一种金属陶瓷微细铣刀的制造方法及铣刀与流程

本发明涉及机械加工相关技术领域，具体的说，是涉及一种金属陶瓷微细铣刀的制造方法及铣刀。

背景技术：

微细铣削技术一般是采用小于的微铣刀在高速机床上对结构特征1mm以下的微小构件进行微米级去除的加工方法，是一种具有较高精度的三维微小零件制造技术。微铣刀不是传统铣刀整体形状和局部结构的简单等比例缩小，目前国内外已研制出了一系列的微铣刀，满足了微加工需求。

从微铣刀材质看，主要有高速钢、硬质合金、PCD和金刚石；前两者成形性能优良、韧性好，容易获得锋利的刃口，但耐磨性和尺寸精度保持性欠缺；后两者硬度高、可制出锋利耐磨刃口，但是成性性能差、结构制造性弱，且刃-体须单独制造后再连接、工艺复杂。而综合力学性能介于碳化钨与PCD之间的陶瓷却无用于制造微细铣刀的相关研究。

从加工对象看，高速钢和硬质合金微铣刀只能切削硬度低于其本身的工件材料，而众多的其他难加工材料始终是其努力逾越的屏障；PCD微铣刀虽刃口锋利，但由于材质成分特性的限制，无法摆脱只能加工有色金属的应用限制。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种金属陶瓷微细铣刀的制造方法。利用本方法可以制造出高性能的陶瓷微细铣刀，能够填补微细铣刀中基本没有以金属陶瓷材料制成的领域空白，并能够更大程度上满足多种类零件材料的微细加工。并具有陶瓷微细铣刀刃形精准、性能优良、成本低廉和工艺简单的优点。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种金属陶瓷微细铣刀的制造方法，主要步骤如下：

(1)将陶瓷复合粉体各组分称重,混合，真空干燥，冷压成饼坯；

(2)在热压真空烧结炉中进行烧结制备，获得大块棒坯；

(3)采用线切割方法制出小尺寸棒材；

(4)在超精密工具磨床上，采用金刚石砂轮对棒材的工作部进行开刃和修磨，实现铣刀的主切削刃、副切削刃、螺旋槽、前角和后角成型，从而制造出微细铣刀。

上述的方法中，优选的是，所述陶瓷复合粉体包括：85％～92％的Ti粉，≤10％的WC粉，≤6％的TaC粉，8％～12％的Ni和Co混合粉，≤4％的Mo粉。

上述的方法中，优选的是，所述步骤(1)中的具体过程包括：将Ti粉、WC粉、TaC粉、纳米Ni和Co混合粉和Mo粉装入球磨机中，进行球磨后干燥，并过筛，随后冷压成型。

上述的方法中，优选的是，所述步骤(2)中制备工艺过程包括：将冷压坯饼放入真空高温烧结炉内，抽真空，真空度达到0.1MPa时，开始加热并加压，至设定压力后保温，保温结束后自然冷却，制成金属陶瓷饼块。

上述的方法中，优选的是，所述步骤(3)中线切割加工的过程为：在线切割机床加工出规格为的金属陶瓷微细铣刀棒材。

上述的方法中，优选的是，所述步骤(4)中首先加工螺旋槽，螺旋槽的加工过程为：在超精密工具磨床上，使用拥有圆弧和折线组合曲线廓形、且厚度与微铣刀直径相匹配的金刚石砂轮，在轴向和径向方向进行材料螺旋槽磨削去除，以成型螺旋槽。

上述的方法中，优选的是，所述步骤(4)中加工主切削刃的过程包括：当加工完成螺旋槽后，螺旋槽与微细铣刀圆柱面的交线即为主切削刃。

上述的方法中，优选的是，所述步骤(4)中加工副切削刃的过程包括：在加工完螺旋槽之后，采用片状圆柱金刚石砂轮对微铣刀棒料端面上的螺旋槽轮廓进行修磨，使之与铣刀棒料轴线平行成-5°～+5°的夹角。

上述的方法中，优选的是，所述步骤(4)中加工前角和后角过程包括：在螺旋槽的加工过程中，通过修整金刚石砂轮的外圆轮廓、调整金刚石砂轮安装角度和螺旋槽角度，在主切削刃上形成0°～20°的径向前角以及0°～25°的周齿后角，而螺旋角等同于铣刀周齿上的轴向前角；

在上述副切削刃的加工过程中，调整片状圆柱金刚石砂轮与铣刀棒料轴线的夹角，在端齿上形成-5°～+5°的轴向前角，调整盘形金刚石砂轮的端面与铣刀径向剖面的夹角，形成5°～20°的端齿后角。

在提供上述结构方案的同时，本发明还提供了一种基于上述的方法所制造的金属陶瓷微细铣刀，该微铣刀的直径尺寸为

该维微细铣刀包括柄部、过渡锥部和切削部分；

过渡锥部联接柄部和切削部分；

其中，该微细铣刀的主切削刃为圆周螺旋刃，起到主要切削作用；副切削刃为端面刃，切削作用次于主切削刃；螺旋槽作用时排屑和容屑。

本发明的有益效果是：

(1)首先充分利用净尽热压成形烧结净的优点，制备出了具有高综合力学性能的陶瓷材质，为其能够成功制造出的微细铣刀提供有力的支撑。

(2)充分利用微细铣削微去除量产生的小切削力和低切削温度对铣刀用材的力学性能的特殊要求，保证了陶瓷制成微细铣刀的使用可行性。

(3)陶瓷的硬度要高于硬质合金和高速钢，刀具的刃口具有更强的锋利保持性，这对微细铣刀更为关注刃口性能来说是十分有利的。

(4)利用本方法制造出的陶瓷微细铣刀适用于高速微细铝合金、钛合金、不锈钢和模具钢，铣削效率和零件表面质量比硬质合金刀具提高1.5～2.0倍，且成本低，设备及工艺简单，易于产业化，填补了微细铣刀领域的空白。

附图说明

图1是本发明的中制造方法的流程图；

图2是本发明中铣刀的结构示意图；

图3是图2中A处的局部放大图；

图4是图3中B向视图；

图5是图3中C-C剖面视图

图6是依靠本发明的制造方法所制造出的金属陶瓷微细铣刀的实物图；

图7是图5的正视图；

图中：切削部分1，过渡锥部2，柄部3；

主切削刃4，螺旋槽5，副切削刃6，副后刀面7，前角8，后角9。

具体实施方式

下面将结合附图3对本发明进行详细说明。

实施例：一种金属陶瓷微细铣刀的制造方法，主要流程如图1所示，包括如下步骤：

(1)将陶瓷复合粉体各组分称重,混合，真空干燥，冷压成饼坯；

(2)在热压真空烧结炉中进行烧结制备，获得大块棒坯；

(3)采用线切割方法制出小尺寸棒材；

(4)在超精密工具磨床上，采用金刚石砂轮对棒材的工作部进行开刃和修磨，实现铣刀的主切削刃4、副切削刃6、螺旋槽5、前角8和后角9成型，从而制造出微细铣刀。

所述陶瓷复合粉体的材料具体组分为：85％～92％的超细Ti(C3N7)粉，≤10％的WC粉，≤6％的TaC粉，8％～12％的Ni和Co混合粉(例如Ni和Co粉均为4％)，≤4％的Mo粉。

所述步骤(1)中具体的过程包括：将超细Ti(C7N3)粉、超细WC粉体、超细TaC粉、纳米Ni和Co混合粉和Mo粉装入球磨机中，进行球磨后干燥，并过筛，随后冷压成型。

例如，可以混合粉末球磨10-30小时后干燥，用200目筛过筛；将过筛后的复合粉末置于石墨容器中封闭，在压力机上用30MPa压力将粉体冷压成直径的饼坯。

所述步骤(2)中制备工艺过程包括：将冷压坯饼放入真空高温烧结炉内，抽真空，真空度达到0.1MPa时，开始加热并加压，至设定压力后保温，保温结束后自然冷却，制成金属陶瓷饼块。

较佳的选择为，在30～50分钟内温度升至1450℃～1550℃、压力升至15MPa～30MPa下，保温30～50分钟，停止加热自然冷却，制备出金属陶瓷饼块。该金属陶瓷饼块的直径为优选

所述步骤(3)中线切割加工的过程包括：在线切割机床加工出规格为的金属陶瓷微细铣刀棒材。

加工过程中的工艺参数为：脉冲宽度36us、脉冲间隔8us、电流4A、电压90V、钼丝直径油冷。

所述步骤(4)中首先加工螺旋槽，其过程包括：在超精密工具磨床上，使用拥有圆弧和折线组合曲线廓形、且厚度与微铣刀直径相匹配的金刚石砂轮，在轴向和径向方向进行材料螺旋槽磨削去除，以形成微细铣刀螺旋槽。

磨削时砂轮与微铣刀棒料的轴线成20°～50°的夹角，通过微铣刀棒料的圆周转动速度和砂轮沿铣刀棒料轴向的进给，将螺旋槽角度控制在15°～50°，砂轮转速为3000～4000r/min，砂轮沿铣刀棒料轴向进给速率为5～15mm/min，铣刀棒料夹头转速根据设定的安装角、螺旋角和进给速率由机床自动匹配；并通过改变微细铣刀棒料的圆周转动方向与砂轮的安装方向，获得左旋或右旋的螺旋槽；螺旋槽的功能是，为微铣刀铣削工件材料提供容屑和排屑的通道。

所述步骤(4)中加工主切削刃(即周齿)的过程包括：在上述螺旋槽加工形成后，其与微细铣刀圆柱面的交线即为主切削刃。同时，通过调整砂轮安装角度，使之与微铣刀棒料形成一定夹角，该夹角范围一般为10°～60°，使得加工出具有15°～50°螺旋角的主切削刃。

所述步骤(4)中加工副切削刃(端齿)的过程包括：在加工完螺旋槽之后，采用片状圆柱金刚石砂轮对微铣刀棒料端面上的螺旋槽轮廓进行修磨，严格控制砂轮端平面，使之与铣刀棒料轴线平行成-5°～+5°微小角度夹角，并采用盘形砂轮对微铣刀前端面进行平面修磨。

片状圆柱砂轮和盘形砂轮的转速3000～4000r/min，进给速率10～20mm/min，两次修磨形成的交面就是铣刀的副切削刃(端齿)。

所述步骤(4)中加工前角和后角过程包括：在上述螺旋槽的加工过程中，通过修整金刚石砂轮的外圆轮廓、调整金刚石砂轮安装角度和螺旋槽角度，在主切削刃(周齿)上形成0°～20°的径向前角以及0°～25°的周齿后角，而螺旋角等同于铣刀周齿上的轴向前角；在上述副切削刃(端齿)的加工过程中，调整片状圆柱金刚石砂轮与铣刀棒料轴线的夹角，在端齿上形成-5°～+5°的轴向前角，调整盘形金刚石砂轮的端面与铣刀径向剖面的夹角，形成5°～20°的端齿后角。

如图2-5所示，在提供上述结构方案的同时，本发明还提供了一种基于上述方法所制造的金属陶瓷微细铣刀，该微铣刀的直径尺寸为其结构和刃形特点为：铣刀由包括柄部、过渡锥部和切削部分组成；

柄部作用时联接机床刀柄，切削部分其主要切削作用，过渡锥部联接柄部和切削部分。柄部直径不小于切削部分直径为切削部分的长度为其直径的1.5～2倍。

本实施例中的金属陶瓷微细铣刀，主切削刃为圆周螺旋刃，起到主要切削作用；副切削刃为端面刃，切削作用次于主切削刃；螺旋槽作用时排屑和容屑。

主要参数包括柄部直径φ3.0mm，刃部直径φ0.1～φ0.5mm，刃部长度为0.2～2.0mm，螺旋刃角度为15°～30°，主切削刃前角0°～20°、后角为0°～25°；副切削刃前角-5°～+5°，后角5°～20°。

作为较佳的选择，金属陶瓷微细铣刀的参数可为直径切削部分长度1.0mm，柄部直径螺旋角度30°，主切削刃的前角和后角分别为5°和12°，副切削刃的前角和后角分别为0°和20°。

依照本实施例所实际制造的刀具，可参考图6和图7。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，未予以详细说明和局部放大呈现的部分，为现有技术，在此不进行赘述。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。