CN109202144A - 一种多刃粗加工刀具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多刃粗加工刀具，包括刀柄及固定连接在所述刀柄头部的刀头，所述刀头包括由硬质合金所形成的硬质合金层及固定连接在所述硬质合金层上的聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层具有多条切削刃，所述刀柄由硬质合金形成。本发明由于聚晶金刚石层具有多条切削刃，使得该多刃粗加工刀具在进行切削工作时，每个切削刃的切削量较小，切削量小必将使得磨损得到控制，从而最终使得这类刀具的寿命变长。同时，具备多条切削刃的多刃粗加工刀具还能够减少材料的浪费、提高加工效率及确保工件的品质。
Description
技术领域
本发明涉及机械加工技术领域，具体涉及一种多刃粗加工刀具。
背景技术
金刚石刀具具备极高硬度和耐磨性、高热导率、低热膨胀系数、低摩 擦系数、与非铁金属亲和力小等特点，使其在高速切削中获得很高的加工 精度和加工效率，基于此金刚石刀具的使用越来越广泛。
金刚石刀具的加工特性是由金刚石的晶体结构所决定的，在金刚石晶 体中，每一个碳原子与四个相邻碳原子组成共价键，在空间上呈正四面体 结构，这种结构的碳原子间结合力极高，在宏观上表现出极高的硬度。
目前，金刚石刀具主要有单晶金刚石(MCD)刀具、聚晶金刚石(PCD) 刀具和金刚石涂层刀具。由于金刚石结构的特性，其性能的方向性很强， 单晶金刚石易沿其解理面裂开；聚晶金刚石由取向不一的细金刚石晶粒烧 结而成，表现为各相同性，不易沿其解理面裂开；金刚石涂层刀具，通过 控制沉积工艺，也可获得各向同性的金刚石涂层，所以不易沿其解理面裂 开。
另外，聚晶金刚石刀具和金刚石涂层刀具相比较，后者存在金刚石涂 层与硬质合金基底结合力弱、涂层与基底间热膨胀系数差别较大而产生内 应力等问题，金刚石涂层刀具在高速铣削时易发生涂层剥落，导致涂层失 效。至于前者虽然由于加入粘合剂，其硬度和耐磨性低于金刚石涂层刀具， 但其由于不存在金刚石涂层刀具严重的结合力问题，其使用较之前者更为 广泛。
针对聚晶金刚石刀具而言，其仍然具有高硬度的特点，因此现有技术 中这类刀具限于制造工艺等因素往往只具备单刃、双刃或者四刃，且无论 是单刃、双刃或者四刃，均采用焊片的方式，即将聚晶金刚石材料焊接到 刀刃上，该部分聚晶金刚石材料作为切削使用。这类聚晶金刚石刀具在加 工时，由于具有较少的刀刃，使得每个刀刃的切削量大，切削量大必将引 起较大的磨损，从而最终使得这类刀具的寿命较短，往往打磨十件～二十 件工件，就需要更换刀具，造成材料的浪费，同时由于刀刃较少，容易引 起加工后工件表面的粗糙度较大，造成工件品质低的问题。另外，较少的 刀刃必将使得加工效率受到限制。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明需要提供一种多刃粗加工刀具，该多刃粗加工刀具具有 较多的切削刃，以提高刀具的使用寿命、减少材料的浪费、提高加工效率 及确保工件的品质。
根据本发明实施例中的多刃粗加工刀具，包括刀柄及固定连接在所述 刀柄头部的刀头，所述刀头包括由硬质合金所形成的硬质合金层及固定连 接在所述硬质合金层上的聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层具有多条切削 刃，所述刀柄由硬质合金形成。
作为所述多刃粗加工刀具的进一步可选方案，所述硬质合金为碳化钨 基硬质合金。
作为所述多刃粗加工刀具的进一步可选方案，所述碳化钨基硬质合金 中的钴的质量百分比不超过12％，其晶粒度不超过0.4μm，硬度为HRA92～ 93。
作为所述多刃粗加工刀具的进一步可选方案，所述聚晶金刚石层以所 述硬质合金层为基底烧结而成。
作为所述多刃粗加工刀具的进一步可选方案，所述刀柄与所述硬质合 金层通过焊接实现固定连接。
作为所述多刃粗加工刀具的进一步可选方案，所述聚晶金刚石具有八 条切削刃。
作为所述多刃粗加工刀具的进一步可选方案，所述聚晶金刚石具有十 二条切削刃。
作为所述多刃粗加工刀具的进一步可选方案，所述切削刃的正面为倾 斜的平整面，所述切削刃的背面为较之所述正面更为倾斜的弧形面，一个 所述切削刃的背面与另一个相邻的切削刃的正面形成排屑槽。
作为所述多刃粗加工刀具的进一步可选方案，所述排屑槽的底部为平 整的光滑面。
作为所述多刃粗加工刀具的进一步可选方案，所述切削刃包括直线段 及倾斜段，所述直线段的外壁与所述刀柄的外壁平齐，所述倾斜段与所述 直线段相连，且朝向所述刀柄的轴向方向倾斜设置，所述排屑槽自所述刀 头的端部沿着所述倾斜段一直延伸到所述直线段的尾部，所述排屑槽包括 与所述倾斜段对应延伸设置的汇屑段及与所述直线段对应延伸设置的排屑 段。
本发明的有益效果：
依据以上实施例中的多刃粗加工刀具，由于聚晶金刚石层具有多条切 削刃，使得该多刃粗加工刀具在进行切削工作时，每个切削刃的切削量较 小，切削量小必将使得磨损得到控制，从而最终使得这类刀具的寿命变长。 同时，具备多条切削刃的多刃粗加工刀具还能够减少材料的浪费、提高加 工效率及确保工件的品质。
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示出了根据本发明实施所提供的多刃粗加工刀具的构成图；
图2示出了根据本发明实施例一所提供的一种多刃粗加工刀具的立体 图；
图3示出了图2中A局部的局部放大图；
图4示出了根据本发明实施例一所提供的一种多刃粗加工刀具的俯视 图；
图5示出了根据本发明实施例二所提供的一种多刃粗加工刀具的立体 图；
图6示出了图5中B局部的局部放大图；
图7示出了根据本发明实施例二所提供的一种多刃粗加工刀具的俯视 图；
图8示出了根据本发明实施所提供的一种多刃粗加工刀具的制造方法 流程图。
主要元件符号说明：
100-刀柄；200-刀头；210-硬质合金层；220-聚晶金刚石层；221-切削 刃；222-排屑槽；2211-正面；2212-背面；2213-直线段；2214-倾斜段；2221- 汇屑段；2222-排屑段。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其 中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功 能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发 明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、 “长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖 直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、 “径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置 关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装 置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解 为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或 暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第 一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在 本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的 限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连 接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可 拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相 连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元 件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况 理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上” 或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒 介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可 是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高 于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第 一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第 二特征。
请参考图1-7，本发明的实施方式中，提供了一种多刃粗加工刀具，该 多刃粗加工刀具用于对工件的粗加工。该多刃粗加工刀具包括刀柄100及 固定连接在刀柄100头部的刀头200，刀头200包括由硬质合金所形成的硬 质合金层210及固定连接在硬质合金层210上的聚晶金刚石层220，聚晶金 刚石层220具有多条切削刃221，刀柄100由硬质合金形成。
如此，由于由于聚晶金刚石层220具有多条切削刃221，使得该多刃粗 加工刀具在进行切削工作时，每个切削刃221的切削量较小，切削量小必 将使得磨损得到控制，从而最终使得这类刀具的寿命变长。同时，具备多 条切削刃221的多刃粗加工刀具还能够减少材料的浪费、提高加工效率及 确保工件的品质。
下面结合具体的实施例对本发明作进一步说明。
实施例一
本实施例一提供了一种多刃粗加工刀具，用于对工件进行粗加工。
请参考图1-4，该多刃粗加工刀具的聚晶金刚石层220具有八条切削刃 221。
在本实施例中，硬质合金层210及刀柄100所使用的硬质合金能够确 保整个刀具具有足够的强度，以保证刀具长期、稳定的使用。
硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系 列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保 持不变，在1000℃时仍有很高的硬度。硬质合金是指至少含有一种金属碳 化物组成的烧结复合材料。碳化钨，碳化钴，碳化铌、碳化钛，碳化钽是 钨钢的常见组份。碳化物组份(或相)的晶粒尺寸通常在0.2-10微米之间，碳 化物晶粒使用金属粘结剂结合在一起。粘结剂通常是指金属钴(Co)，但对一些特别的用途，镍(Ni)，铁(Fe)，或其它金属及合金也可使用。
在本实施例中，上述硬质合金选择碳化钨基硬质合金，并且碳化钨基 硬质合金中的钴的质量百分比不超过12％，其晶粒度不超过0.4μm，硬度 为HRA92-93。
可以知道的是，一般而言，钴含量相同时，碳化钨晶粒度越小，其硬 度越大、耐磨性越好，但是抗弯强度、韧性相对降低。另外，其他条件不 变时，钴含量越大，材料的韧性越好，但是硬度相对降低。因此具体如何 选择材料应当视情况而定。
例如，在某些实施例中，上述碳化钨基硬质合金中的钴的质量百分量 为12％，晶粒度为0.4μm，硬度为HRA92.5，密度14.10g/cm3，抗弯强度 4200N/mm2。下文中所涉及到的碳化钨基硬质合金均可以这种具体的碳化 钨基硬质合金为例进行参考。
当然，在其它实施例中，也可以选择其它类型的硬质合金。
在本实施例中，聚晶金刚石层220以硬质合金层210为基底烧结而成， 而刀柄100与硬质合金层210通过焊接实现固定连接。
当硬质合金选择前述碳化钨基硬质合金时，在进行焊接时，硬质合金 层210和刀柄100焊接是碳化钨基硬质合金与碳化钨基硬质合金的对焊， 形变量更为接近，焊接稳定性好。
请结合参考图2-3，在本实施例中，切削刃221的正面2211为倾斜的 平整面，切削刃221的背面2212为较之正面2211更为倾斜的弧形面，一 个切削刃221的背面2212与另一个相邻的切削刃221的正面2211形成排 屑槽222。
这样在进行切削工作时，切削刃221的正面2211作用到工件，保证切 削工作的顺利进行，而弧形的背面2212则为正面2211的切削工作提供强 有力的支撑，防止切削刃221受到挤压而变形，能够延长刀具的使用寿命。
另外，由弧形的背面2212与正面2211形成的排屑槽222可以加大排 屑槽222的容屑空间，为更为顺畅的排屑工作提供基础。
请继续参考图2-3，在本实施例中，排屑槽222的底部为平整的光滑面。
换言之，相邻两个切削刃221的相接处为平整的光滑面，此时当废屑 存在于排屑槽222内时，能够使得废屑沿着平整的光滑面排出。
当切削深度较浅时，切削刃221的端部作用到工件，此时切削刃221 在切削时，预留的排屑槽222足够大，废屑不会在排屑槽222内形成挤压， 因此不用担心排屑情况。
而当切削深度较深时，此时预留的排屑槽222的容积较小，废屑容易 在排屑槽222内积留，对排屑造成一定的困难。
对此，在某些实施例中，请参考图3，切削刃221可以包括直线段2213 及倾斜段2214，直线段2213的外壁与刀柄100的外壁平齐，倾斜段2214 与直线段2213相连，且朝向刀柄100的轴向方向倾斜设置，排屑槽222自 刀头200的端部沿着倾斜段2214一直延伸到直线段2213的尾部，排屑槽 222包括与倾斜段2214对应延伸设置的汇屑段2221及与直线段2213对应 延伸设置的排屑段2222。
由此，可以使得排屑槽222的端部，即排屑槽222对应于直线段2213 延伸的那一段，即排屑段2222，永远预留在外，能够保证在汇屑段2221中 的废屑从该排屑段2222中排出。
为了在聚晶金刚石层220上形成多条切削刃221，本实施例同时还提供 了一种多刃粗加工刀具的制造方法，请参考图8，该方法包括以下步骤：
S100、取硬质合金形成硬质合金层210；
S200、在硬质合金层210上烧结成型出聚晶金刚石层220；
S300、取硬质合金形成刀柄100；
S400、将刀柄100与硬质合金层210焊接在一起；及
S500、对聚晶金刚石层220进行电腐蚀加工以形成切削刃221。
如此，由于电腐蚀加工能够产生高度集中的脉冲放电能量，强大的放 电***力使聚晶金刚石层220的金属融化，部分金刚石石墨化和氧化，部 分金刚石脱落，从而能够获得更多数量的切削刃221，工艺性好、效率高。
另外，通过电腐蚀加工还可以使得切削刃221具备复杂的轮廓外形。
需要说明的是，上述步骤S500是通过电火花腐蚀机来完成的，该电火 花腐蚀机进一步可选择孚尔默QXD250。
在利用孚尔默QXD250进行电腐蚀加工可以参考下述步骤：
S510、磨削聚晶金刚石层220的外圆直径；
S520、用成型电极加工出切削刃221的轮廓；
S530、开排屑槽222，直至切削刃221具有预定刃宽；及
S540、加工中心避空。
前述步骤S540主要起到减震，避空的作用，其具体可通过激光加工的 方式在各个切削刃221所围成的中心位置即刀头200的中心处打一小孔。
在某些实施方式中，为了提高前述步骤S400中的刀柄100与硬质合金 层210的焊接效果，在步骤S300与步骤S400之间还可以包括步骤S350。 此时，上述制造方法可以为：
S100、取硬质合金形成硬质合金层210；
S200、在硬质合金层210上烧结成型出聚晶金刚石层220；
S300、取硬质合金形成刀柄100；
S350、对刀柄100及硬质合金层210的焊接面打磨抛光；
S400、将刀柄100与硬质合金层210焊接在一起；
S500、对聚晶金刚石层220进行电腐蚀加工以形成切削刃221。
为了确保打磨抛光效果，打磨抛光可通过平面磨床来实现，并确保焊 接面的粗糙度不超过Ra0.4。
进一步的，步骤S400可参考下述步骤进行：
S410、在刀柄100及硬质合金层210的焊接面上涂覆焊接膏；
S420、采用焊接夹具对刀柄100及硬质合金层210进行固定；
S430、将刀柄100及硬质合金层210至于真空焊接炉中进行真空焊； 及
S440、冷却。
需要说明的是，上述步骤S430中的真空焊接的焊接温度为600℃～ 700℃，焊接时长为2～3个小时。步骤S440中的冷却采用自然空冷方式即 可。
至此，通过上述制造方法的实施即可使得聚晶金刚石层220具有更多 数量的切削刃221，并同时能够使得切削刃221具备更为复杂的轮廓，使其 能够加工更多复杂的工件。
另外，需要指出的是，在采用上述制造方法时，需要注意切削刃221 的各个参数，例如螺旋角、刃槽前角、刃槽长度、槽深、前角测量深度及 刃宽等。
对于本发明实施方式中的多刃粗加工刀具而言，螺旋角可选择15～30 度，刃槽前角可选择7～13度，刃槽长度可选择3～7毫米，槽深可选择1～ 2毫米，前角测量深度可选择0.2～1毫米，刃宽可选择0.05～1毫米。
当然，在实际进行这些参数调节时，可以根据实际现场加工的情况等 来调节和确定这些参数的具体数值。
实施例二
本实施例二提供了一种多刃粗加工刀具，用于对工件进行粗加工。
请参考图5-7，该多刃粗加工刀具的聚晶金刚石层220具有十二条切削 刃221。
与实施例一相比，本实施例具备更多的切削刃221，此时本实施例二中 的多刃粗加工刀具具有比实施例一中的多刃粗加工刀具更好的效果。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示 例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述 的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例 中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施 例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或 多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下， 本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实 施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实 施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在 本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种多刃粗加工刀具，包括刀柄及固定连接在所述刀柄头部的刀头，其特征在于，所述刀头包括由硬质合金所形成的硬质合金层及固定连接在所述硬质合金层上的聚晶金刚石层，所述聚晶金刚石层具有多条切削刃，所述刀柄由硬质合金形成。
2.如权利要求1所述的多刃粗加工刀具，其特征在于，所述硬质合金为碳化钨基硬质合金。
3.如权利要求2所述的多刃粗加工刀具，其特征在于，所述碳化钨基硬质合金中的钴的质量百分比不超过12％，其晶粒度不超过0.4μm，硬度为HRA92～93。
4.如权利要求1所述的多刃粗加工刀具，其特征在于，所述聚晶金刚石层以所述硬质合金层为基底烧结而成。
5.如权利要求1所述的多刃粗加工刀具，其特征在于，所述刀柄与所述硬质合金层通过焊接实现固定连接。
6.如权利要求1所述的多刃粗加工刀具，其特征在于，所述聚晶金刚石具有八条切削刃。
7.如权利要求1所述的多刃粗加工刀具，其特征在于，所述聚晶金刚石具有十二条切削刃。
8.如权利要求5或6所述的多刃粗加工刀具，其特征在于，所述切削刃的正面为倾斜的平整面，所述切削刃的背面为较之所述正面更为倾斜的弧形面，一个所述切削刃的背面与另一个相邻的切削刃的正面形成排屑槽。
9.如权利要求8所述的多刃粗加工刀具，其特征在于，所述排屑槽的底部为平整的光滑面。
10.如权利要求8所述的多刃粗加工刀具，其特征在于，所述切削刃包括直线段及倾斜段，所述直线段的外壁与所述刀柄的外壁平齐，所述倾斜段与所述直线段相连，且朝向所述刀柄的轴向方向倾斜设置，所述排屑槽自所述刀头的端部沿着所述倾斜段一直延伸到所述直线段的尾部，所述排屑槽包括与所述倾斜段对应延伸设置的汇屑段及与所述直线段对应延伸设置的排屑段。
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