[發明專利]超硬質合金刀具及其切削系統與切削方法

無效

• 申請號: 200810064827.3
• 申請日: 2008-06-30
• 公開（公告）號: CN101302598A
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發明（設計）人: 陳良勇;張鵬
• 申請（專利權）人: 陳良勇
• 主分類號: C22C38/12
• 分類號: C22C38/12;B23H9/00;B23H1/00;B23H1/02;B23H7/26
• 代理公司: 哈爾濱市哈科專利事務所有限責任公司
• 代理人: 劉婭

(一)技術領域

本發明屬新材料技術領域，具體涉及一種采用新型加工方法加工一種新型材質刀具基體所形成的超硬質合金刀具。

(二)背景技術

切削加工是現代制造業應用最廣泛的加工技術之一。據統計，國際切削加工在整個制造加工中所占比例約為80％～85％，而在國內這一比例則高達90％。刀具是切削加工中不可缺少的重要工具，無論是普通機床，還是先進的數控機床(NC)、加工中心(MC)和柔性制造系統(FMC)，都必須依靠刀具才能完成切削加工，刀具的發展對提高生產率和加工質量具有直接影響。

刀具行業是一個比較特殊的行業，肩負著為制造業提供關鍵裝備---數控刀具的重任。制造業的水平往往受刀具行業整體水平的影響較大，而制造業的發展也會促進刀具行業的發展，兩者可以說是相互促進相互制約。隨著制造業的持續發展，刀具行業必將快速、穩步發展。根據制造業發展的需要，多功能復合刀具、智能刀具、高速高效刀具將成為時代的新寵。面對日益增多的難加工材料，刀具行業必須在改進原有的刀具材料、研發新的刀具材料及尋找更合理的刀具結構方面多下功夫，以解決制造業面臨的越來越多的加工難題。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種以一種高硬度的新材料，通過電流切削加工制成的一種超硬、耐磨的超硬質合金刀具。

本發明的超硬質合金刀具是這樣實現的：刀具的基體材質以50Mn2V為主，另包括用來提高刀具硬度的質量百分比分數為3％～5％Al和0.5％～3％Si，還包括質量百分比分數為0.1％～0.3％的微量WC-Co。

本發明的另一目的在于提供一種可廣泛應用于各種切削加工中，可有效提高切削加工的速度、效率、壽命的切削系統與切削方法。

本發明的切削系統包括置于數控工作臺上的直流電動機、脈沖電源、油槽、圓盤電極、放電間隙檢測單元和伺服控制單元，油槽內盛放有煤油，直流電動機、脈沖電源分別連接圓盤電極，圓盤電極部分浸在煤油內，伺服控制單元分別連接工件和放電間隙檢測單元，放電間隙檢測單元同時連接脈沖電源和圓盤電極。

本發明的切削系統還有這樣一些技術特征：

1、所述的脈沖電源為晶體管開關型高壓RC脈沖電源，其包括依次電連接的倍壓整流電路、泄放回路、整形電路、延時電路、快速開關二極管和超高速光藕采樣電路，泄放回路、整形電路和快速開關二極管之間連接有大功率晶體管和大功率阻尼二極管，泄放回路包括續流二極管、大功率繞線電阻和電感，續流二極管與串聯連接的大功率繞線電阻和電感并聯連接。

本發明的切削方法為：以上所述的切削系統中采用紫銅圓盤做電源正極，通過脈沖放電的方式對刀具材質進行切削加工，加工時，直流電動機帶動工具電極高速旋轉，與此同時，工件一方面沿Y軸方向作伺服進給運動，另一方面沿X軸方向作往復運動，其中工序規格為高速1～35m/s和大應變率103～107/s，刀具的鈍圓半徑ρ≤0.1～0.5μm；表面粗糙度Ra≤0.022μm；波紋度≤1/6～1/10λHe～Nei波長；平面度≤0.02μm。

本發明超硬質合金刀具有兩方面的特點：

1、刀具的基體材質：現代切削加工需要的是切削速度，而高速切削通常是在高溫或高壓的條件下才能達到高速切削的目的，這就對刀具的硬度與承受高溫高壓的能力提出了嚴格的要求。由于刀具的硬度、抗彎強度以及承受高溫高壓的能力是由基體材質決定的，因此基體的材質直接影響刀具的切削效率，這里需要超硬、耐磨、能夠承受高溫高壓的新型基體材質。

2、刀具基體的加工：高硬度的基體材質加工非常困難，通常采用砂輪研磨的技術，但是對于本發明中涉及的刀具基體，由于硬度更高，通過普通的砂輪研磨效率太低，針對這種情況，必須研制一種快速的加工方式來解決這一問題。

基于以上兩點，本發明的超硬質合金刀具有如下特點：

1、刀具的基體材質以50Mn2V為主，另加入3％～5％的AL和0.5％～3％的Si來提高刀具的硬度，使硬度達到1300～2200HR、能夠承受高溫(300～1200℃)、高壓(100～10000N/mm²)。

2、由于材質的硬度過高會導致材質發脆、易崩裂和出現斷痕，因此再加入0.1％～0.3％的微量WC-Co來提高材質的韌性，使得材質的抗彎強度達到2500～3800Mpa

3、通過是以旋轉的紫銅圓盤電極作工具，通過脈沖放電對基體進行切削加工，如圖1所示：