一种高寿命pcd刀具的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及超硬材料加工领域，特别是涉及一种高寿命PCD刀具制备方法。
【背景技术】
[0002]聚晶金刚石(POT)自1972年问世后，由于继承了金刚石的高硬度与耐磨性，使得PCD刀具在加工各种有色金属和非金属材料时能够获得高的生产效率；同时，因其硬质合金基底与一般金属之间良好的焊接性能，使得刀具的抗弯强度得以大幅度提升。
[0003]PCD刀具的加工优势主要在于:更高的材料切削，提高了生产周期；每班能加工更多的零件。与传统的切削刀具相比，切削速度、进给速度显著加快。同时，工件表面质量大大提高、尺寸控制卓越、表面精度一致、废品率低以及刀具寿命长等特点。
[0004]PCD刀具根据刀片的不同牌号，应用于不同的加工场合。例如，GE公司1600牌号的刀片适合加工要求高表面光洁的铝、铜、贵重金属、合成木材等；GE公司1800牌号的刀片具有双峰式晶体，适用于极严苛的加工，如玻璃纤维、高密纤维板、叠层地板等。然而，现阶段出现一些复杂的轮廓凸曲面类的工件，例如，手机铝制外壳的边缘轮廓、汽车成型铝制零件等。这就需要一些具有凹曲面特征的PCD刀具，这就给PCD刀具的加工带来了困难。
[0005]POT刀具的材料、形状、几何角度、制造工艺决定着刀具的切削性能。其中，制造工艺的好坏直接影响刀具的使用寿命。聚晶金刚石、单晶金刚石都属于超硬材料，因此，采用传统的挤压式切削无法实现刀具的功能，更谈不上能够满足耐热性、耐磨性、抗冲击韧性等性能指标。现阶段，国内外对于PCD的加工手段主要有磨削加工、电火花腐蚀加工、激光加工、化学加工等。磨削加工的优点是后刀面能够形成一定的微观凹槽，可有效储存切削液体，提高刀具的使用寿命。缺点是刃磨时间长，加工工时长；其次，由于砂轮尖点加工PCD的局限性，无法加工内凹形复杂轮廓。
[0006]电腐蚀加工表面的金刚石层其表层碳主要以非晶态形式存在，非晶态与晶态相比，有较好的力学性能，但是，由于电火花是一种高温放电的加工方式，使得聚晶金刚石表层存在明显石墨化现象，因此，电腐蚀加工方法适用于内凹形复杂轮廓的粗加工。
[0007]激光加工过程是一种光热反应过程。由于激光加工属非接触加工，刀具的加工变形及热变形小，加工速度快、效率高，因此可以胜任对PCD刀具的切削刃、后刀面以及融肩槽的精加工。但由于激光仍属于热加工，加工表面仍存在微石墨化层，因此，激光加工也存在着去除石墨层的后处理工艺。
[0008]P⑶刀具的钴含量直接影响刀具的使用寿命，其均匀的分布于金刚石之间可起到提高强度的作用，但是一些无规律分布的钴会提高PCD刀具的残余应力，降低使用寿命。并且pCD刀具的寿命也与金属钴的含量有关，钴含量越高，其受热影响越严重；钴含量越低，其韧性越差。
[0009]因此，传统的刀具制备工艺已经无法满足内凹形复杂轮廓pro刀具的使用性能及寿命的要求，迫切需要一种新的制备工艺技术来进行内凹形复杂轮廓PCD刀具的加工，减少加工时间，降低加工后刃口的崩缺，增加刀具的使用寿命。
【发明内容】
[0010]本发明主要解决的技术问题是提供一种高寿命PCD刀具的制备方法，能够减弱了PCD刀具前刀面的氧化效应的产生，同时刃口的崩刃尺寸控制在2微米以内，刃口处Co、W元素均匀分布。后刀面的Co、W元素随层厚的增加也较为均匀。采用Ag、Cu、Cd焊料降低了焊接温度，减少了 PCD刀具石墨化的倾向，增加了刀具的使用寿命。
[0011]为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是:提供一种内凹形复杂轮廓PCD刀具及其超精密高效制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
1)PCD复合片切割:利用线切割的方法分别将16P及12P的PCD复合片切割成若干块PCD刀片；
2)刀片焊接:将PCD刀片焊接在刀具基体上，得到PCD刀具；
3)PCD刀具的精密激光加工:按照内凹型复杂轮廓刀具刃口的设计要求，利用激光切割装置对P⑶刀具进行激光切割处理；其中，切深0.07-0.5mm，切宽0.02-0.07mm，焦距位置为0mm，入射角为5~10°，脉宽为0.8微秒，频率为1538~3125HZ，激光功率为25~70W ；
4)PCD层脱钴处理:采用分散体涂层的方法，在除聚晶金刚石层以外的部分的外表面喷涂特氟龙。将涂层后的PCD刀具放入去钴溶液中，在一定温度下，均匀搅拌去钴溶液，反应一定的时间；然后取出PCD刀具。
[0012]作为优选，在步骤2)中，焊接前将P⑶刀片放在真空焊接炉中450°保温处理30mino
[0013]作为优选，在步骤2)中，焊接中将P⑶刀片放在真空焊接炉中700°，焊接时间为5min0
[0014]作为优选，在步骤3)中，激光加工参数为以下参数组合中的一种:
参数组合1:第一后角开粗:切深0.3mm，上切宽0.07mm,下切宽0.06mm,焦距位置为0mm，入射角为10°，脉宽为0.8微秒，频率为100000/45HZ，激光功率为67W。第一后角精加工:切深0.5mm，上切宽0.04臟，下切宽0.04臟，焦距位置为0mm，入射角为10°，脉宽为0.8微秒，频率为100000/32HZ，激光功率为70W。切削刃及第一后角超精加工:切深0.25mm,上切宽0.04mm，下切宽0.04mm，焦距位置为0mm，入射角为5°，脉宽为0.8微秒，频率为76923/50HZ，激光功率为27W。抛光处理:切深0.07mm，上切宽0.02mm，下切宽0.02mm，焦距位置为0mm，入射角为5°，脉宽为0.8微秒，频率为100000/40HZ，激光功率为25W。
[0015]参数组合2:第一后角开粗:切深0.3mm，上切宽0.07mm，下切宽0.06mm，焦距位置为0mm，入射角为6°，脉宽为2.4微秒，频率为37037/50瓜，激光功率为67￥。第一后角精加工:切深0.5mm，上切宽0.04臟，下切宽0.04臟，焦距位置为0mm，入射角为10°，脉宽为
0.8微秒，频率为100000/32HZ，激光功率为70W。切削刃及第一后角超精加工:切深0.3mm,上切宽0.02mm，下切宽0.02mm，焦距位置为0mm，入射角为4°，脉宽为2.4微秒，频率为35714/50HZ，激光功率为27W。抛光处理:切深0.07mm，上切宽0.02mm，下切宽0.02mm，焦距位置为0mm，入射角为5°，脉宽为0.8微秒，频率为37037/50HZ，激光功率为25W。
[0016]作为优选，在步骤4)中，所述去钴溶液为:浓硫酸、硝酸、磷酸各按照20 at%,以纯净水做溶剂的溶液中，反映温度设置为90°，均匀搅拌去钴溶液，反应3小时。
[0017]作为优选，在步骤I)中，所述PCD复合片分别为16P和12P材料，16P材料中金刚石的颗粒度为4微米，金刚石的体积含量为90%，PCD复合片中PCD厚度0.6mm ; 12P材料中金刚石的颗粒度为2微米，金刚石的体积含量为92%，POT复合片中POT厚度0.55mm。
[0018]作为优选，在步骤2)中，所述刀具基体为WC/Co硬质合金。
[0019]作为优选，在步骤1)中，所切割成的刀片具有内凹型的曲面轮廓。
[0020]本发明的有益效果是:本发明优选了激光加工参数，提高了 PCD成形刀具后刀面的表面质量，有效控制了刃口的崩刃数量以及尺寸，提高了 PCD成形刀具的性价比。刃口崩刃尺寸可控制在2微米以内，齿形轮廓一致性好。本发明减弱了 PCD刀具前刀面的氧化效应的产生，同时刃口的崩刃尺寸控制在2微米以内，刃口处Co、W元素均匀分布。后刀面的Co、W元素随层厚的增加也较为均匀。采用Ag、Cu、Cd焊料降低了焊接温度，减少了 POT刀具石墨化的倾向，增加了刀具的使用寿命。利用此种方法制备出的成型PCD刀具可以连续切削2500件铝制手机外壳成型曲面，切后工件表面粗糙度保持性好，在Ra0.02微米左右。
【具体实施方式】
[0021]下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0022]本发明的激光加工工艺，包括如下步骤:利用Auto CAD软件进行绘图，以DXF格式保存，系统能自动识别DXF文件并导入加工设置系统中；然后设定探针的位置以及行进的方式；设定轴向第一后角角度5°，径向第一后角角度7.5° ;设置刀具加工参数；将内凹形PCD刀具安装在刀柄上，安装好工件后，按照事先设计的探针路线，探测PCD刀片的位置以及角度；按照程序参数约定，对PCD刀具进行激光加工。加工完成后，取下刀具送质检室进行质量检验。
[0023]下面，结合【具体实施方式】，对本发明做进一步描述:
实施例1:
一种内凹形复杂轮廓POT刀具及其超精密高效制备方法，包括以下步骤:
1)将一整块直径58mm的1.6-16P复合片，利用线切割慢走丝的方式进行切割，按照要求切成若干块P⑶刀片。1.6-12P也做同样处理。
[0024]2)刀片焊接:手持POT复合片，用绿色碳化硅砂轮磨削。然后，对复合片进行倒角，用锉刀沿着焊料的放置方向锉削PCD复合片，将复合片放入丙酮溶液，在超声波清洗器中清洗，晾干备用。将刀具基体也做同样处理。先将低温焊剂涂在刀具刀槽内，然后放置PCD复合片。然后将刀具放入真空焊接机中，控