专利名称：复合锋利刀头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过烧结制造的刀头(亦称工作齿)，主要涉及超硬材料切割/钻削工具中的刀头。
背景技术：
超硬材料制品大量应用于航空航天、汽车、机械、建筑、石材、陶瓷、电子、光学玻璃等众多行业，是国民经济的重要支柱行业之一。超硬材料工具(超硬材料锯片、工程钻头等)则更广泛应用于石材、陶瓷及钢筋混凝土构件的加工，是目前其它工具所无法取代的有效加工工具。目前，用于加工石材、钢筋混凝土及建筑陶瓷等超硬材料制品中的大中小径锯片及工程薄壁钻的刀头结构型式基本为由金属结合剂和金刚石磨粒烧结而成的一体式刀头，使用过程中，随着刀头磨损，金刚石磨粒渐渐从金属结合剂中突露出来，形成超硬材料切割刃或者钻削刃，如图3所示。在切割或者钻削的过程中，刀头与被切割或者被钻削物体之间产生很强的摩擦，由于金属结合剂的硬度比金刚石磨粒的硬度低很多，所以在摩擦过程中，金属结合剂首先被摩擦消耗，金刚石磨粒从金属结合剂内凸出的部分作为切削刃参与切削工作。随着金属结合剂不断的摩擦消耗，当金属结合剂对金刚石磨粒的把持力小于一定数值后，金刚石磨粒会在切割或者钻削的过程中脱落，使刀头的使用寿命大大缩短。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够减缓金属结合剂磨损速度，延长刀头使用寿命的复合锋利刀头。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是复合锋利刀头，所述刀头包括烧结在一起的金属结合剂、超硬磨粒和中硬磨粒，所述超硬磨粒包括金刚石磨粒，所述中硬磨粒的硬度高于金属结合剂的硬度而低于金刚石磨粒的硬度。作为一种优选的技术方案，所述中硬磨粒为碳化硅磨粒和刚玉磨粒中的至少一种磨粒。作为一种优选的技术方案，所述超硬磨粒在所述刀头中的体积比浓度为5% 80%。作为一种优选的技术方案，所述金刚石磨粒在所述超硬磨粒和所述中硬磨粒混合物中的体积比浓度为10% 95%，所述碳化硅磨粒在所述超硬磨粒和所述中硬磨粒混合物中的体积比浓度为5 % 90 % .作为一种优选的技术方案，所述金属结合剂的基础成分体系为i^-Ni-Co-Cu-Sn 中一种或一种以上元素的组合。(因为可以用纯钴制作刀头)作为一种优选的技术方案，所述金属结合剂的金属粉末为三元以上的预合金粉末和/或单质金属粉末。作为一种优选的技术方案，所述金属结合剂内添加有Cr、W、V、Si和Ti中的一种或一种以上的强碳化物/氮化物形成元素。
由于采用了上述技术方案，复合锋利刀头，所述刀头包括烧结在一起的金属结合剂、超硬磨粒和中硬磨粒，所述超硬磨粒包括金刚石磨粒，所述中硬磨粒的硬度高于金属结合剂的硬度而低于金刚石磨粒的硬度；在切割或者钻削过程中，金属结合剂最容易被磨损， 中硬磨粒次之，金刚石磨粒最坚硬，所以刀头在使用一段时间后，中硬磨粒和金刚石磨粒都凸出在金属结合剂的表面，且金刚石磨粒的外端面高于中硬磨粒的外端面，中硬磨粒能够保护金属结合剂以防止其被岩屑或石粉快速磨损，由于中硬磨粒是很好的磨料，所以中硬磨粒还具有辅助金刚石磨粒切割或者钻削超硬材料的作用；由此可见，该刀头的结构能够减缓金属结合剂的磨损速度，控制金刚石磨粒凸出的高度，避免金刚石磨粒过早地从金属结合剂内脱落，始终使金刚石磨粒保持锋利状态，并延长了刀头的使用寿命。
图1是本发明实施例中刀头的显微镜放大图；图2是本发明实施例中刀头的另一副显微镜放大图；图3是现有技术中刀头的显微镜放大图；图4是本发明实施例中刀头用作锯片刀头的结构示意图；图5是本发明实施例中刀头用作薄壁钻刀头的结构示意图；图6是本发明实施例中刀头用作排锯刀头的结构示意图；图中1-刀头；2-金刚石磨粒；3-碳化硅磨粒；4-锯片基体；5-薄壁钻基体。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到， 在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。如图1和图2所示，复合锋利刀头1，所述刀头1包括烧结在一起的金属结合剂、超硬磨粒中硬磨粒，所述中硬磨粒的硬度高于金属结合剂的硬度而低于金刚石磨粒的硬度； 所述金属结合剂的基础成分体系为i^-Ni-Co-Cu-Sn中一种或者一种以上元素的组合，所述金属结合剂的金属粉末为三元以上的预合金粉末和/或单质金属粉末，所述金属结合剂内添加有Cr、W、V、Si和Ti中的一种或一种以上的强碳化物/氮化物形成元素；在高温烧结的过程中，Cr、W、V、Si和Ti中的一种或一种以上的强碳化物/氮化物形成元素与金属结合剂反应，在刀头1的侧表明形成硬质耐磨相，增强刀头1表面耐磨性，延长工具寿命，提高加工精度。所述超硬磨粒在所述刀头1中的体积比浓度为5% 80% ；所述超硬磨粒包括金刚石磨粒2，所述中硬磨粒为碳化硅磨粒和刚玉磨粒中的至少一种磨粒，本实施例中，中硬磨粒为碳化硅磨粒3。所述金刚石磨粒2在所述超硬磨粒和所述中硬磨粒混合物中的体积比浓度为10 % 95%，所述碳化硅磨粒3在所述超硬磨粒和所述中硬磨粒混合物中的体积比浓度为5% 90%。碳化硅磨粒3的硬度高于金属结合剂的硬度而低于金刚石磨粒2的硬度，在切割或者钻削过程中，金属结合剂最容易被磨损，碳化硅磨粒3次之，金刚石磨粒2最坚硬，所以刀头1在使用一段时间后，碳化硅磨粒3和金刚石磨粒2都凸出在金属结合剂的表面，如图 1和图2所示，而且由于金刚石磨粒2的硬度大于碳化硅磨粒3的硬度，金刚石磨粒2磨损最慢，所以金刚石磨粒2的外端面高于碳化硅磨粒3的外端面；在加工超硬材料的过程中， 金刚石磨粒2先于碳化硅磨粒3与超硬材料接触，其次是碳化硅磨粒3，最后才是金属结合剂，这样金刚石磨粒2和碳化硅磨粒3都具有保护金属结合剂以防止其被快速磨损的作用， 从图1和图2中可以清楚的看出，沿着刀头1的运动方向，位于金刚石磨粒2后方的金属结合剂磨损最慢，碳化硅磨粒3后方的金属结合剂次之；由于碳化硅磨粒3是很好的磨料，所以碳化硅磨粒3还具有辅助金刚石磨粒2切割或者钻削超硬材料的作用；由此可见，该刀头 1的结构能够减缓金属结合剂的磨损速度，避免金刚石磨粒2过早地从金属结合剂内脱落， 延长了刀头1的使用寿命。当然，所述中硬磨粒也可以是刚玉磨粒或者碳化硅磨粒3和刚玉磨粒的混合物.刚玉磨粒的硬度比碳化硅磨粒的硬度稍低，也是很好的磨料。图4、图5和图6示出了该刀头1的三个应用实例，第一个应用实例如图4所示，将该刀头1安装在锯片基体4上作为锯片刀头1使用；第二个应用实例如图5所示，将该刀头 1安装在薄壁钻基体5上作为薄壁钻刀头1使用；第三个应用实例如图6所示，将该刀头1 安装在排锯基体上作为排锯使用。下面结合实验数据对本发明做进一步的说明。应用实例一Φ400mm层叠式刀头花岗岩锯片制造图4结构的(长)30mmX (高)IOmmX (宽)3. 2mm的层叠式花岗岩锯片刀头， 金属结合剂基础合金体系确定为i^e-Ni-Cu-Sn，由预合金粉末与单质金属粉末混配应用。刀头1的金刚石体积浓度为20%，碳化硅的体积浓度为20%;各组分经冷压成型后，组装于热压模具中，在热压烧结机上860°C加压烧结，制造出成品烧结刀头1。将成品烧结刀头经开刃后焊于材质为65Mn钢的圆形锯片或带钢基体4上，生产出Φ400πιπι锯片，每片观粒刀头 1。刀头1经热压烧结后，在外侧表面反应生成为厚度约为0. 2mm的!^e3C硬质耐磨层，外表面硬化区域的平均硬度为HRBl 12。用此锯片湿切厚度为20mm的花岗岩板材，切机功率为4kw，转动线速度为36m/ min0锯片的锋利度极好，厚度基本不变，外侧表面的金刚石基本无脱落，切割过程平稳顺畅，在切割电流为15 20A的条件下，切割速度可达9m/min以上，切割寿命为300m2。此锯片的凸出特点是切割速度始终如一，切缝宽度基本不变，切割直线度好，切割板材的尺寸精度可始终保持在士 Imm以内，板材的成品率可由90%左右提高至98%以上。应用实例二 Φ 63mm层叠式刀头薄壁钻制造尺寸为23mm(长)XSmm(高)X3. 8mm(厚)的刀头，制造图5所示结构的薄壁钻。刀头1的金刚石体积浓度为20%，碳化硅的体积浓度为20% ；制作八齿均布的Φ63πιπι 薄壁钻头。用此钻头在电机功率为3. 8KW，转速为2200转/min的台式钻机上湿钻厚200mm、 含四层Φ 16mm螺纹钢的C35水泥混凝土构件，其钻削速度为5min/孔，钻削数量超过30孔。 钻头在工作过程中钻削平稳，速度均勻，遇到钢筋时不出现钻速骤减甚至打滑、钻不动的现象；钻芯表面及钢筋切面十分平滑，表明钻头具有良好的锋利性。用此种钻头干钻厚度为300mm砖墙，钻进速度平均为200mm/min，钻孔数量超过250个。 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1.复合锋利刀头，其特征在于所述刀头包括烧结在一起的金属结合剂、超硬磨粒和中硬磨粒，所述超硬磨粒包括金刚石磨粒，所述中硬磨粒的硬度高于金属结合剂的硬度而低于金刚石磨粒的硬度。
2.如权利要求1所述的复合锋利刀头，其特征在于所述中硬磨粒为碳化硅磨粒和刚玉磨粒中的至少一种磨粒。
3.如权利要求1所述的复合锋利刀头，其特征在于所述超硬磨粒在所述刀头中的体积比浓度为5% 80%。
4.如权利要求2所述的复合锋利刀头，其特征在于所述金刚石磨粒在所述超硬磨粒和所述中硬磨粒混合物中的体积比浓度为10% 95%，所述碳化硅磨粒在所述超硬磨粒和所述中硬磨粒混合物中的体积比浓度为5% 90% .
5.如权利要求1所述的复合锋利刀头，其特征在于所述金属结合剂的基础成分体系为!^e-Ni-Co-Cu-Sn中一种或一种以上元素的组合。
6.如权利要求5所述的复合锋利刀头，其特征在于所述金属结合剂的金属粉末为三元以上的预合金粉末和/或单质金属粉末。
7.如权利要求5或6所述的复合锋利刀头，其特征在于所述金属结合剂内添加有Cr、 W、V、Si和Ti中的一种或一种以上的强碳化物/氮化物形成元素。
全文摘要
本发明公开了一种复合锋利刀头，刀头包括烧结在一起的金属结合剂、超硬磨粒和中硬磨粒，超硬磨粒包括金刚石磨粒，中硬磨粒的硬度高于金属结合剂的硬度而低于金刚石磨粒的硬度；在切割或者钻削过程中，金属结合剂最容易被磨损，中硬磨粒次之，金刚石磨粒最坚硬，中硬磨粒和金刚石磨粒都凸出在金属结合剂的表面，中硬磨粒能够保护金属结合剂以防止其被岩屑或石粉快速磨损，由于中硬磨粒是很好的磨料，所以中硬磨粒还具有辅助金刚石磨粒切割或者钻削超硬材料的作用；由此可见，该刀头的结构能够减缓金属结合剂的磨损速度，控制金刚石磨粒凸出的高度，避免金刚石磨粒过早地从金属结合剂内脱落，始终使金刚石磨粒保持锋利状态，延长了刀头的使用寿命。
文档编号B28D1/14GK102285005SQ20111026996
公开日2011年12月21日 申请日期2011年9月14日 优先权日2011年9月14日
发明者陈涛 申请人:山东日能超硬材料有限公司