)，6-刀杆胚体，8-聚晶，7、18-凹模，8-聚晶，9-垫板，10-卸料板，11-卸料杆，12-卸料板定位杆，13-芯杆，14-橡胶弹簧，15-弹簧，16-螺杆，17-高频感应圈(内通冷却水)。
本发明的工艺流程如图1所示：由在刀杆胚体顶端部钻孔，超硬聚晶备料往端部孔中装填超硬材料聚晶，放至冲床模具中高频感应加热刀杆端部，热模锻，从模具内取出刀杆，修磨加工成型，质检表面磷化等主要工序组成。
本发明超硬刀具模锻方法为：
把刀杆胚体6加工成圆杆状，在刀杆胚体的端部钻一小孔5，孔的大小要与装入的聚晶8大小相适应，直径大于聚晶粒8外径0.03-0.07mm，孔深高于聚晶粒8的高度0.5-1.5mm，在冲锻工作开始前，要先选择合适聚晶，并检查有无裂纹，缺陷，合格的对其各表面进行清洗除杂，然后将聚晶粒8装填在刀杆胚体端部小孔5内。准备就绪后，将刀杆胚体6放置于冲模结构的凹模18的内孔中，这时使冲床的芯杆13处于顶出状态，如图2所示，此时，刀胚端部要高出凹模18上端面一定高度，以其内装聚晶粒8的高度正好与设置在刀杆6外围的感应圈17的上端相平为准。启动高频感应线圈17加热，用高频感应电流加热刀杆顶端，感应加热设备的振荡功率在8-40KW之间选择。振荡频率选择范围为500-2000KHZ。在5-10秒内将刀杆端部加热至700-900℃时，刀杆端部显示出亮红色为宜，这时关闭高频感应圈17，启动冲床、踏下踏板，模冲2快速冲下，滑块运动至下死点时，模冲2借冲床冲压力的作用，使刀杆端部产生塑性变形，冲压力可在80-120kgf/mm2范围内调节，在凹模18内壁对刀杆6的反作用下使聚晶8牢固地包镶在刀杆端部。为保护模具，在模具上安置一橡胶弹簧14，缓冲滑块至下死点时产生的巨大冲压力，模锻完成后，冲床滑块回程，芯杆13在卸料杆11、导柱4、固定板3的带动下，将刀杆胚体6顶出，至此完成模锻全过程，将模锻好的刀胚6取出自然冷却至室温，然后进行磨削、车削及铣削并磷化处理等工序，完成刀具的全部成型加工过程。
本发明方法简化了刀具的制造工艺，提高了生产效率，降低了生产成本，而且刀具的镶嵌强度很高。立方氮化硼聚晶刀具在加工HRC40-65的T10CG15钢的模具时，切削速度甚至高达500-600m/min，切屑接近熔化，但切屑照常进行，刀具磨损小，能够保证高的加工精度。用PCBN刀具在切削别的难加工材质时，也未发现刀头松动，脱落等现象。金刚石聚晶车刀，代替硬质合金车刀在铝合金零件上车削螺纹时，加工件数可从3000件增加至15万件，刀具耐用度提高50倍。
实施例1：用φ6×4尺寸的CBN聚晶，刀头胚体外径φ14，长80mm，上端中心钻一个6.05mm的小孔、孔深5.0mm、凹模18m内径为φ14，用800KHZ的振荡频率对放聚晶一端的端部进行感应加热至850-900℃(6秒)，然后冲锻成型，冲压力为100kgf/mm2，取出后自然冷却。
实施例2：取φ4×4金刚石聚晶粒，刀头胚料外径φ14mm、长80mm，顶端中心钻一小孔，孔径φ4.05mm，孔深5.0mm，凹模内径φ14mm，将聚晶放入刀杆中，刀杆置入模具内，用1000KHZ的振荡频率，将刀胚顶端感应加热至750℃(6秒)左右，冲锻成型，冲压力为90kgf/mm2取出后自然冷却。
Claims (4)
1.一种将超硬材料聚晶直接镶嵌到刀杆的超硬材料刀具模锻方法，其特征在于在刀杆胚体(6)的端部钻一小孔(5)，小孔(5)的直径大于要装入的聚晶粒(8)的外径0.03-0.07mm，小孔(5)的深度高于聚晶粒(8)的高度0.5-1.5mm，将检查合格的各表面进行清洗除杂的聚晶粒(8)装填在刀杆胚体端部的小孔(5)内，再将刀杆胚体(6)放置于冲模结构的凹模(18)的内孔中，让冲模的芯杆(13)处于顶出状态，此时刀胚(6)的端部要高出凹模(18)上端部，以其内装的聚晶粒(8)的高度正好与设置在刀杆(6)外围的感应圈(17)的上端相平，启动高频感应圈(17)，用高频感应电流加热刀杆顶端，将刀胚(6)的端部快速加热至700-900℃，然后关闭高频感应圈(17)，启动冲床，让模冲(2)快速冲下，滑块运动至下死点时模冲(2)借冲床冲压力的作用，使刀胚(6)的端部产生塑性变形，冲压力为80-120kgf/mm2，在凹模(18)内壁对刀胚(6)的反作用下使聚晶(8)牢固地包镶在刀胚(6)的端部。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于将模锻好的刀胚(6)取出自然冷却至室温，然后在车床和工具磨床上将刀杆与刀头刃部加工成所需形状并进行磷化处理。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于在模具上安置一橡胶弹簧(14)。
4.如权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所说的刀胚(6)的端部在5-10秒内加热至700-900℃，刀杆端部显出亮红色，所说的高频感应圈(17)的振荡功率为8-40KW℃，振荡频率为500-2000KHZ。
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