[發明專利]一種內凹形復雜輪廓PCD刀具的超精密高效制備工藝方法

有效

• 申請號: 201510569099.1
• 申請日: 2015-09-09
• 公開（公告）號: CN105269284B
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 王必永;王一飛
• 申請（專利權）人: 國宏工具系統（無錫）股份有限公司
• 主分類號: B23P15/28
• 分類號: B23P15/28;B23H5/06
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司11249
• 代理人: 劉洪京

技術領域

本發明涉及超硬材料加工領域領域，特別是涉及一種內凹形復雜輪廓PCD刀具的超精密高效制備工藝方法。

背景技術

聚晶金剛石（PCD）自1972年問世后，由于繼承了金剛石的高硬度與耐磨性，使得PCD刀具在加工各種有色金屬和非金屬材料時能夠獲得高的生產效率；同時，因其硬質合金基底與一般金屬之間良好的焊接性能，使得刀具的抗彎強度得以大幅度提升。

PCD刀具的加工優勢主要在于：更高的材料切削，提高了生產周期；每班能加工更多的零件。與傳統的切削刀具相比，切削速度、進給速度顯著加快。同時，工件質量大大提高、尺寸控制卓越、表面精度一致、廢品率低以及刀具壽命長等特點。

PCD刀具根據刀片的不同牌號，應用于不同的加工場合。例如，1600牌號的刀片適合加工要求高表面光潔的鋁、銅、貴重金屬、合成木材等；1800牌號的刀片具有雙峰式晶體，適用于極嚴苛的加工，如玻璃纖維、高密纖維板、疊層地板等。然而，現階段出現一些復雜的輪廓凸曲面類的工件，例如，手機鋁制外殼的邊緣輪廓、汽車成型鋁制零件等場合。

PCD刀具的材料、形狀、幾何角度、制造工藝決定著刀具的切削性能。其中，制造工藝的好壞直接影響刀具的使用壽命。聚晶金剛石、單晶金剛石都屬于超硬材料，因此，采用傳統的擠壓式切削無法實現刀具的功能，更談不上能夠滿足耐熱性、耐磨性、抗沖擊韌性等性能指標。現階段，國內外對于PCD的加工手段主要有磨削加工、電火花腐蝕加工、激光加工、化學加工等。磨削加工的優點是后刀面能夠形成一定的微觀凹槽，可有效儲存切削液體，提高刀具的使用壽命。缺點是刃磨時間長，加工工時長；其次，由于砂輪尖點加工PCD的局限性，無法加工內凹形復雜輪廓。化學加工方法可使得加工后表面質量高，但刀具尺寸精度難以控制，因此，不適用于輪廓類刀具。

電腐蝕加工表面的金剛石層其表層碳主要以非晶態形式存在，非晶態與晶態相比，有較好的力學性能，但是，由于電火花是一種高溫放電的加工方式，使得聚晶金剛石表層存在明顯石墨化現象，因此，電腐蝕加工方法適用于內凹形復雜輪廓的粗加工。

激光加工過程是一種光熱反應過程。由于激光加工屬非接觸加工，刀具的加工變形及熱變形小，加工速度快、效率高，因此可以勝任對PCD刀具的切削刃、后刀面以及融屑槽的精加工。但由于激光仍屬于熱加工，加工表面仍存在微石墨化層。電火花及激光加工的參數決定著石墨層的厚度。

因此，傳統的刀具制備工藝已經無法滿足內凹形復雜輪廓PCD刀具的使用性能及壽命的要求，迫切需要一種新的制備工藝技術來進行內凹形復雜輪廓PCD刀具的加工，減少加工時間，降低加工后刃口的崩缺，增加刀具的使用壽命。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是提供一種內凹形復雜輪廓PCD刀具的超精密高效制備工藝方法，能夠提高內凹成型刀具的加工速率，縮短了復雜成型刀具的生產周期，降低了加工成本，獲得了良好的刃口質量。刃口崩刃尺寸可控制在2微米以內，齒形輪廓一致性好。加工蘋果手機外殼成型輪廓壽命可達1500件。

為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是：提供一種內凹形復雜輪廓PCD刀具的超精密高效制備工藝方法，包括以下步驟：

1）PCD復合片切割：利用線切割的方法分別將16P及12P的PCD復合片切割成若干塊PCD刀片；

2）刀片焊接：將PCD刀片焊接在刀具基體上，得到PCD刀具；

3）PCD刀具后刀面的加工：按照內凹型復雜輪廓刀具后角的設計要求，利用電腐蝕加工裝置對PCD刀具進行電腐蝕線切割處理，得到具有低粗糙度后刀面的PCD刀具；其中，電腐蝕加工參數為：電壓160~180V，電流7~30A，脈寬6~12微秒，脈沖間隙80~140微秒。

4）PCD刃口及其第一后角的加工：按照內凹型復雜輪廓刀具刃口的設計要求，利用激光切割裝置對PCD刀具進行激光切割處理；其中，切深0.07~0.5mm，切寬0.02~0.07mm，焦距位置為0mm，入射角為5~10°，脈寬為0.8微秒，頻率為1538~3125HZ，激光功率為25~70W。

在本發明一個較佳實施例中，在步驟2）中，在焊接前對PCD復合片的硬質合金面進行噴砂處理，并依次進行倒角、銼削等工藝。

在本發明一個較佳實施例中，在步驟2）中，在焊接中控制焊接溫度為700°C，焊接時間為5min。

在本發明一個較佳實施例中，在步驟2）中，在焊接后，將刀具放入真空爐進行緩慢冷卻。