一种超硬材料滚花刀的加工方法技术

本发明专利技术公开了一种超硬材料滚花刀的加工方法，属于滚花刀具技术领域，超硬材料粉末与粘结剂粉末经烧结形成的烧结层沿中空硬质合金圆柱形基体的径向分为内层和外层，加工步骤包括原料准备、模具组装、烧结和成品加工，运用该方法制备的超硬材料滚花刀具有硬度高、耐磨性能好、热导率高、摩擦系数小、线膨胀系数小、化学稳定性高的性能特点，在高速、腐蚀性强的条件下也能高精度、长寿命地加工。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于滚花刀具
，具体涉及一种超硬材料滚花刀的加工方法。
技术介绍
目前，通常使用滚花刀在工件表面滚压花纹，常规的滚花刀材质主要为高速钢、粉末冶金、硬质合金等，对于普通工件表面及硬度较高的难加工材料工件表面长时间使用后磨损严重，更换频繁，影响工件表面加工精度，无形中增加了生产企业的生产成本；同时，常规的滚花刀无法在高腐蚀性的场合使用，影响其使用范围。公布号为CN104057094A的专利技术专利公开了一种多层梯度功能性金刚石复合烧结体，在最外层的金刚石烧结体与硬质合金基体之间设置多个中间层的结构中，中间层包括金刚石粒子、cBN粒子和金属粘结剂，但其所属金刚石钻头
，所解决的技术问题是因原材料与硬质合金基体附着性、刀片前端部分的韧性不足导致的PCD刀片破损等问题，与本专利技术的所要解决的技术问题不同。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种超硬材料滚花刀的加工方法，运用该方法制备的超硬材料滚花刀具有硬度高、耐磨性能好、热导率高、摩擦系数小、线膨胀系数小、化学稳定性高的性能特点，在高速、腐蚀性强的条件下也能高精度、长寿命地加工。为实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：一种超硬材料滚花刀的加工方法，超硬材料滚花刀包括超硬材料粉末与粘结剂粉末经烧结形成的烧结层，所述烧结层沿中空硬质合金圆柱形基体的径向分为内层和外层，所述内层和外层的原料均为超硬材料粉末和粘结剂粉末的混合，内层为连接过渡层，外层为刀齿应用层，所述加工方法包括以下步骤：a：原料准备，所述内层的超硬材料粉末为金刚石粉末，所述内层的粘结剂粉末为Co和/或Ni粉末，所述外层的超硬材料粉末为金刚石粉末与立方氮化硼粉末，所述外层的粘结剂粉末为Co和/或Al粉末与陶瓷TiC和/或Si3N4粉末；b：模具组装，所述中空硬质合金圆柱形基体的中心孔为原料组装的定位孔，以定位孔为基准，将中空硬质合金圆柱形基体置于内壁为圆柱面的模具中，在中空硬质合金圆柱形基体的外侧面与模具内壁之间填充内层的原料并压实，得到组装体A；从模具中取出组装体A；然后以定位孔为基准，将组装体A置于内壁为滚花刀齿形的成型模具中，在所述组装体A的外侧面与成型模具内壁之间填充外层的原料并压实，得到组装体B；再将组装体B装入石墨杯中，组装体B与石墨杯内侧壁间垫有一圈铌片，得到组装体C；再将组装体C的定位孔装入硬质合金圆柱体，得到组装件D；将组装件D放入石墨片、钢圈、叶蜡石粉压块、和金属片后得到组装件E；c：烧结，将步骤b中得到的组装件E通过加热和加压烧结成型，先在1.3min内由0Pa升压到6GPa，后在1.2min内升温至1450～1550℃，在6GPa、1450～1550℃条件下保持6.5～8.5min，然后，经0.5min降低温度至1200～1300℃，在6GPa、1200～1300℃条件下保持3.5～4.5min，停止加热，保持压力6min，之后直接降温去压，烧结得到超硬材料滚花刀坯体；d：成品加工，利用平面磨削加工步骤c得到的超硬材料滚花刀坯体的上下两个端面，再研磨加工到厚度h为4～20mm的滚花刀，得到中间品A；利用电火花加工方法与内孔研磨方法加工中间品A，得到具有沿轴向直径d在4～8mm的连接孔的中间品B；利用电火花、激光、研磨的方法对中间品B进行刀齿加工，得到直径D为8～25mm的超硬材料滚花刀。进一步地，所述内层组分重量百分比是：所述内层组分按重量百分比计：金刚石粉末为80～90％，Co和/或Ni粉末为10～20％；所述外层组分按重量百分比计：金刚石粉末为48～58％，立方氮化硼粉末为30～40％，Co和/或Al粉末为4～8％，陶瓷TiC和/或Si3N4粉末为2～4％。进一步地，所述超硬材料粉末粒度为5～20μm，粘结剂粉末粒度为1～15μm。进一步地，所述步骤b中石墨杯为无顶面的杯状，石墨杯的底面为平面，石墨杯的外侧面为圆柱面，石墨杯的内侧面为圆柱面、圆台面、球冠面、凹形双曲面或凸形双曲面，石墨杯的内侧面上的刀齿形状与超硬材料滚花刀的刀齿形状相对应。进一步地，所述步骤b中铌片的齿形与组装体B的外周齿形一致，铌片的展开后侧面为长方形。进一步地，所述步骤b中硬质合金圆柱体的高度与组装体C的中心孔的高度相等，硬质合金圆柱体与组装体C的中心孔紧密结合。进一步地，所述步骤d中超硬材料滚花刀的总厚度为1～5mm。进一步地，所述内层和外层在经步骤c烧结后与中空硬质合金圆柱形基体呈一个整体，内层和外层在经步骤c烧结后无明显的界面。本专利技术的有益效果是：1.本专利技术内层连接过渡层中加入Co、Ni金属粘结剂，与金刚石粉末及硬质合金在高温高压条件下烧结时均具有较好的浸润性。另外，内层中的Co、Ni与硬质合金中的Co在高温高压条件下相互扩散，提高了内层连接过渡层与中空硬质合金圆柱形基体沿径向外侧面接触界面的烧结结合强度；2.本专利技术外层刀齿应用层的烧结层显微硬度为7300Hv、导热系数为700W/mK、摩擦系数为0.3、热膨胀系数仅为0.9×10-6m/℃，具有耐磨性能好、化学稳定性高的性能特点；3.本专利技术内层连接过渡层与外层刀齿应用层之间的材料特性相近，在高温高压条件下金刚石粉末颗粒之间相互密堆积填充空隙，金属粘结剂之间相互扩散，实现内层与外层接触界面的高强度烧结结合，起到将外层刀齿应用层与中空硬质合金圆柱形基体烧结为一体的连接过渡作用；4.本专利技术中空硬质合金圆柱形基体的中心紧密配合装入的硬质合金圆柱体保证了在高温高压条件下整体烧结压力的均匀，同时，保护中空硬质合金圆柱形基体不会在高温高压条件下被挤裂变形；5.本专利技术加工的超硬材料滚花刀的切削速度是常规滚花刀的3～5倍，可以对高硬度的工件表面进行滚花加工，因其优良的耐磨性和较小的摩擦系数，超硬材料滚花刀的使用寿命提高20～30倍；如表1所示为运用超硬材料滚花刀与常规滚花刀滚花加工对比结果；本专利技术制备的滚花刀具有高导热性、较小的线膨胀系数，加工过程中产生的热量能够迅速地通过超硬材料滚花刀体散失且超硬材料滚花刀体变形小，提高了加工工件表面的加工精度；具有较高的化学稳定性，超硬材料滚花刀可以应用于常规滚花刀无法使用的高腐蚀性的加工场合。表1超硬材料滚花刀与常规滚花刀滚花加工对比附图说明图1为本专利技术一种超硬材料滚花刀的加工方法步骤b中的组装件D的结构示意图。图2为本专利技术一种超硬材料滚花刀的加工方法步骤b中的石墨杯俯视结构示意图。图3为本专利技术一种超硬材料滚花刀的加工方法步骤b中铌片的侧面结构示意图。图4为本专利技术一种超硬材料滚花刀的加工方法步骤b中的组装件E的结构示意图。图5为本专利技术一种超硬材料滚花刀的加工方法加工的圆柱形超硬材料滚花刀的结构示意图。图6为本专利技术一种超硬材料滚花刀的加工方法加工的圆台形超硬材料滚花刀的结构示意图。图7为本专利技术一种超硬材料滚花刀的加工方法加工的灯笼形超硬材料滚花刀的结构示意图。图8为本专利技术一种超硬材料滚花刀的加工方法加工的凹形双曲面形超硬材料滚花刀的结构示意图。图9为本专利技术一种超硬材料滚花刀的加工方法加工的凸形双曲面形超硬材料滚花刀的结构示意图。图10为本专利技术一种超硬材料滚花刀的加工方法步骤d中中间品B的横轴向方向与所用的加工刀的刀齿方向夹角β＝0°的示意图。图11为本专利技术一种超硬材料滚花刀的加工方法步骤d中中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超硬材料滚花刀的加工方法，超硬材料滚花刀包括超硬材料粉末与粘结剂粉末经烧结形成的烧结层，其特征在于，所述烧结层沿中空硬质合金圆柱形基体（3）的径向分为内层（2）和外层（1），所述内层（2）和外层（1）的原料均为超硬材料粉末和粘结剂粉末的混合，内层（2）为连接过渡层，外层（1）为刀齿应用层，所述加工方法包括以下步骤：a：原料准备，所述内层（2）的超硬材料粉末为金刚石粉末，所述内层（2）的粘结剂粉末为Co和/或Ni粉末，所述外层（1）的超硬材料粉末为金刚石粉末与立方氮化硼粉末，所述外层（1）的粘结剂粉末为Co和/或Al粉末与陶瓷TiC和/或Si3N4粉末；b：模具组装，所述中空硬质合金圆柱形基体（3）的中心孔为原料组装的定位孔，以定位孔为基准，将中空硬质合金圆柱形基体（3）置于内壁为圆柱面的模具中，在中空硬质合金圆柱形基体（3）的外侧面与模具内壁之间填充内层（2）的原料并压实，得到组装体A；从模具中取出组装体A；然后以定位孔为基准，将组装体A置于内壁与滚花刀齿形一致的成型模具中，在所述组装体A的外侧面与成型模具内壁之间填充外层（1）的原料并压实，得到组装体B；再将组装体B装入石墨杯（5）中，组装体B与石墨杯（5）内侧壁间垫有一圈铌片（6），得到组装体C；再将组装体C的定位孔装入硬质合金圆柱体（4），得到组装件D（12）；将组装件D（12）放入石墨片（7）、钢圈（8）、叶蜡石粉压块（9）、和金属片（10）后得到组装件E；c：烧结，将步骤b中得到的组装件E通过加热和加压烧结成型，先在1.3min内由0Pa升压到6GPa，后在1.2min内升温至1450~1550℃，在6GPa、1450~1550℃条件下保持6.5~8.5min，然后，经0.5min降低温度至1200~1300℃，在6GPa、1200~1300℃条件下保持3.5~4.5min，停止加热，保持压力6min，之后直接降温去压，烧结得到超硬材料滚花刀坯体；d：成品加工，利用平面磨削加工步骤c得到的超硬材料滚花刀坯体的上下两个端面，再研磨加工到厚度h为4~20mm的滚花刀，得到中间品A；利用电火花加工方法与内孔研磨方法加工中间品A，得到具有沿轴向直径d在4~8mm的连接孔的中间品B（11）；利用电火花、激光、研磨的方法对中间品B（11）进行刀齿加工，得到直径D为8～25mm的超硬材料滚花刀。...

【技术特征摘要】
1.一种超硬材料滚花刀的加工方法，超硬材料滚花刀包括超硬材料粉末与粘结剂粉末经烧结形成的烧结层，其特征在于，所述烧结层沿中空硬质合金圆柱形基体（3）的径向分为内层（2）和外层（1），所述内层（2）和外层（1）的原料均为超硬材料粉末和粘结剂粉末的混合，内层（2）为连接过渡层，外层（1）为刀齿应用层，所述加工方法包括以下步骤：a：原料准备，所述内层（2）的超硬材料粉末为金刚石粉末，所述内层（2）的粘结剂粉末为Co和/或Ni粉末，所述外层（1）的超硬材料粉末为金刚石粉末与立方氮化硼粉末，所述外层（1）的粘结剂粉末为Co和/或Al粉末与陶瓷TiC和/或Si3N4粉末；b：模具组装，所述中空硬质合金圆柱形基体（3）的中心孔为原料组装的定位孔，以定位孔为基准，将中空硬质合金圆柱形基体（3）置于内壁为圆柱面的模具中，在中空硬质合金圆柱形基体（3）的外侧面与模具内壁之间填充内层（2）的原料并压实，得到组装体A；从模具中取出组装体A；然后以定位孔为基准，将组装体A置于内壁与滚花刀齿形一致的成型模具中，在所述组装体A的外侧面与成型模具内壁之间填充外层（1）的原料并压实，得到组装体B；再将组装体B装入石墨杯（5）中，组装体B与石墨杯（5）内侧壁间垫有一圈铌片（6），得到组装体C；再将组装体C的定位孔装入硬质合金圆柱体（4），得到组装件D（12）；将组装件D（12）放入石墨片（7）、钢圈（8）、叶蜡石粉压块（9）、和金属片（10）后得到组装件E；c：烧结，将步骤b中得到的组装件E通过加热和加压烧结成型，先在1.3min内由0Pa升压到6GPa，后在1.2min内升温至1450~1550℃，在6GPa、1450~1550℃条件下保持6.5~8.5min，然后，经0.5min降低温度至1200~1300℃，在6GPa、1200~1300℃条件下保持3.5~4.5min，停止加热，保持压力6min，之后直接降温去压，烧结得到超硬材料滚花刀坯体；d：成品加工，利用平面磨削加工步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢辉，韩顺利，
申请(专利权)人：开封贝斯科超硬材料有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41