CN108994556A - 整体式多刃轮廓刀的加工方法 - Google Patents

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Abstract

一种整体式多刃轮廓刀的加工方法，包括：将刀柄胚件磨削为具有基轴制预设精度的基准刀柄；将PCD刀头胚件与基准刀柄定心对位装夹后真空焊接；以基准刀柄为基准将PCD刀头胚件磨削至预设精度；于PCD刀头胚件远离基准刀柄的一端经激光切割而逐一成型成环形分布的复数个切削刃及位于切削刃之间的排屑槽，从而得到整体式多刃轮廓刀，切削刃的刃宽为0.04～0.2mm，切削刃的刃口表面粗糙度Ra为0.1～0.4μm，排屑槽的深度为0.1～0.2mm。本发明提供了一种整体式多刃轮廓刀的加工方法得到的该整体式多刃轮廓刀具有一体成型的多刃结构，利于提高加工效率与使用寿命，并保证理想的加工质量，具有良好的经济效益而利于推广应用，尤其适合玻璃或陶瓷加工。

Description

整体式多刃轮廓刀的加工方法
技术领域
本发明属于切削刀具技术领域，具体地来说，是一种整体式多刃轮廓刀的加工方法。
背景技术
金刚石作为一种超硬刀具材料应用于切削加工已有数百年历史，但天然金刚石数量稀少、价格昂贵，难以满足大量应用的需要。聚晶金刚石(Polycrystalline diamond)是一种人造金刚石，用以替代天然金刚石(单晶)，突破了数量与价格的限制，使金刚石刀具的应用范围扩展到航空、航天、汽车、电子、石材等多个领域。
传统的聚晶金刚石刀具是将聚晶金刚石复合片刀尖焊接到硬质合金刀片或刀杆基体上而成。在多刃切削刀具应用中，需要将多个聚晶金刚石复合片刀尖分别焊接，受限于布局空间而容易造成焊接强度与精度不足，影响切削质量与使用寿命。同时，焊接结构需要特定的操作空间，在刃数迅速增加的应用要求中难以实现理想布局，无法适应高精度、长寿命的刀具发展趋势。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种整体式多刃轮廓刀的加工方法，用于加工整体式多刃轮廓刀，该整体式多刃轮廓刀具有一体成型的多刃结构，利于提高加工效率与使用寿命，并保证理想的加工质量，具有良好的经济效益而利于推广应用，尤其适合玻璃或陶瓷加工。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种整体式多刃轮廓刀的加工方法，包括：
将刀柄胚件磨削为具有基轴制预设精度的基准刀柄；
将PCD刀头胚件与所述基准刀柄定心对位装夹后真空焊接，焊接温度为600℃～700℃，焊接时间为2～3小时；
以所述基准刀柄为基准将所述PCD刀头胚件磨削至预设精度；
于所述PCD刀头胚件远离所述基准刀柄的一端经激光切割而逐一成型成环形分布的复数个切削刃及位于所述切削刃之间的排屑槽，从而得到整体式多刃轮廓刀，所述切削刃的刃宽为0.04～0.2mm，所述切削刃的刃口表面粗糙度Ra为0.1～0.4μm，所述排屑槽的深度为0.1～0.2mm。
作为上述技术方案的改进，所述PCD刀头胚件包括焊接基层与PCD层，所述PCD层烧结成型于所述焊接基层一端，所述焊接基层远离所述PCD层的一端真空焊接于所述基准刀柄上，所述切削刃一体成型于所述PCD层远离所述焊接基层的一端。
作为上述技术方案的进一步改进，所述焊接基层与所述刀柄胚件由同种材料分别制成。
作为上述技术方案的进一步改进，所述刀柄胚件的磨削方式为无心磨或外圆磨。
作为上述技术方案的进一步改进，所述PCD刀头胚件的磨削方式为外圆磨。
作为上述技术方案的进一步改进，所述PCD刀头与所述基准刀柄的焊接方式为真空钎焊，焊料为银钎焊料。
作为上述技术方案的进一步改进，所述切削刃的刃长为1～3mm。
作为上述技术方案的进一步改进，所述整体式多刃轮廓刀的螺旋角为35°～55°。
作为上述技术方案的进一步改进，所述切削刃的数量为37～42个并环形均布。
作为上述技术方案的进一步改进，所述基准刀柄与所述PCD刀头胚件的同轴度为0.002～0.01mm。
本发明的有益效果是：
以磨削获得具有基轴制预设精度的基准刀柄，并将PCD刀头胚件与基准刀柄定心对位后真空焊接，随即以基准刀柄为基准实现PCD刀头胚件的表面加工，最终于PCD刀头胚件远离基准刀柄的一端经激光切割而逐一成型成环形分布的复数个切削刃及位于切削刃之间的排屑槽，从而得到具有整体式结构的多刃轮廓刀，实现理想的多刃轮廓刀功能，保证较佳的加工效率、加工质量与使用寿命。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例1提供的整体式多刃轮廓刀的加工方法的流程示意图；
图2是应用本发明实施例1提供的整体式多刃轮廓刀的加工方法得到的整体式多刃轮廓刀的整体结构示意图；
图3是应用本发明实施例1提供的整体式多刃轮廓刀的加工方法得到的整体式多刃轮廓刀的局部放大示意图；
图4是应用本发明实施例1提供的整体式多刃轮廓刀的加工方法得到的整体式多刃轮廓刀的对剖结构示意图。
主要元件符号说明：
100-整体式多刃轮廓刀，110-基准刀柄，120-PCD刀头，121-焊接基层，122-PCD层，123-切削刃，124-排屑槽，125-中空冷却流道，126-银钎焊层。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对整体式多刃轮廓刀的加工方法进行更全面的描述。附图中给出了整体式多刃轮廓刀的加工方法的优选实施例。但是，整体式多刃轮廓刀的加工方法可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对整体式多刃轮廓刀的加工方法的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在整体式多刃轮廓刀的加工方法的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
请结合参阅图1～4本实施例公开一种整体式多刃轮廓刀的加工方法，用于加工整体式多刃轮廓刀100，该加工方法包括以下步骤：
步骤A：将刀柄胚件磨削为具有基轴制预设精度的基准刀柄110。示范性地，刀柄胚件为具有基本尺寸的圆柱体胚件，经磨削加工而获得所需的圆周精度。示范性地，刀柄胚件可由圆柱棒料切断而成。
经磨削加工后，刀柄胚件获得基轴制预设精度，其产物即为基准刀柄110。所谓基轴制预设精度，是指于基轴制下的预设精度。换言之，基准刀柄110为基准轴，其基本偏差为零。在后续的加工与使用中，基准刀柄110均可作为基准而提供装夹或加工参考。
刀柄胚件的磨削方式众多，示范性地，刀柄胚件的磨削方式可为无心磨或外圆磨。
无心磨不需要采用刀柄胚件的轴心进行定位，一般包括导轮与磨削轮，由导轮带动刀柄胚件旋转，由磨削轮对刀柄胚件起磨削作用。示范性地，无心磨可通过无心磨床实现。
外圆磨是将刀柄胚件于两端装夹后，使刀柄胚件低速旋转并与砂轮发生横向进给，从而实现磨削的加工方式。示范性地，外圆磨可通过外圆磨床实现。
步骤B：将PCD刀头胚件与基准刀柄110定心对位装夹后真空焊接，焊接温度为600℃～700℃，焊接时间为2～3小时。
换言之，于腔室内将基准刀柄110进行装夹，并以PCD刀头胚件与基准刀柄110进行定位对位，使二者装夹定位至可供焊接的状态。随即于腔室内实现真空，并于真空环境下对基准刀柄110与PCD刀头胚件进行焊接，使之形成一整体结构。其中，于600℃～700℃焊接温度下持续焊接2～3小时，可使基准刀柄110与PCD刀头胚件充分焊接到位，具有较佳的连接结构与强度。
示范性地，PCD刀头胚件为具有基本尺寸的圆柱体胚件。示范性地，PCD刀头胚件包括焊接基层121与PCD层122。焊接基层121远离PCD层122的一端焊接于基准刀柄110的端部，实现焊接固定；PCD层122由天然或人造金刚石粉末与粘接剂于高温(1000℃～2000℃)、高压(5～10万个大气压)下以焊接基层121为基底烧结而成。
基于同种材料相同的材料特性，焊接基层121与基准刀柄110对焊时形变量更为接近，焊接结构稳定性更为理想。示范性地，焊接基层121与基准刀柄110均由碳化钨基硬质合金制成。碳化钨基硬质合金是以碳化钨为硬质相和金属黏结相组成的烧结材料，进一步地，其中钴的质量百分比不超过12％。
PCD刀头120与基准刀柄110之间的焊接方式众多，常见地，焊接包括熔焊、压焊、钎焊等类型。示范性地，PCD刀头120与基准刀柄110的焊接方式为真空钎焊，焊料为银钎焊料。
其中，银钎焊料以银作为基体材料与其他合金结合而成。银钎焊料于焊接过程熔融而使PCD刀头120(例如其中的焊接基层121)与基准刀柄110实现连接，并于固化后形成银钎焊层126而使后二者固定。其中，真空钎焊是在真空环境下进行的钎焊，钎焊则指低于焊件熔点的焊料和焊件同时加热到焊料熔化温度后，利用液态钎料填充固态工件的缝隙使金属连接的焊接方法。
示范性地，基准刀柄110与PCD刀头胚件的同轴度为0.002～0.01mm，保证二者定位对位精确，从而确保焊接质量。同轴度，是指基准刀柄110的轴线与PCD刀头胚件的轴线之间的位置偏差。通过控制同轴度，即可实现具有圆柱轮廓的基准刀柄110与PCD刀头胚件之间的精确定位。
步骤C：以基准刀柄110为基准将PCD刀头胚件磨削至预设精度。换言之，以基准刀柄110为装夹基准对焊接后的胚件进行装夹，并以基准刀柄110为加工基准对PCD刀头胚件进行磨削，使之达至预设精度，以备进行下一步的开刃加工。
PCD刀头胚件的磨削方式众多，示范性地，其磨削方式为外圆磨。外圆磨的介绍见于前述文字记载，在此不再赘述。
步骤D：于PCD刀头胚件远离基准刀柄110的一端经激光切割而逐一成型成环形分布的复数个切削刃123及位于切削刃123之间的排屑槽124，从而得到整体式多刃轮廓刀100。经此加工过程，PCD刀头胚件成为PCD刀头120。可以理解，激光切割成型加工过程，仍然以基准刀柄110为装夹基准与加工基准。
其中，激光切割成型，是指以激光器激发的激光作用于PCD刀头胚件的指定位置，通过激光能量使指定位置的材料熔化而去除。随激光的路径移动，PCD刀头胚件上逐一形成复数个切削刃123与排屑槽124。可以理解，切削刃123的基本形状与刃口均由激光切割一次成型，具有理想的加工精度。
经过步骤A～D加工得到的整体式多刃轮廓刀100包括基准刀柄110与焊接于基准刀柄110上的PCD刀头120。PCD刀头120远离基准刀柄110的一端具有环形分布的复数个切削刃123，形成多刃结构。切削刃123一体成型于PCD刀头120上，与PCD刀头120形成整体式结构。
所谓一体成型，是指切削刃123与PCD刀头120属于一体结构，从而区别于传统的焊接结构。整体式多刃轮廓刀100的类型众多，示范性地，整体式多刃轮廓刀100为成型铣刀，用于对工件进行铣削而成型所需的轮廓。
其中，切削刃123的刃宽为0.04～0.2mm。刃宽是指切削刃123的刃口宽度，其处于前述理想范围，既保证切削刃123的强度充足，使之具有较佳的使用寿命，又保证较佳的切削效率。
其中，切削刃123的刃口表面粗糙度Ra为0.1～0.4μm。表面粗糙度(surfaceroughness)是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷的不平度，其值越小，则表明越光滑。在前述表面精度下，切削刃123的刃口光滑锋锐，使被切削的工件的表面精度得以保证。
其中，排屑槽124位于相邻的切削刃123之间，用于及时排出切削加工产生的切屑。在前述切削刃123自PCD刀头120的端面延伸至其周面上的情形中，排屑槽124一并自自PCD刀头120的端面延伸至其周面上。可以理解，排屑槽124贯通PCD刀头120的端部的内外表面，使切屑得以及时侧向排出。
排屑槽124的深度对切削刃123的强度与加工精度均有影响。在此，排屑槽124的深度为0.1～0.2mm，避免槽深过大而造成的切削刃123的强度的减损，亦避免槽深过小而造成的加工干涉，保证理想的结构强度与加工精度。
示范性地，切削刃123的刃长为1～3mm。刃长是指切削刃123的刃口长度，其处于前述理想范围，保证切削刃123的有效作用范围，使之具有理想的切削效率。示范性地，切削刃123自PCD刀头120的端面延伸至其周面上。
示范性地，PCD刀头120的螺旋角为35°～55°。具体而言，PCD刀头120的螺旋角即切削刃123的螺旋角，是指切削刃123的螺旋角度。可以理解，切削刃123于PCD刀头120的端部具有螺旋结构。在前述角度下，切削刃123的强度、锋利程度、切削力的大小与切屑流出速度均十分理想。
切削刃123的数量为复数个，对PCD刀头120的切削面积进行均分，使每一切削刃123的单刃切削深度与背吃刀量减小，从而减少切削刃123与工件之间的切削作用力而降低磨损，切削刃123得以获得较佳的使用寿命而工件得以获得较佳的表面质量。示范性地，切削刃123的数量为37～42个。在该数值下，切削刃123的分布关系与切削量均十分理想，进一步优化切削刃123的寿命与加工质量。
示范性地，整体式多刃轮廓刀100具有中空冷却流道125。中空冷却流道125用于通流冷却介质(如冷却气体、冷却液等)，以对切削刃123进行冷却，减少切削刃123的热损伤。其中，中空冷却流道125一端开口于复数个切削刃123的分布环中心。换言之，复数个切削刃123环布于中空冷却流道125的端部开口之外周侧。
在此一并提供整体式多刃轮廓刀100与焊片式PCD轮廓刀、硬质合金轮廓刀的三个具体对比实验。
在对比实验1中，整体式多刃轮廓刀100的刃数为37，切削刃123的刃宽为0.04mm，刃长为1mm，刃口表面粗糙度Ra为0.4μm，排屑槽124的深度为0.1mm，PCD刀头120的螺旋角为35°，其测试数据见于表1。
在对比实验2中，整体式多刃轮廓刀100的刃数为40，切削刃123的刃宽为0.12mm，刃长为2mm，刃口表面粗糙度Ra为0.2μm，排屑槽124的深度为0.15mm，PCD刀头120的螺旋角为45°，其测试数据见于表2。
在对比实验3中，整体式多刃轮廓刀100的刃数为42，切削刃123的刃宽为0.2mm，刃长为3mm，刃口表面粗糙度Ra为0.1μm，排屑槽124的深度为0.2mm，PCD刀头120的螺旋角为55°，其测试数据见于表3。
【表1】
【表2】
【表3】
在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种整体式多刃轮廓刀的加工方法，其特征在于，包括：
将刀柄胚件磨削为具有基轴制预设精度的基准刀柄；
将PCD刀头胚件与所述基准刀柄定心对位装夹后真空焊接，焊接温度为600℃～700℃，焊接时间为2～3小时；
以所述基准刀柄为基准将所述PCD刀头胚件磨削至预设精度；
于所述PCD刀头胚件远离所述基准刀柄的一端经激光切割而逐一成型成环形分布的复数个切削刃及位于所述切削刃之间的排屑槽，从而得到整体式多刃轮廓刀，所述切削刃的刃宽为0.04～0.2mm，所述切削刃的刃口表面粗糙度Ra为0.1～0.4μm，所述排屑槽的深度为0.1～0.2mm。
2.根据权利要求1所述的整体式多刃轮廓刀的加工方法，其特征在于，所述PCD刀头胚件包括焊接基层与PCD层，所述PCD层烧结成型于所述焊接基层一端，所述焊接基层远离所述PCD层的一端真空焊接于所述基准刀柄上，所述切削刃一体成型于所述PCD层远离所述焊接基层的一端。
3.根据权利要求2所述的整体式多刃轮廓刀的加工方法，其特征在于，所述焊接基层与所述刀柄胚件由同种材料分别制成。
4.根据权利要求1所述的整体式多刃轮廓刀的加工方法，其特征在于，所述刀柄胚件的磨削方式为无心磨或外圆磨。
5.根据权利要求1所述的整体式多刃轮廓刀的加工方法，其特征在于，所述PCD刀头胚件的磨削方式为外圆磨。
6.根据权利要求1所述的整体式多刃轮廓刀的加工方法，其特征在于，所述PCD刀头与所述基准刀柄的焊接方式为真空钎焊，焊料为银钎焊料。
7.根据权利要求1所述的整体式多刃轮廓刀的加工方法，其特征在于，所述切削刃的刃长为1～3mm。
8.根据权利要求1所述的整体式多刃轮廓刀的加工方法，其特征在于，所述整体式多刃轮廓刀的螺旋角为35°～55°。
9.根据权利要求1所述的整体式多刃轮廓刀的加工方法，其特征在于，所述切削刃的数量为37～42个并环形均布。
10.根据权利要求1所述的整体式多刃轮廓刀的加工方法，其特征在于，所述基准刀柄与所述PCD刀头胚件的同轴度为0.002～0.01mm。
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