一種內(nèi)凹形復(fù)雜輪廓pcd刀具的超精密高效制備工藝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超硬材料加工領(lǐng)域領(lǐng)域，特別是涉及一種內(nèi)凹形復(fù)雜輪廓PCD刀具的超精密高效制備工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚晶金剛石(POT)自1972年問(wèn)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(shí)能夠獲得高的生產(chǎn)效率；同時(shí)，因其硬質(zhì)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(qiáng)度得以大幅度提升。
[0003]PCD刀具的加工優(yōu)勢(shì)主要在于:更高的材料切削，提高了生產(chǎn)周期；每班能加工更多的零件。與傳統(tǒng)的切削刀具相比，切削速度、進(jìn)給速度顯著加快。同時(shí)，工件質(zhì)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(zhǎng)等特點(diǎn)。
[0004]PCD刀具根據(jù)刀片的不同牌號(hào)，應(yīng)用于不同的加工場(chǎng)合。例如，1600牌號(hào)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(hào)的刀片具有雙峰式晶體，適用于極嚴(yán)苛的加工，如玻璃纖維、高密纖維板、疊層地板等。然而，現(xiàn)階段出現(xiàn)一些復(fù)雜的輪廓凸曲面類的工件，例如，手機(jī)鋁制外殼的邊緣輪廓、汽車成型鋁制零件等場(chǎng)合。
[0005]POT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(tǒng)的擠壓式切削無(wú)法實(shí)現(xiàn)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(biāo)?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外對(duì)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(xué)加工等。磨削加工的優(yōu)點(diǎn)是后刀面能夠形成一定的微觀凹槽，可有效儲(chǔ)存切削液體，提高刀具的使用壽命。缺點(diǎn)是刃磨時(shí)間長(zhǎng)，加工工時(shí)長(zhǎng)；其次，由于砂輪尖點(diǎn)加工PCD的局限性，無(wú)法加工內(nèi)凹形復(fù)雜輪廓?；瘜W(xué)加工方法可使得加工后表面質(zhì)量高，但刀具尺寸精度難以控制，因此，不適用于輪廓類刀具。
[0006]電腐蝕加工表面的金剛石層其表層碳主要以非晶態(tài)形式存在，非晶態(tài)與晶態(tài)相比，有較好的力學(xué)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(xiàn)象，因此，電腐蝕加工方法適用于內(nèi)凹形復(fù)雜輪廓的粗加工。
[0007]激光加工過(guò)程是一種光熱反應(yīng)過(guò)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(duì)PCD刀具的切削刃、后刀面以及融肩槽的精加工。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(shù)決定著石墨層的厚度。
因此，傳統(tǒng)的刀具制備工藝已經(jīng)無(wú)法滿足內(nèi)凹形復(fù)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(shù)來(lái)進(jìn)行內(nèi)凹形復(fù)雜輪廓PCD刀具的加工，減少加工時(shí)間，降低加工后刃口的崩缺，增加刀具的使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種內(nèi)凹形復(fù)雜輪廓PCD刀具的超精密高效制備工藝方法，能夠提高內(nèi)凹成型刀具的加工速率，縮短了復(fù)雜成型刀具的生產(chǎn)周期，降低了加工成本，獲得了良好的刃口質(zhì)量。刃口崩刃尺寸可控制在2微米以內(nèi)，齒形輪廓一致性好。加工蘋果手機(jī)外殼成型輪廓壽命可達(dá)1500件。
[0009]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是:提供一種內(nèi)凹形復(fù)雜輪廓P⑶刀具的超精密高效制備工藝方法，包括以下步驟:
1)PCD復(fù)合片切割:利用線切割的方法分別將16P及12P的PCD復(fù)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(nèi)凹型復(fù)雜輪廓刀具后角的設(shè)計(jì)要求，利用電腐蝕加工裝置對(duì)PCD刀具進(jìn)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(shù)為:電壓160~180V，電流7~30A，脈寬6~12微秒，脈沖間隙80~140微秒。
[0010]4) P⑶刃口及其第一后角的加工:按照內(nèi)凹型復(fù)雜輪廓刀具刃口的設(shè)計(jì)要求，利用激光切割裝置對(duì)PCD刀具進(jìn)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?701
[0011]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，在步驟2)中，在焊接前對(duì)PCD復(fù)合片的硬質(zhì)合金面進(jìn)行噴砂處理，并依次進(jìn)行倒角、銼削等工藝。
[0012]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，在步驟2)中，在焊接中控制焊接溫度為700° C，焊接時(shí)間為5min。
[0013]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，在步驟2)中，在焊接后，將刀具放入真空爐進(jìn)行緩慢冷卻。
[0014]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，在步驟3)中，電腐蝕加工參數(shù)為以下參數(shù)組合: GE1600材料:后刀面半精加工電壓180V，電流28A，脈寬8微秒，脈沖間隙140微秒。后刀面精加工電壓160V，電流7A，脈沖間隙6微秒，脈沖間隙80微秒。
[0015]GE1200材料:后刀面半精加工電壓180V，電流30A，脈寬12微秒，脈沖間隙140微秒。后刀面精加工電壓170V，電流8A，脈沖間隙8微秒，脈沖間隙80微秒。
[0016]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，在步驟4)中，激光加工參數(shù)為以下參數(shù):
第一后角開(kāi)粗:切深0.3mm，上切寬0.07mm,下切寬0.06mm，焦距位置為0mm，入射角為6-10°，脈寬為0.6-2.5微秒，頻率為100000/30HZ或者37037/30HZ，激光功率為80W。
[0017]第一后角精加工:切深0.5mm，上切寬0.04mm，下切寬0.04mm，焦距位置為0mm，入射角為10°，脈寬為0.8微秒，頻率為100000/20HZ，激光功率為50W。
[0018]切削刃及第一后角超精加工:切深0.2-0.3mm,上切寬0.02-0.05mm,下切寬0.02-0.05mm，焦距位置為0mm，入射角為3_5°，脈寬為0.6-2.5微秒，頻率為76923/30HZ或者35714/30HZ，激光功率為30W。
[0019]拋光處理:切深0.07mm，上切寬0.02mm，下切寬0.02mm，焦距位置為0mm，入射角為5°，脈寬為0.8微秒，頻率為100000/50HZ或者37037/40HZ，激光功率為20W。
[0020]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，在步驟1)中，所述POT復(fù)合片分別為16P和12P材料，16P材料中金剛石的顆粒度為4微米，金剛石的體積含量為90%，PCD復(fù)合片中PCD厚度0.6mm；12P材料中金剛石的顆粒度為2微米，金剛石的體積含量為92%，POT復(fù)合片中POT厚度 0.55mm。
[0021]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，在步驟2)中，所述刀具基體為WC/Co硬質(zhì)合金。
[0022]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，在步驟I)中，所切割成的刀片具有內(nèi)凹型的曲面輪廓。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:使用電腐蝕加激光加工方法加工PCD刀具的后刀面以及刃口，針對(duì)內(nèi)凹形復(fù)雜輪廓PCD刀具的特點(diǎn)，優(yōu)選了電腐蝕加工參數(shù)以及激光加工參數(shù)，提高了 PCD成形刀具后刀面的表面質(zhì)量，有效控制了刃口的崩刃數(shù)量以及尺寸，提高了 PCD成形刀具的性價(jià)比。刃口崩刃尺寸可控制在2微米以內(nèi)，齒形輪廓一致性好。利用此種方法制備出的成型PCD刀具可以連續(xù)切削1500件鋁制手機(jī)外殼成型曲面，切后工件表面粗糙度保持性好，在Ra0.02微米左右。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0025]本發(fā)明采用電腐蝕加工PCD后刀面，根據(jù)PCD材料特征，電腐蝕加工裝置采用德國(guó)VOLLMER QffD 760機(jī)床。利用激光加工PCD刃口，激光加工裝置采用德國(guó)DMG MORI LASERTEC20機(jī)床。本發(fā)明使用的P⑶刀具為四刃銑刀，P⑶復(fù)合片的型號(hào)15斜度齒GE公司1.6-16P，5斜度齒GE公司1.6-12P，刀具基體為WC/Co硬質(zhì)合金。16P材料中金剛石的顆粒度為4微米，金剛石的體積含量為90%，P⑶復(fù)合片中P⑶厚度0.6mm ;12P材料中金剛石的顆粒度為2微米，金剛石的體積含量為92%，P⑶復(fù)合片中P⑶厚度0.55mm。
[0026]本發(fā)明的電火花加工工藝，包括如下步驟:利用Auto CAD軟件進(jìn)行繪圖，以DXF格式保存，系統(tǒng)能自動(dòng)識(shí)別DXF文件并導(dǎo)入加工設(shè)置系統(tǒng)中；然后設(shè)定探針的位置以及行進(jìn)的方式；設(shè)定軸向第二后角角度11.5°，徑向第二后角角度16° ;設(shè)置刀具加工參數(shù)；將內(nèi)凹形PCD刀具安裝在刀柄上，然后用千分表打跳動(dòng)，安裝好工件后，按照事先設(shè)計(jì)的探針路線，探測(cè)PCD刀片的位置以及角度；按照程序參數(shù)約定，對(duì)PCD刀具進(jìn)行電腐蝕線切割加工。加工完成后，取下刀具送質(zhì)檢室進(jìn)彳丁質(zhì)量檢驗(yàn)。
[0027]本發(fā)明的激光加工工藝，包括如下步驟:利用Auto CAD軟件進(jìn)行繪圖，以DXF格式保存，系統(tǒng)能自動(dòng)識(shí)別DXF文件并導(dǎo)入加工設(shè)置系統(tǒng)中；然后設(shè)定探針的位置以及行進(jìn)的方式；設(shè)定軸向第一后角角度5°，徑向第一后角角度7.5° ;設(shè)置刀具加工參數(shù)；將內(nèi)凹形PCD刀具安裝在刀柄上，安裝好工件后，按照事先設(shè)計(jì)的探針路線，探測(cè)PCD刀片的位置以及角度；按照程序參數(shù)約定，對(duì)PCD刀具進(jìn)行激光加工。加工完成后，取下刀具送質(zhì)檢室進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。
[0028]下面，結(jié)合【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述:
實(shí)施例1:
一種內(nèi)凹形復(fù)雜輪廓P⑶刀具及其超精密高效制備方法，包括以下步驟:
I)將一整塊直徑58mm的1.6-16P復(fù)合片，利用線切割慢走絲的方式進(jìn)行切割，按照要求切成若干塊P⑶刀片。1.6-12P也做同樣處理。
[0029]2)刀片焊接:手持POT復(fù)合片，用綠色碳化硅砂輪磨削。然后，對(duì)復(fù)合片進(jìn)行倒角，用銼刀沿著焊料的放置方向銼削PCD復(fù)合片，將復(fù)