有序化超硬纤维刀具及制作方法技术

本发明专利技术公开了一种有序化超硬纤维刀具及其制备方法，有序化超硬纤维刀具，有机高分子材料将超硬纤维径向辐射状均匀排布固定在金属芯上，超硬纤维前端突出有机高分子材料表面并有刃口。本发明专利技术是一种集传统砂轮与切削刀具优点于一身的新型刀具，既具有砂轮磨削时加工质量好的优点，同时又具有切削刀具加工效率高、切削比能低、对机床刚度要求低的优点。为达到上述目的，本发明专利技术提出了一种有序化超硬纤维刀具及其制备方法：采用方条状的超硬纤维取代砂轮的磨粒与切削刀具的刀片，刀具基体中超硬纤维的数量比传统刀具的刀片数量大得多，因此，单个纤维的切削层厚度较小，加工质量好；并且，有序化超硬纤维刀具经过人为刃磨，每个纤维具有锋利的刀刃与一定的切削角度，因此，有序化超硬纤维刀具具有切削比能低、加工质量好的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超硬纤维、有序化超硬纤维刀具及其制备方法。本专利技术所述 的刀具适于对刀具耐用度要求较高的大尺寸难加工材料零件的加工以及低刚 度零件的加工。
技术介绍
磨削和切削加工始终在工程材料加工领域占据着主流地位，由于磨削加 工和切削加工各有千秋，它们都是现代制造中不可或缺的加工技术。磨削加工的最大特点是加工表面质量好、精度高，但加工效率低；相反，切削加工 效率高，但工件表面质量低、精度也差些。众所都知，砂轮磨削之所以能获 得较高的加工表面质量与尺寸精度，是因为砂轮磨削过程中同时参与切削的 磨粒数量多，并且单个磨粒的切削厚度很小，往往在亚微米级甚至纳米级， 因而加工质量较好。然而，由于砂轮磨粒形状及其分布具有一定的随机性， 从而导致砂轮的磨削过程实质上是众多磨粒以大负前角的切削过程，因而法 向力/切向力之比大，材料去除比能高，对磨床刚度要求高，磨削加工所需的 材料去除比能几乎是切削加工的5-io倍。对于切削加工，刀具的形状与切削 角度均可人为控制，在切削过程中往往是以一定的正前角参与切削，因而法 向力/切向力之比小、切削比能低。然而，由于切削加工中参与切削的刀刃数 量少、单个刀刃的切削层厚度相对较大，因而加工质量相对较差。并且，任 何切削刃的损坏(如崩刃、破碎、断裂等)都会影响工件的加工质量，甚至 使整个刀具无法继续进行切削，刀具耐用度相对较低。如果我们能开发一种 刀具，其参与切削的刀刃数量多、单个刀刃的形状与切削角度均可人为控制， 则可以在降低单个刀刃的切削层厚度以提高加工质量的同时，降低法向力与 切向力之比，降低切削比能，从而集传统砂轮与切削刀具的优点于一身。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种超硬纤维刀具及制作方法。 本专利技术的目的是通过如下方式实现的， 一种有序化超硬纤维刀具，有机高分子材料将超硬纤维径向辐射状均匀排布固定在金属芯上，超硬纤维前端 突出有机高分子材料表面并有刃口。超硬纤维截面形状为矩形，截面尺寸为长0.2-lmmx宽0. 2-lmm,超硬纤 维长度为l-10mm,超硬纤维长度与纤维宽度之比大于等于5。超硬纤维与径向成1-10°角度，轴向相邻超硬纤维相互错开，周向弧长为 5-20mm。超硬纤维材料为聚晶金刚石或聚晶立方氮化硼。 超硬纤维之间的间距为超硬纤维的截面尺寸的0. 8-1倍。 有机高分子材料为酚醛树脂或环氧树脂。一种有序化超硬纤维刀具的制作方法首先采用激光切割方法制备方条 状的超硬纤维；通过模具定向排布方法使各超硬纤维呈辐射状均匀排布并固 定在金属芯上；并且，从金属芯轴线方向看，各纤维呈一排排辐射状结构， 每排纤维相互之间相平行且间距为超硬纤维宽度尺寸的0.8-1倍，相邻排纤 维之间相互错开，互相错开宽度为超硬纤维宽度尺寸的0.8-1倍，相邻排超 硬纤维之间的周向夹角为5-15°;利用模具浇注法，在排布好的超硬纤维之间 填充高分子材料并固化，制成有序化超硬纤维刀具的坯料；将有序化超硬纤 维刀具坯料装夹在一分度机构上，采用磨粒粒径小于W10的碟形树脂结合剂 金刚石砂轮进行刃磨，制备成具有锋利刀刃的有序化超硬纤维刀具。本专利技术是一种集传统砂轮与切削刀具优点于一身的新型刀具，既具有砂 轮磨削时加工质量好的优点，同时又具有切削刀具加工效率高、切削比能低、 对机床刚度要求低的优点。为达到上述目的，本专利技术提出了一种有序化超硬 纤维刀具及其制备方法釆用方条状的超硬纤维取代砂轮的磨粒与切削刀具 的刀片，刀具基体中超硬纤维的数量比传统刀具的刀片数量大得多，因此， 单个纤维的切削层厚度较小，加工质量好；并且，有序化超硬纤维刀具经过 人为刃磨，每个纤维具有锋利的刀刃与一定的切削角度，因此，有序化超硬 纤维刀具具有切削比能低、加工质量好的优点。附图说明图l是有序化超硬纤维刀具结构示意图；图2是有序化超硬纤维刀具周向展开示意图图中l为金属芯；2为有机高分子填充材料；3为超硬纤维； 具体实施例方式本专利技术中的有序化超硬纤维刀具，由于其超硬纤维的刀刃分布在圆周上, 其轴向没有刀刃参与切削，因此，本专利技术中的有序化超硬纤维刀具只适于平 面加工，在刀具刃磨之前，可用砂轮打磨有序化超硬纤维刀具的圆周表面， 使超硬纤维凸出基体高度0.2mm以内(与纤维截面尺寸有关，截面尺寸大时 可取大值)，从而使每个超硬纤维切削加工时有容屑空间并防止刀具基体与工 件接触。在加工过程中，每次切削深度的参考值，需根据圆周上分布的纤维 的排数、纤维的截面尺寸与切削过程中单个纤维的最大切削层厚度而定。如 果单个纤维的最大切削层厚度过大、纤维截面尺寸过小时，可能会导致超硬 纤维的断裂，因此，有序化超硬纤维刀具的单纤维最大切削层厚度可根据超 硬纤维截面尺寸的不同而控制在0-10jjim之间，纤维截面尺寸较大时，取大值。 单纤维的最大切削层厚度可根据下式计算而得式中、为单纤维最大切削层厚度，S为有序化超硬纤维刀具转过相邻切 刃的间隔时间内工件平移的距离；^为设定切削深度；d为有序化超硬纤维刀 具的直径。例如有序化超硬纤维刀具圆周分布32排超硬纤维，刀具直径为lOOmm， 切削深度为lmm，工作台进给速度为600mm/min,刀具的旋转速度为 1200rev/min。由于相邻排超硬纤维相互错开，估算每一层切削层由两排超硬 纤维承担，因此，计算S时的有效纤维排数为16，计算得S为3L25(jun, ^为 6. 24(xm.下面结合实施例对本专利技术做进一步说明实施例:1. 采用激光切割方法将聚晶金刚石或聚晶立方氮化硼制备成尺寸为长10mm x宽0.6mm x高0.6mm的超硬纤维3 ，取每排内各超硬纤维3的间距为 0.4mm;要求有序化超硬纤维刀具在轴向的有效切削宽度为10mm,则沿刀具 轴线方向排布的超硬纤维3数量为10根，假定有序化超硬纤维刀具直径为 lOOmm，取相邻排超硬纤维3的夹角为10°，沿刀具周向排布的超硬纤维3排 数为36排，该实例中超硬纤维3的总需量为360根；金属芯1外径为80mm。2. 采用模具，每10根一排、间距为0.4mm，将超硬纤维3均匀排布并 胶粘剂将各纤维固定好，共制备36排超硬纤维3，然后将36排超硬纤维3呈 辐状均匀固定在金属芯l上。3. 将轱结了超硬纤维3的金属芯l置于浇注模具中，在超硬纤维3之间 填充有机高分子材料2，有机高分子材料2为酚醛树脂或环氧树脂，待填充材 料固化后脱模。4. 将脱模后的有序化超硬纤维刀具装夹在带心轴的分度盘上，要求分度 盘能实现10。转角的分度。釆用砂带打磨方法使各超硬纤维3凸出有机高分子 材料2基体0.2mm，然后釆用W5的碟形树脂结合剂金刚石砂轮刃磨有序化超 硬纤维刀具。使各超硬纤维3具有锋利的刀刃。权利要求1、一种有序化超硬纤维刀具，其特征在于有机高分子材料将超硬纤维径向辐射状均匀排布固定在金属芯上，超硬纤维前端突出有机高分子材料表面并有刃口。2、 根据权利要求l所述的一种有序化超硬纤维刀具，其特征在于超硬 纤维截面形状为矩形，截面尺寸为长0.2-lmmx宽0. 2-lmm，超硬纤维长度为1-10mm,超硬纤维长度与纤维宽度尺寸之比大于等于5。3、 根据权利要求l所述的一种有序化超硬纤维刀具，其特征在于沿轴 向各超硬纤维排布成一排排辐射状结构，相邻排超硬纤维相互错开超硬 纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有序化超硬纤维刀具，其特征在于：有机高分子材料［２］将超硬纤维［３］径向辐射状均匀排布固定在金属芯［１］上，超硬纤维［３］前端突出有机高分子材料［２］表面并有刃口。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张高峰，张璧，邓朝晖，谭援强，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：43[]