CN209754044U - 一种带有断屑槽的聚晶金刚石刀具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带有断屑槽的聚晶金刚石刀具，其包括基体部和PCD刀片，其中PCD刀片连接于基体部，PCD刀片具有断屑槽，断屑槽沿着PCD刀片的外边缘形成，断屑槽的圆周刃作为PCD刀具的切削刃口，并且起到有效断屑的作用。本实用新型解决了PCD刀具用于铝合金加工时难以断屑、切屑缠绕导致加工孔壁划伤的缺陷，延长了PCD刀具的使用寿命、改善了加工工件的表面粗糙度、提升了孔加工的效率和质量，提高了PCD刀具整体的使用性能。

Description

一种带有断屑槽的聚晶金刚石刀具

技术领域

本实用新型涉及机械加工领域，更详而言之涉及一种带有断屑槽的聚晶金刚石刀具。

背景技术

聚晶金刚石(PCD)是将粒度为微米级的金刚石微粉与少量金属粉末(如Co)混合后在高温(1400℃)高压(5-6GPa)下烧结而成的聚晶体，适于作为刀具材料。与其它刀具材料相比，聚晶金刚石具有以下特点：极高的硬度和耐磨性；高导热性和低热膨胀系数，切削时散热快，切削温度低，热变形小；摩擦系数小，可降低加工表面粗糙度。聚晶金刚石复合片是一种超硬材料，它继承了金刚石硬度高和耐磨性好的优点，而且因其硬质合金基底与一般金属之间良好的焊接性能，还克服了金刚石与金属之间焊接性差的难题。

PCD刀具在有色金属及其合金的切削中体现出优良的切削性能，可用于制作车刀、镗刀、铣刀、钻头、铰刀、锪刀以及复合孔加工刀具等，广泛用于航空航天、精密电子、医疗器械、汽车制造、风力发电等精密加工，现已成为如汽车零部件的加工、航空航天零部件加工以及非金属材料加工行业等必备的加工刀具。特别是随着航空业与汽车业新材料的开发，如硅铝合金的开发与应用，PDC刀具的应用获得了更加广阔的市场空间与更好的前景。

孔加工是机械加工的一个重要技术领域，对产品的质量、性能、寿命、稳定性等各项技术指标都起着非常重要的作用。据统计，就其加工工作量而言，孔加工工作量约占整个机械加工工作量的30％左右。孔的质量状态都是不容忽视的，特别是在汽车、航空、军事、医疗等领域，产品质量的稳定性、安全性更是至关重要。

关于孔加工技术的研究，多年来一直是众多工程技术人员研究的课题之一。目前，国内外PCD孔加工刀具的断屑能力一直是制衡PCD孔加工刀具发展的一个重要因素。由于铝合金在金属加工中本身的韧性和延展性都较好，不容易断屑，易产生缠屑问题。

解决铝加工中的缠屑问题，避免切屑划伤孔内表面是目前急需解决的技术问题。目前PCD刀具用于铝合金加工断屑问题的解决方案主要是在刀具增加断屑器或断屑槽设计，使PCD刀具的断屑能力得到提升。断屑槽是利用材料的加工硬度和受冲击、受挤压而达到破坏强度的原理来断屑的，断屑槽能使刀屑按预先设定的方式进行卷曲、流动和折断，使其形成“可接受”的良好屑形，从而实现对切屑的有效控制。但是现有技术中的带有断屑槽的PCD刀具的断屑能力一般，而且使用寿命较短，无法满足高强度生产的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种带有断屑槽的聚晶金刚石刀具，解决了PCD刀具用于铝合金加工时难以断屑、切屑缠绕导致加工孔壁划伤的缺陷，延长了PCD刀具的使用寿命、改善了加工工件的表面粗糙度、提升了孔加工的效率和质量，提高了PCD刀具整体的使用性能。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种带有断屑槽的聚晶金刚石刀具，其包括：

基体部和PCD刀片，其中所述PCD刀片连接于所述基体部，所述PCD刀片具有断屑槽，所述断屑槽沿着所述PCD刀片的外边缘形成，所述断屑槽的圆周刃作为PCD刀具的切削刃口，并且起到有效断屑的作用。

优选地，所述PCD刀片为细粒度聚晶金刚石复合片。

优选地，所述基体部为钢件基体或硬质合金基体，所述PCD刀片通过高频感应器焊接在所述基体部。

根据本实用新型的优选实施例，所述断屑槽的底面与所述PCD刀片的基面之间设置有过渡斜面，其主要用于在加工过程中将切屑卷曲成小卷，同时产生作用力将切屑反转，将切屑折成小段，利于断屑。

优选地，所述过渡斜面与所述断屑槽的底面之间的夹角为95度～120度。

优选地，所述过渡斜面的宽度为0.05毫米～0.2毫米。

根据本实用新型的优选实施例，当所述PCD刀片的外边缘存在折角时，所述过渡斜面在该折角处具有倒角，从而形成圆弧过渡面，用于将切削产生的切屑弯折成小段碎屑。

优选地，所述圆弧过渡面的圆弧半径为0.2毫米～1毫米。

根据本实用新型的优选实施例，所述PCD刀片的刀刃面设置有刃带，所述刃带与所述断屑槽的圆周刃相邻，所述刃带用于减小孔加工的表面粗糙度和提升刀具加工的稳定性。

优选地，所述PCD刀片的刀刃面进一步设置有第一后刀面和第二后刀面，依次设置在所述刃带的一侧，所述第一后刀面与所述刃带之间形成第一后角，所述第二后刀面与所述刃带之间形成第二后角。

本实用新型的上述以及其它目的、特征、优点将通过下面的详细说明、附图、以及所附的权利要求进一步明确。

附图说明

图1是根据本实用新型优选实施例的带有断屑槽的聚晶金刚石刀具的立体示意图；

图2是根据本实用新型优选实施例的PCD刀片的放大示意图；

图3是根据本实用新型优选实施例的PCD刀片的另一放大示意图；

图4是根据本实用新型优选实施例的PCD刀片的剖面示意图；

图中：基体部10；PCD刀片20；断屑槽21；圆周刃211；底面212；基面22；过渡斜面23；圆弧过渡面231；刀刃面24；刃带241；第一后刀面242；第二后刀面243。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本实用新型的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本实用新型的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

参看附图之图1至图4，根据本实用新型优选实施例的带有断屑槽的聚晶金刚石刀具将在接下来的描述中被阐明，其包括基体部10和PCD刀片20，其中所述PCD刀片20连接于所述基体部10。所述PCD刀片20具有断屑槽21，所述断屑槽21沿着所述PCD刀片20的外边缘形成。所述断屑槽21的圆周刃211作为PCD刀具的切削刃口。

所述断屑槽21的底面212在切削刃口各个部分的宽度根据刀具各部份的不同设计而有所不同。

优选地，所述基体部10为钢件基体或硬质合金基体，所述PCD刀片20通过高频感应器焊接在所述基体部10。所述断屑槽21利用五轴激光加工中心在所述PCD刀片20的刃口部分加工形成。

优选地，所述PCD刀片20为细粒度聚晶金刚石复合片，PCD中的金刚石的粒径小于等于1微米，经过超高压高温合成，金刚石体积含量为92％，复合片中PCD厚度为0.6mm，热稳定性能可达750℃。所述PCD刀片20具有极高的硬度和耐磨性、高导热性和低热膨胀系数，切削时散热快，切削温度低，热变形小、摩擦系数小，可降低加工表面的粗糙度。

进一步参看附图2至附图4，所述断屑槽21的底面212与所述PCD刀片20的基面22之间设置有过渡斜面23，其主要用于在加工过程中将切屑卷曲成小卷，同时产生作用力将切屑反转，将切屑折成小段，利于断屑。

所述基面22表层为金刚石微粉和添加的金属钴在高温高压条件下烧结生成。

所述过渡斜面23的倾斜程度和宽度取决于加工材质的切削断屑难度。优选地，所述过渡斜面23与所述断屑槽21的底面212之间的夹角α为95度～120度。优选地，所述过渡斜面23的宽度为0.05毫米～0.2毫米。

值得一提的是，当所述PCD刀片20的外边缘存在折角时，所述过渡斜面23在该折角处具有倒角，从而形成圆弧过渡面231，用于将切削产生的切屑弯折成小段碎屑。

所述圆弧过渡面231的圆弧半径设计取决于刀具尺寸要求和加工材料断屑难度。优选地，在本实施例中，所述圆弧过渡面231的圆弧半径为0.2毫米～1毫米。

如附图3和附图4所示，所述PCD刀片20的刀刃面24设置有刃带241，所述刃带241与所述断屑槽21的圆周刃211相邻，所述刃带241用于减小孔加工的表面粗糙度和提升刀具加工的稳定性。

进一步地，所述PCD刀片20的刀刃面24进一步设置有第一后刀面242和第二后刀面243，依次设置在所述刃带241的一侧。所述第一后刀面242与所述刃带241之间形成第一后角β，所述第二后刀面243与所述刃带241之间形成第二后角γ。

本领域技术人员容易理解的是，所述第一后刀面242与所述第二后刀面243的宽度，以及所述第一后角β和所述第二后角γ的具体角度根据刀具的尺寸要求和切削工况进行设计。

综上所述，本实用新型提供的带有断屑槽的聚晶金刚石刀具解决了PCD刀具用于铝合金加工时难以断屑、切屑缠绕导致加工孔壁划伤的缺陷，延长了PCD刀具的使用寿命、改善了加工工件的表面粗糙度、提升了孔加工的效率和质量，提高了PCD刀具整体的使用性能。

依本实用新型的另一方面，本实施例还提供了所述带有断屑槽的聚晶金刚石刀具的加工步骤，具体如下：

根据PCD刀具的结构和尺寸设计三维断屑槽，设计时主要考虑控制加工时切屑的屑形，防止切削过程中产生的切屑无法有效断屑。

绘制三维断屑槽图形，并将三维断屑槽图形导入激光加工中心。

将一整块半径为27.5mm的PCD复合片，首先采用YAG精密激光切割机进行PDC切割加工，按照刀具要求切成若干块。将切割好的PCD刀片放在真空干燥箱中450℃保温处理1小时，然后取出PCD刀片，利用高频感应器将PCD刀片焊接在WC/Co硬质合金基体或钢件基体上，再将焊接后的刀具缓慢冷却至室温。

将制作好的PCD刀具装入激光加工中心，使用探针探测参数设置，主要设置参数包括复合片长度、数量、硬质合金长度、刃口形式等。当加工刀具形状确定，刀片数量确定后，探测参数设置根据实际测量的数值而定，用于探测PCD刀具上PCD复合片形状。

调整激光加工设备参数，主要设置参数包括激光功率、激光速度、波形、激光频率、加工偏移量等。激光加工设备主要设置参数设置：激光功率40-60％；激光速度1000mm/s、波形选择精加工波形、激光频率150kHz、加工偏移量根据实际测量尺寸与导入的三维断屑槽的设计图进行对比确定，以达到设计效果为最佳设置值。

加载探测数据，开始使用激光加工断屑槽。

加工完成后，拆卸刀具，并利用投影检测仪检测断屑槽的形状轮廓与设计绘制图的吻合度。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本实用新型的实施例只作为举例而并不限制本实用新型。本实用新型的目的已经完整并有效地实现。本实用新型的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本实用新型的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (10)

1.一种带有断屑槽的聚晶金刚石刀具，其特征在于，包括：

基体部和PCD刀片，其中所述PCD刀片连接于所述基体部，所述PCD刀片具有断屑槽，所述断屑槽沿着所述PCD刀片的外边缘形成。

2.根据权利要求1所述的带有断屑槽的聚晶金刚石刀具，其特征在于，所述断屑槽的底面与所述PCD刀片的基面之间设置有过渡斜面。

3.根据权利要求2所述的带有断屑槽的聚晶金刚石刀具，其特征在于，所述过渡斜面与所述断屑槽的底面之间的夹角为95度～120度。

4.根据权利要求2所述的带有断屑槽的聚晶金刚石刀具，其特征在于，所述过渡斜面的宽度为0.05毫米～0.2毫米。

5.根据权利要求2所述的带有断屑槽的聚晶金刚石刀具，其特征在于，当所述PCD刀片的外边缘存在折角时，所述过渡斜面在该折角处具有倒角，从而形成圆弧过渡面。

6.根据权利要求5所述的带有断屑槽的聚晶金刚石刀具，其特征在于，所述圆弧过渡面的圆弧半径为0.2毫米～1毫米。

7.根据权利要求1所述的带有断屑槽的聚晶金刚石刀具，其特征在于，所述PCD刀片的刀刃面设置有刃带，所述刃带与所述断屑槽的圆周刃相邻。

8.根据权利要求7所述的带有断屑槽的聚晶金刚石刀具，其特征在于，所述PCD刀片的刀刃面进一步设置有第一后刀面和第二后刀面，依次设置在所述刃带的一侧，所述第一后刀面与所述刃带之间形成第一后角，所述第二后刀面与所述刃带之间形成第二后角。

9.根据权利要求1所述的带有断屑槽的聚晶金刚石刀具，其特征在于，所述基体部为钢件基体或硬质合金基体，所述PCD刀片焊接在所述基体部。

10.根据权利要求1所述的带有断屑槽的聚晶金刚石刀具，其特征在于，所述PCD刀片为聚晶金刚石复合片。