一种强包镶能力的烧结金刚石铣刀胎体及铣刀与铣刀制法
【专利摘要】本发明公开了一种强包镶能力的烧结金刚石铣刀胎体及铣刀与铣刀制法，该烧结金刚石铣刀胎体包括Fe粉、Cu粉、Zn粉、Co粉、Ni粉及Mn粉；采用该胎体制备的铣刀，其工作层高度为5.7～6.3mm，壁厚为2.3～2.7mm，直径为22～25mm，金钢石粒度为35/40～50/60，浓度为48～56％；该铣刀的制法为选用基体并配制胎体，将胎体与金刚石混合，烧结制成金刚石烧结体，并将其固定于基体上即可。优点为首先制备的胎体，其对金刚石磨粒的包镶能力强；其次，采用该胎体制备的铣刀，提高了加工效率及加工质量；同时通过控制烧结温度、烧结压强等，形成的胎体对金刚石的包镶能力强，提高了铣刀的工作寿命。
【专利说明】
一种强包镶能力的烧结金刚石铣刀胎体及铣刀与铣刀制法
技术领域
[0001] 本发明属于铣刀领域，尤其涉及一种强包镶能力的烧结金刚石铣刀胎体及铣刀与 铣刀制法。
【背景技术】
[0002] 在日常生活中，玻璃及其制品无处不在。其在建筑和装饰领域、汽车制造领域、新 能源领域、家电及电子产品制造及日常生活中得到了广泛地应用。其中，建筑和装饰领域是 玻璃的最大下游行业，随着人们对建筑要求的提高，公共建筑及民用建筑的玻璃使用量日 益增多，从一次性使用的玻璃幕墙、门窗、阳台，到二次性使用的浴室、橱柜、灯具等装修，大 大的增加了玻璃使用量和使用品种；汽车玻璃主要用于新型汽车制造市场和汽车维修市 场，作为汽车一个重要的组成部分，占据了汽车行业3%的总成本，随着近年中国汽车工业 的高速发展，中国汽车玻璃行业的市场需求量以19%左右的平均速度增长;汽车、新能源及 其他领域的玻璃应用也在逐渐扩大。
[0003]在加工过程中常常需要对玻璃进行二次加工，如切边、开槽等，随着生活水平的提 高，人们对玻璃的加工质量要求也越来越高。烧结金刚石铣刀由于硬度大、加工成本低，被 广泛运用于玻璃的加工过程中。但目前市面上烧结金刚石铣刀主要用于来加工硬度高、耐 磨性强的陶瓷等工件，铣刀的胎体磨损速度较快，而金刚石的硬度相对玻璃大得多，胎体磨 损较快，容易导致金刚石过早出露，如此不仅使加工不稳定，影响加工质量，还缩短了烧结 金刚石铣刀的工作寿命。
[0004] 因此，针对玻璃研制强包镶能力的烧结金刚石铣刀及制作工艺，具有十分重要的 意义。
【发明内容】
[0005] 发明目的：本发明的第一目的是提供一种硬度高、耐磨性强的强包镶能力的烧结 金刚石铣刀胎体；
[0006] 本发明的第二目的是提供一种采用该强包镶能力的烧结金刚石铣刀胎体制备的 具有高加工稳定性、加工效率、加工质量及工作寿命的铣刀;本发明的第三目的是提供该铣 刀的制备方法。
[0007] 技术方案:本发明制备的强包镶能力的烧结金刚石铣刀胎体按重量份数包括如下 原料:Fe粉41~47份、Cu粉30~36份、Zn粉7~10份、Co粉5~8份、Ni粉4~8份及Mn粉3~6份。
[0008] 本发明以Fe和Cu为主要原料，添加少量的211、0)、附、111金属粉末进行合金化制备 的胎体，其对金刚石磨粒的包镶能力较强，提高了加工时的稳定性，延长了烧结金刚石铣刀 的工作寿命，优选的，Fe粉43~45份、Cu粉32~34份、Zn粉8~9份、Co粉6~7份、Ni粉5~6份 及Mn粉4~5份。
[0009] 本发明制备的铣刀，其包括由基体和金刚石烧结体组合而成的工作端，并在金刚 石烧结体上设有水口，同时该金刚石烧结体烧结金刚石铣刀胎体及金刚石混合而成，其中， 金钢石粒度为35/40~50/60、浓度为48~56%，工作端的工作层高度为5.7~6.3mm，壁厚为 2.3~2.7mm，直径为22~25mm。优选的，金刚石铣刀工作端的工作层高度可为5.9~6.1mm。
[0010] 进一步说，水口为圆孔形，而采用其他形状，如三角形、正方形或长方形等，一方面 不利于铣刀模具的制作，成型性差，另一方面易在边角处发生应力集中，从而影响铣刀的性 能;该水口有8个，水口数较多易导致工作层稳定性下降，较少则不利于排除细肩及冷却液 的流入，散热效果差;其直径为1.9~2.3mm，优选可为2.0~2.2mm。
[0011] 本发明制备强包镶能力的烧结金刚石铣刀的方法包括如下步骤：
[0012] (1)选用基体并根据待制备的强包镶能力的烧结金刚石铣刀的工作层高度、壁厚、 直径及水口，制备放置胎体的模具；
[0013] (2)配制胎体，并将其与金刚石混合，置于上述模具中，在烧结温度为620~640°C、 压强为14.5~14.8MPa条件下制成金刚石烧结体；
[0014] (3)将上述金刚石烧结体保温2.3~2.7min，冷却至室温后，将其固定于基体上，即 可制得强包镶能力的烧结金刚石铣刀。
[0015] 本发明通过控制烧结温度和烧结压强、保温时间，增强了胎体对金刚石的包镶能 力，使制得的金刚石铣刀对玻璃具有良好的加工效率和加工质量，优选的，烧结温度为628 ~632°C、烧结压强为14 · 6~14 · 7MPa、保温时间为2 · 4~2 · 6min。
[0016] 有益效果:与现有技术相比，本发明的显著优点为:首先，以Fe和Cu为主要原料，添 加少量的Zn、Co、Ni、Mn金属粉末进行合金化所制备的胎体，其硬度高、耐磨性强，胎体的磨 损速度小于金刚石磨粒的磨损速度，从而对金刚石磨粒的包镶能力较强，提高了加工时的 稳定性，改善了工件的表面加工质量，且该胎体的熔点低、烧结温度低，减少了高温对金刚 石质量的损害，延长了烧结金刚石铣刀的工作寿命，降低了加工成本;其次，采用该胎体制 备的铣刀，通过对其工艺参数的设定，使得其在对玻璃进行铣削时，增强了加工时的稳定 性，提高了加工效率及加工质量，增加了工作寿命;同时，在制备该铣刀时，通过控制烧结温 度和烧结压强、保温时间，以使胎体粉末很好地熔合并合金化，同时不会损害金刚石质量， 确保形成的胎体对金刚石的包镶能力较强，制得的金刚石铣刀对玻璃具有良好的加工效率 和加工质量。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明制备的铣刀的结构示意图；
[0018] 图2为本发明制备的强包镶能力的烧结金刚石铣刀的端面磨损图；
[0019] 图3为本发明制备的强包镶能力的烧结金刚石铣刀的侧壁磨损图。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
[0021] 本发明制备的强包镶能力的烧结金刚石铣刀胎体按重量份数包括如下原料:Fe粉 41~47份、Cu粉30~36份、Zn粉7~10份、Co粉5~8份、Ni粉4~8份及Mn粉3~6份。
[0022] 本发明采用铁为主要原料，其与金刚石有着较好的润湿性和附着能力，高温下能 与金刚石生成多种碳化物，对金刚石轻度刻蚀时不会损失金刚石强度，在一定程度上能够 增强金刚石在胎体中的把持力；同时加入主要原料铜，其与碳化物及骨架材料的相容性很 好，有助于提高胎体的成型性和可烧结性;此外，添加锌能够改善胎体的烧结性能，在铁基 胎体中能生成金属间化合物和复式碳化物，提高与金刚石的粘结强度，改善铁基胎体的磨 损性能和变形性;钴能够改善胎体的成型性，提高胎体的抗弯强度;镍能够增强胎体的耐磨 性和韧性，同时还能减少铁基胎体中锌的烧结流失锰具有脱氧的作用;锰与铜的相容性很 好，能够提尚胎体的耐磨性。
[0023]本发明采用的上述原料均可从市场上购买得到。本发明金刚石浓度采用400%浓 度制，即金刚石浓度为100 %时胎体中金刚石体积浓度为25 %。
[0024] 实施例1
[0025] 胎体原料为:纯Fe粉41份，纯Cu粉30份，纯Zn粉7份，纯Co粉8份，纯Ni粉8份，纯Mn粉 6份。
[0026] 如图1所示，本发明制备的强包镶能力的烧结金刚石铣刀，包括由基体1和金刚石 烧结体2组合而成的工作端，并在金刚石烧结体2上设有水口 3,同时该金刚石烧结体2由烧 结金刚石铣刀胎体及金刚石混合而成，其中，金钢石粒度为35/40、浓度为48%，工作端的工 作层高度为5.7mm，壁厚为2.3mm，铣刀直径为22mm，水口数为8个，水口为圆孔形，水口直径 为1·9mm〇
[0027] 铣刀制备方法包括:首先选择合适的金属基体，加工成所需的形状大小，并根据待 制备的强包镶能力的烧结金刚石铣刀的工作层高度、壁厚、直径及水口，制备放置胎体的模 具;其次，配制胎体，将金刚石与该胎体混合后装入石墨模具中，在烧结温度为620°C、压强 为14.5MPa条件下热压烧结，当混合料接近塑性状态时加压成型，烧结制成金刚石烧结体； 最后将该金刚石烧结体进行保温2.3min后，冷却至室温，待金刚石烧结体冷却后，将其钎焊 固定在金属基体上，即可。
[0028] 结合图2及图3可知，烧结金刚石钻头的金刚石存在着较多的完整晶形、局部微破 碎现象，说明胎体对金刚石的包镶能力较强，胎体的磨损速度与金刚石的磨损速度接近，具 有较好的加工性能，且制备的烧结金刚石铣刀，其胎体烧结性好，对金刚石的包镶能力强， 加工时的稳定性好，加工质量好。
[0029] 实施例2
[0030] 胎体原料为：纯Fe粉47份，纯Cu粉31份，纯Zn粉10份，纯Co粉5份，纯Ni粉4份，纯Mn 粉3份。
[0031] 铣刀的工艺参数为：工作层高度为6.3mm，壁厚为2.7mm，铣刀直径为25mm，水口数 为8个，水口成圆孔形，水口直径为2.3mm，金刚石粒度为50/60，金刚石浓度为56%。
[0032] 制作方法包括:首先选择合适的金属基体，并加工成所需的形状大小，并根据待制 备的强包镶能力的烧结金刚石铣刀的工作层高度、壁厚、直径及水口，制备放置胎体的模 具;其次，配制胎体，将金刚石与胎体混合后装入石墨模具中，在烧结温度为640°C、压强为 14.8MPa条件下热压烧结，当混合料接近塑性状态时加压成型，烧结制成金刚石烧结体;最 后将金刚石烧结体进行保温2.7min后，冷却至室温，待金刚石烧结体冷却后，将其钎焊固定 在金属基体上制成金刚石铣刀。
[0033] 本实施例制备的烧结金刚石铣刀，其胎体的成型性好，对金刚石的包镶能力强，加 工效率高，工作寿命长。
[0034] 实施例3
[0035]设计6组平行实验，基本步骤与实施例1相同，不同之处仅在于胎体的原料组分，分 别为：
[0036] 1、纯Fe粉40份、纯Cu粉37份、纯Zn粉6份、纯Co粉9份、纯Ni粉3份及纯Mn粉7份；
[0037] 2、纯Fe粉41份、纯Cu粉30份、纯Zn粉7份、纯Co粉8份、纯Ni粉8份及纯Mn粉6份；
[0038] 3、纯Fe粉43份、纯Cu粉34份、纯Zn粉8份、纯Co粉7份、纯Ni粉5份及纯Mn粉5份；
[0039] 4、纯Fe粉45份、纯Cu粉32份、纯Zn粉9份、纯Co粉6份、纯Ni粉6份及纯Mn粉4份；
[0040] 5、纯Fe粉47份、纯Cu粉36份、纯Zn粉10份、纯Co粉5份、纯Ni粉4份及纯Mn粉3份；
[0041 ] 6、纯Fe粉48份、纯Cu粉29份、纯Zn粉11份、纯Co粉4份、纯Ni粉9份及纯Mn粉2份。
[0042]将上述分别制得的铣刀进行性能检测，获得的实验结果如表1所示。
[0043]表1铣刀性能对照表
[0044]
[0045] 由表1可知，胎体原料组分的含量不同，制得的铣刀的性能存在差异。采用本发明 设定的胎体原料组分，即第2~5组，制得的强包镶能力的烧结金刚石铣刀的烧结性及耐磨 性强，且其工作寿命明显提高，其中以第3~4组为胎体原料组分制得的铣刀的综合性能最 佳。这是由于胎体成分间相互作用及对金刚石的作用随着胎体成分含量的变化而发生了改 变。
[0046] 实施例4
[0047] 设计6组平行实验，基本步骤与实施例1相同，不同之处仅在于工作端的工作层高 度，分别将上述制得的铣刀进行性能检测，获得的实验结果如表2所示。
[0048]表2铣刀性能对照表 [0049]
[0050]由表2可知，工作端的工作层高度不同，制得的铣刀的性能存在差异。采用本发明 设定的工作层高度，即5.7~6.3mm，制得的强包镶能力的烧结金刚石铣刀的稳定性强，且加 工质量及加工寿命明显提高，其中以工作层高度为5.9~6 . Imm制得的铣刀的综合性能最 佳。这是由于工作层高度较低，铣刀工作时稳定性较好，对工件的加工质量也会相应较好， 但由于铣刀的磨损，工作层高度较小时其工作寿命也会相应较小;但工作层高度较高时，铣 刀的稳定性和加工质量将会降低，虽然工作层高度较高，但由于加工的不稳定性，铣刀的工 作寿命也会降低。
[0051 ] 实施例5
[0052]设计6组平行实验，基本步骤与实施例1相同，不同之处仅在于铣刀壁厚，分别将上 述制得的铣刀进行性能检测，获得的实验结果如表3所示。
[0053]表3铣刀性能对照表
[0056] 由表3可知，铣刀壁厚不同，制得的铣刀的性能存在差异。采用本发明设定的壁厚， 即2.3~2.7mm，制得的强包镶能力的烧结金刚石铣刀的稳定性强，且加工质量及加工寿命 明显提高，其中以壁厚为2.4~2.6mm制得的铣刀的综合性能最佳。这是由于铣刀壁厚较小 时，其稳定性较差，也会影响加工质量使其相应降低，工作寿命一般较短;但当铣刀壁厚较 大时，其稳定性反而容易降低，加工质量降低，壁厚较大虽然有助于延长工作寿命，但由于 加工的不稳定性，工作寿命还是会相应降低些。
[0057] 实施例6
[0058] 设计6组平行实验，基本步骤与实施例1相同，不同之处仅在于铣刀直径，分别将上 述制得的铣刀进行性能检测，获得的实验结果如表4所示。
[0059]表4铣刀性能对照表
[0060]
[0061]由表4可知，铣刀直径不同，制得的铣刀的性能存在差异。采用本发明设定的铣刀 直径，即22~25mm，制得的强包镶能力的烧结金刚石铣刀的稳定性强且加工质量明显提高， 其中以铣刀直径为23~24mm制得的铣刀的综合性能最佳。这是由于铣刀直径较小时，其稳 定性较差，铣刀的加工质量也会因较差的稳定性而较差;铣刀直径增大有利于铣刀的稳定 性和加工质量，但过大反而会影响其稳定性和加工质量。
[0062] 实施例7
[0063]设计6组平行实验，基本步骤与实施例1相同，不同之处仅在于水口的直径，分别将 上述制得的铣刀进行性能检测，获得的实验结果如表5所示。
[0064]表5铣刀性能对照表
[0065]
[0066] 由表6可知，采用本发明设定的水口直径，即1.9~2.3mm，制得的强包镶能力的烧 结金刚石铣刀的综合性能较佳，其中，以水口直径为2~2.2mm制得的铣刀的综合性能最佳， 这是由于水口直径较大易导致工作层稳定性下降，而较小则不利于排除细肩及冷却液的流 入，其散热效果差。
[0067] 实施例8
[0068] 设计6组平行实验，基本步骤与实施例1相同，不同之处仅在于金刚石的浓度，分别 将上述制得的铣刀进行性能检测，获得的实验结果如表6所示。
[0069]表6铣刀性能对照表
[0070]
[0071] 由表6可知，金刚石浓度不同，制得的铣刀的性能存在差异。采用本发明设定的金 刚石浓度，即48%~568%，制得的强包镶能力的烧结金刚石铣刀的加工效率及加工质量明 显提高，其中以金刚石浓度为50%~56%制得的铣刀的综合性能最佳。这是由于较低的金 刚石浓度，铣刀工作时参与工作的金刚石颗粒较少，加工效率较低，加工质量也会相应较 差;而当金刚石浓度较高时，虽然参与工作的金刚石颗粒较多，但金刚石与胎体成分间的结 合能力较弱，胎体磨损太快，反而会影响铣刀的加工效率和加工质量。
[0072] 实施例9
[0073]设计6组平行实验，基本步骤与实施例1相同，不同之处仅在于烧结的温度，分别将 上述制得的铣刀进行性能检测，获得的实验结果如表7所示。
[0074]表7铣刀性能对照表
[0075]
[0076] 由表7可知，烧结温度不同，制得的铣刀的性能存在差异。采用本发明设定的烧结 温度，即620~640Γ，制得的强包镶能力的烧结金刚石铣刀的成型性强且加工效率及加工 寿命明显提高，其中，以烧结温度为628~632°C制得的铣刀的综合性能最佳。这是由于烧结 温度较低时，胎体的成型性得不到保证，从而影响加工效率及工作寿命;而当烧结温度过高 时，容易使金刚石的性能降低，成型性、加工效率及工作寿命会相应受到不利影响。
[0077] 实施例10
[0078] 设计6组平行实验，基本步骤与实施例1相同，不同之处仅在于烧结的压强，分别将 上述制得的铣刀进行性能检测，获得的实验结果如表8所示。
[0079]表8铣刀性能对照表
[0080]
[0081] 由表8可知，烧结压强不同，制得的铣刀的性能存在差异。采用本发明设定的烧结 压强，即14.5~14.8MPa，制得的强包镶能力的烧结金刚石铣刀的成型性强且加工效率及加 工寿命明显提高，其中，以烧结压强为14.6~14.7MPa制得的铣刀的综合性能最佳。这是由 于压强较小则会影响铣刀的成型性，材料结合不紧密;而压强较大易则影响铣刀的结构误 差。
[0082] 实施例11
[0083] 设计6组平行实验，基本步骤与实施例1相同，不同之处仅在于保温的时间，分别将 上述制得的铣刀进行性能检测，获得的实验结果如表9所示。
[0084]表9铣刀性能对照表
[0085]
[0086] 由表9可知，保温时间不同，制得的铣刀的性能存在差异。采用本发明设定的保温 时间，即2.3~2.7min，制得的强包镶能力的烧结金刚石铣刀的成型性强且加工效率及加工 寿命明显提高，其中，以保温时间为2.4~2.6min制得的铣刀的综合性能最佳。这是由于过 短的保温时间不利于胎体的成型性，加工效率低，工作寿命短;但过长的保温时间以对金刚 石的性能造成伤害，对铣刀的成型性、加工效率及工作寿命造成不利影响。
【主权项】
1. 一种强包镶能力的烧结金刚石铣刀胎体，其特征在于按重量份数包括如下原料:Fe 粉41~47份、Cu粉30~36份、Zn粉7~10份、Co粉5~8份、Ni粉4~8份及Mn粉3~6份。2. 根据权利要求1所述的强包镶能力的烧结金刚石铣刀胎体，其特征在于:所述Fe粉43 ~45份、Cu粉32~34份、Zn粉8~9份、Co粉6~7份、Ni粉5~6份及Mn粉4~5份。3. -种铣刀，其特征在于:包括由基体（1)和金刚石烧结体(2)组合而成的工作端，并在 金刚石烧结体(2)上设有水口（3)，同时该金刚石烧结体(2)由权利要求1或2所述的烧结金 刚石铣刀胎体及金刚石混合而成，其中，金钢石粒度为35/40~50/60、浓度为48~56%，工 作端的工作层高度为5.7~6.3mm，壁厚为2.3~2.7mm，直径为22~25mm。4. 根据权利要求3所述的铣刀，其特征在于:所述工作端的工作层高度为5.9~6.1mm。5. 根据权利要求3所述的铣刀，其特征在于:所述水口（3)有8个。6. 根据权利要求5所述的铣刀，其特征在于:所述水口（3)的直径为1.9~2.3mm。7. -种制备权利要求3至6任一项所述铣刀的方法，其特征在于包括如下步骤： (1) 选用基体并根据待制备的强包镶能力的烧结金刚石铣刀的工作层高度、壁厚、直径 及水口，制备放置胎体的模具； (2) 配制胎体，并将其与金刚石混合，置于上述模具中，在烧结温度为620~640°C、压强 为14.5~14.8MPa条件下制成金刚石烧结体； (3) 将上述金刚石烧结体保温2.3~2.7min，冷却至室温后，将其固定于基体上，即可制 得强包镶能力的烧结金刚石铣刀。8. 根据权利要求7所述的制备铣刀的方法，其特征在于：步骤（2)中，所述烧结温度为 628 ~632。。。9. 根据权利要求7所述的制备铣刀的方法，其特征在于：步骤（2)中，所述烧结压强为 14.6~14.7MPa〇10. 根据权利要求7所述的制备铣刀的方法，其特征在于:步骤(3)中，所述将金刚石烧 结体保温2.4~2.6min。
【文档编号】B22F7/06GK105921738SQ201610298406
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】高超, 吴国荣, 王生
【申请人】江苏科技大学