超硬材料切削部件及其制造方法和用途与流程

本发明涉及一种用于制造切削工具的部件，尤其涉及一种切削部件，由超硬材料制成，用于加工成切削工具的刃部。

背景技术：

刀具行业大量使用呈圆盘状的人造聚晶金刚石复合片和人造立方氮化硼复合片等超硬材料(参见图1)，将其加工成刀具的刃部。传统工艺是将原盘切割成所需要的形状(参见图2)并烧焊(如：真空烧焊或高频烧焊等方法)到刀具基体(如：硬质合金材和钢材等)上(参见图3)。

这些复合片只能贴附于平面上(参见图3)，不能应用于螺旋形刀具上，以此制成的刀具的切削前角小不够锋利。对此，行业内采用刃倾角设计，但前角角度只能＜15度(而螺旋刀具前角一般在30以上)，导致刀具刚性不良；或者采用多段刃以模仿螺旋角(参见图9)，但制造工艺极其复杂，成本也高。

其次，由于采用圆盘状的超硬材料，其利用率有限，会产生大量边角料，致使材料的浪费。对此，刀具制造行业通过不断生产大直径圆盘，实现生产成本和价格的降低。

此外，当刀具需要以金属陶瓷、金刚石和立方氮化硼等超硬材料为刃部时，小直径刀具无法直接应用上述材料制造，只能通过涂层方法在已制成的小直径刀具上形成涂层，即在硬质合金制成的刃口上形成金属陶瓷涂层、金刚石涂层或立方氮化硼涂层都是现有技术。但这些涂层都有普通存在缺陷，如：涂层自身厚度约有0.002mm～0.01mm，这使得刀具刃部半径不得不增大0.004mm～0.02mm，对精密切削而言，切削半径的增大会大大提高切削阻力，不仅会降低被加工表面质量、而且会降低刀具寿命或直接折断；再如：涂层与刀刃的结合力不佳，特别是金刚石涂层和立方氮化硼涂层，尚没有成熟的大批量商业应用；以及涂层刀具的成本显著增加。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于提供一种超硬材料切削部件，以缩短螺旋形刀具的制造时间，降低制造成本。

本发明的另一个目的在于提供一种超硬材料切削部件的制造方法，以实现螺旋形切削部件的制造。

本发明的再一个目的在于提供一种刀具，其以螺旋形的超硬材料为切削刃部，提高刀具寿命和加工效率。

本发明的又一目的在于提供一种超硬材料切削部件在刀具制造中的应用。

本发明提供的一种超硬材料切削部件，包括

第一曲面和第二曲面，第一曲面的投影沿着第一圆，第二曲面的投影沿着第二圆，第一圆和第二圆系同心圆；

第三面，系螺旋形面，还同时与第一曲面和第二曲面相交。

超硬材料如：金属陶瓷、金刚石(尤其是人造聚晶金刚石)和立方氮化硼，或者硬质合金与金属陶瓷、金刚石和立方氮化硼之一种或几种的形成的复合材料。

以过第一圆圆心的轴线为参照，切削部件厚度为0.3mm～15mm，切削部件径向宽度在0.3mm～15mm，轴向长度为0.8mm～150mm。

切削部件的第三面的螺旋角度为5度～75度。

为了制取本发明的各种超硬材料切削部件，本发明还提供的一种制造方法，包括：

将超硬材料制成具有圆柱形外立面的坯料(如：管状、圆柱形、圆锥形和圆饼状)，切割工具沿坯料的轴向切割，同时还根据5度～75度的螺旋角度进行回转运动，从而产生一条螺旋形曲线的切割轨迹，并产生至少2件切削部件，因切割而至少在1件切削部件上形成1个螺旋形曲线的扫掠面；

制得的切削部件至少具有1个扫掠面和两个圆弧面，各个所述的圆弧面互相平行，所述的扫掠面分别与两个圆弧面相交，相交处所成的交线为螺旋形曲线。

通过高频焊接或真空焊接等方式将获得的螺旋形切削部件固定到预先开槽的刀具基体上，以此加工成刀具。基体所用的材料是钢、硬质合金或钨合金。

钨合金含有铁、铜和镍之一或几种金属，具体为：钨铁合金、钨铜合金和钨镍合金等高比重高密度钨合金。这些钨合金还含有铬、锰和钴等一种或几种金属，但不为刀具行业中用于加工刃部的硬质合金。

再对固定了螺旋形刀片(即制得的切削部件)的基体以常见的修磨方法形成各刃部的前刀面和后刀面，制成刀具。

本发明技术方案实现的有益效果：

使用本发明提供的超硬材料切削部件能使得刀具的寿命得到显著增加，使用效果得到很大提高，比如：采用采用螺旋形金属陶瓷刀片的刀具进行铝合金加工，可以在降低20％刀具成本的前提下，获得和直刃pcd刀具近似的表面加工质量和使用寿命；采用螺旋形金刚石刀片的刀具进行复合纤维材料加工，可以获得涂层金刚石刀具约4倍的寿命和3倍的加工效率。

附图说明

图1为圆盘状超硬材料复合片的示意图；

图2为从圆盘状超硬材料复合片上获取所需要形状的贴片的示意图；

图3为将所获得的贴片结合到刀具基体上的示意图；

图4为制取胚料所用超硬材料一实施例的示意图；

图5为以超硬材料制取的胚料一实施例的示意图；

图6为制取切削部件所用胚料一实施例的示意图；

图7为以胚料制取切削部件一实施例的示意图；

图8为将切削部件固定于基体制成的刀具一实施例的示意图；

图9为采用多段刃以模仿螺旋角刀具的示意图。

具体实施方式

以下结合附图详细描述本发明的技术方案。本发明实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

如图4所示，采用烧结压铸、磨削、激光或线切割的方法将硬质材料制成坯料，如：制成圆柱形或者制成圆锥(制成具有锥度的切削部件用于锥度刀具)。

在圆柱形硬质材料上加工并获得若干具有圆柱形外立面的同心圆筒100(参见图5)。取得一个同心圆筒坯料(参见图6)，采用激光或砂轮磨削的加工方法，沿其轴向切割，同时还根据5度～75度的螺旋角度进行回转运动，从而产生一条螺旋形曲线的切割轨迹，而至少在1件切削部件110上形成1个螺旋形曲线的扫掠面。扫掠面分别与圆筒坯料的两个圆弧面相交，相交处所成的交线为螺旋形曲线。扫掠面的获得可以通过直线轴和回转轴联动加工的方式获得，如：5轴联动激光机床。

将获得的具有螺旋形面的切削部件通过高频焊接或真空焊接等方式固定到预先开槽的刀具基体200上，基体材料为钢、硬质合金或钨合金(其上还可以设置内冷却孔)。

再对烧焊了螺旋形刀片的刀具进行正常的各刃部的前刀面、后刀面的修磨形成用于切削加工的刀具(参见图7)。

与直刃金刚石刀具相比，螺旋刃金刚石刀具的工作前角大约增加了10°～30°，这大约可以减少10％以上的切削力，由此可以提高被加工表面质量，减少主轴负载并延长刀具寿命。通过实际测试发现，采用螺旋形金属陶瓷刀片的刀具进行铝合金加工，可以在降低20％刀具成本的前提下，获得和直刃pcd刀具近似的表面加工质量和使用寿命；采用螺旋形金刚石刀片的刀具进行复合纤维材料加工，可以获得涂层金刚石刀具约4倍的寿命和3倍的加工效率。

技术特征：

技术总结
一种超硬材料切削部件，包括第一曲面和第二曲面，第一曲面的投影沿着第一圆，第二曲面的投影沿着第二圆，所述的第一圆和所述的第二圆系同心圆；第三面系螺旋形面，还同时与所述的第一曲面和所述的第二曲面相交。本发明的超硬材料切削部件用于刀具的刃部，能使得刀具的寿命得到显著增加，加工效果得到很大提高。

技术研发人员：孙思叡
受保护的技术使用者：上海精韧激光科技有限公司
技术研发日：2017.09.30
技术公布日：2018.02.16