[發明專利]一種超硬磨料工具及其制造方法

在審

• 申請號: 201610970484.1
• 申請日: 2016-10-27
• 公開（公告）號: CN106625294A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 段端志;吳斌
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: B24D3/06
• 分類號: B24D3/06;B24D18/00
• 代理公司: 南昌洪達專利事務所36111
• 代理人: 劉凌峰

技術領域

本發明涉及一種超硬磨料工具，尤其涉及一種超硬磨料工具及其制造方法。

背景技術

目前，金屬結合劑超硬磨料工具的制作方法主要有電鍍法、燒結法和高溫釬焊法三種。

電鍍超硬磨料工具以鎳或鎳合金作為鍍層金屬結合劑，但磨料與鍍層金屬之間僅存在機械鑲嵌作用，鍍層金屬對磨料把持強度低，磨料出露高度低。燒結超硬磨料工具采用鈷、鐵、錫、青銅、鎳合金為主要金屬結合劑材料，由于磨料與金屬結合劑難以形成化學結合，磨料也只是被機械包埋在金屬結合劑中，金屬結合劑對磨料把持強度低，工具出刃能力差。因此，這兩種工具在重負荷作業時磨料會過早脫落，磨料利用率低，工具壽命短，加工效率低。

為了解決上述問題，近十多年來，國內外學者研究利用釬焊法制作超硬磨料工具。釬焊超硬磨料工具，其原理是利用高溫釬焊方法通過磨料、釬料和基體三者之間的化學冶金反應實現對磨料的牢固把持，使其具有加工效率高、容屑空間大、磨料利用率高、工件表面不易燒傷等顯著優勢。因單層釬焊超硬磨料工具制作容易，目前，材料加工領域以單層釬焊超硬磨料工具為主，但單層釬焊超硬磨料工具在使用過程中暴露出以下問題：由于釬焊金剛石鋸片、磨輪、串珠的工作區域分別為鋸片基體的外圓周面、磨輪與串珠基體的外圓柱面，這些面上的金剛石磨料幾乎同時參加切磨削加工，幾乎同時磨鈍后，因與結合劑結合強度高不易脫落，與加工對象接觸面積增大，切削阻力大，金剛石磨料難以破碎重新出刃，切割效率與加工質量降低，若減少工具表面的金剛石數量，雖切割力小，切割效率高，但工具壽命短。

發明內容

本發明的目的是提供一種加工效率高、使用壽命長、加工質量好的超硬磨料工具。

本發明的技術方案如下：

一種超硬磨料工具，包括基體、超硬磨料和釬焊金屬結合劑，所述基體的外周緣設有多個分齒段，相鄰分齒段之間設有排屑槽，所述分齒段上有多個窄齒，每個分齒段上的窄齒高度在徑向上周期性先逐級降低后升高，所述超硬磨料通過釬焊金屬結合劑固定在分齒段的工作區域上且固定于窄齒外圓面上的超硬磨料呈階梯式有序排列。

優選地，該超硬磨料工具包括基體、超硬磨料和釬焊金屬結合劑，所述基體外徑大小范圍為60～200mm，基體寬度范圍為0.6～100mm，所述分齒段個數為4～16個，所述排屑槽形狀為鑰匙槽或U型槽或魚鉤槽。

更優選地，該超硬磨料工具包括基體、超硬磨料和釬焊金屬結合劑，所述窄齒數范圍為50～260個，窄齒寬度范圍為1.5～2.5mm，相鄰窄齒的徑向高度之差均為Δh，Δh的大小范圍為0.6d～d(d為超硬磨料的直徑)。

更優選地，該超硬磨料工具包括基體、超硬磨料和釬焊金屬結合劑，所述窄齒在徑向高度變化的一個周期內的個數為3或5或7或9。

優選地，該超硬磨料工具包括基體、超硬磨料和釬焊金屬結合劑，所述超硬磨料為金剛石或CBN，所述釬焊金屬結合劑材料為Ni基合金或Cu-Sn-Ti合金或Ag-Cu-Ti合金。

優選地，該超硬磨料工具包括基體、超硬磨料和釬焊金屬結合劑，所述分齒段上工作區域的徑向高度a范圍為4～15mm。

該超硬磨料工具的制造方法，包括窄齒有序排列的優化設計方法和超硬磨料工具的制作方法。分別敘述如下：

(1)窄齒有序排列的優化設計方法

根據加工材料的性質和加工要求確定超硬磨料的種類、粒度。對于超硬磨料工具本身而言，在釬焊金屬結合劑材料、超硬磨料種類、粒度和結合強度已定的情況下，窄齒有序排列是決定超硬磨料工具綜合加工性能的最重要因素，這里的窄齒有序排列參數包括窄齒在徑向高度變化的一個周期內個數n、相鄰窄齒的徑向高度之差Δh以及窄齒外圓面上超硬磨料數m。

結合切磨削加工理論與工藝實踐，本發明為優化超硬磨料工具的窄齒有序排列提供了一種切實可行的方法，即物理數學建模方法，它是在若干簡化的假設前提下，按照基本的物理原則建立數學模型，并通過所建立的數學模型完成優化設計窄齒有序排列的一種方法。以超硬磨料工具在加工工件材料過程中的加工效率V最高、使用壽命S最高作為窄齒有序排列優化的目標函數：

V＝V(a_p，w，D，h_e，k，Δh,n，P)

S＝S(a_p，w，D，b，k，m，σ_a，P)式(Ⅰ)