刀具及其制备方法技术

本申请公开了一种刀具及其制备方法，该刀具包括具有刀齿的刀头，刀头具有多孔结构，刀头的刀齿的表面和刀齿周围的弧形面上分别设有多晶金刚石膜，多晶金刚石膜包括伸入多孔结构内的过渡层和位于过渡层表面的超硬膜层，过渡层包括纳米级多晶金刚石晶体，超硬膜层包括微米级多晶金刚石晶体。本申请在刀齿的表面及周围形成多晶金刚石膜，提高了刀头的硬度、耐磨性和抗震性，延长刀具的使用寿命，降低制造成本；实现刀具高速铣削，提高加工效率。提高加工效率。提高加工效率。

【技术实现步骤摘要】
刀具及其制备方法


[0001]本申请涉及刀具加工
，具体涉及一种用于加工硬质脆性材料的刀具及其制备方法。

技术介绍

[0002]在机械加工领域中，大多数刀具更多是用来加工硬质材料，甚至超硬的材料。但对于玻璃、陶瓷这种硬质脆性材料，传统的成型刀具(例如金刚石电镀磨头)往往力不从心。这些传统成型刀具因其硬度低，耐磨性较差，寿命短，在加工过程中需要频繁更换，从而提高了加工成本；而且，减震效果较差，质量较重，不适宜高速铣削，在加工硬质脆性材料时，传统的成型刀具的表面易出现崩缺，铣削精度低，从而使被加工产品的表面品质不一，加工效率低、无法达到加工要求。

技术实现思路

[0003]鉴于以上内容，有必要提出一种用于加工脆性材料，并提高被加工的脆性材料表面质量的超硬刀具。
[0004]另，本申请实施例还提供了该刀具的制备方法。
[0005]本申请实施例提供一种刀具，包括刀头和多晶金刚石膜，所述刀头包括本体，所述本体具有多孔结构，所述本体包括周壁、第一端部及第二端部，所述第一端部及所述第二端部同轴设置且分别位于所述本体的相对两端，所述周壁自所述第一端部朝向所述第二端部延伸，所述第一端部包括顶面和内凹弧形面，所述弧形面自所述顶面延伸至所述周壁，且所述弧形面环绕所述顶面设置，所述弧形面上设置有多个刀齿，每一所述刀齿自所述顶面延伸至所述周壁；所述多晶金刚石膜位于所述弧形面及每一所述刀齿的表面，所述多晶金刚石膜包括靠近所述刀头的表面且伸入所述多孔结构中的过渡层和位于所述过渡层背离所述刀头的表面的超硬膜层，所述过渡层包括纳米级多晶金刚石晶体，所述超硬膜层包括微米级多晶金刚石晶体。
[0006]在一些可能的实施例中，所述多个刀齿位于所述顶面处的端部围成第一圆，所述多个刀齿位于所述周壁处的端部围成第二圆，所述第一圆的直径小于所述第二圆的直径。
[0007]在一些可能的实施例中，所述过渡层包括嵌入部和缓冲部，所述嵌入部伸入所述多孔结构内，所述缓冲部位于所述嵌入部、所述弧形面和所述刀齿的表面。
[0008]在一些可能的实施例中，所述过渡层的厚度为1.5～2.5μm，所述过渡层包含的纳米级多晶金刚石晶体的平均晶粒尺寸为15～25nm。
[0009]在一些可能的实施例中，所述超硬膜层包含的微米级多晶金刚石晶体的平均晶粒尺寸为6～10μm，所述超硬膜层的膜厚度为5～10μm，所述超硬膜层的显微硬度为7000～9000HV。
[0010]在一些可能的实施例中，所述多晶金刚石膜还延伸至所述周壁。
[0011]在一些可能的实施例中，所述多孔结构的孔隙率为60～80％，所述多孔结构的平
均孔径为500～800μm；所述刀头的弹性模量为1.5～4GPa，所述刀头的压缩强度为50～85MPa；所述刀头的材质为钛合金。
[0012]本申请实施例还提供一种刀具的制备方法，所述刀具包括一刀头，所述刀头包括本体，所述本体具有多孔结构，所述本体包括周壁、第一端部及第二端部，所述第一端部及所述第二端部分别位于所述本体的相对两端，所述周壁自所述第一端部朝向所述第二端部延伸，所述第一端部包括顶面和内凹弧形面，所述弧形面自所述顶面延伸至所述周壁，且所述弧形面环绕所述顶面设置，所述弧形面上设置有多个刀齿，每一所述刀齿自所述顶面延伸至所述周壁，所述制备方法包括以下步骤：
[0013]采用梯度温度生长法在所述弧形面及每一所述刀齿的表面生长一多晶金刚石膜，其中，甲烷流量占比为2～5％，微波功率为3～8kw，并依次在690～710℃、740～760℃、790～810℃三个温度条件下分别生长0.5～1h，最后在790～810℃条件下继续生长2～10h，所述多晶金刚石膜包括靠近所述刀头的表面且伸入所述多孔结构中的过渡层和位于所述过渡层背离所述刀头的表面的超硬膜层，所述过渡层包括纳米级多晶金刚石晶体，所述超硬膜层包括微米级多晶金刚石晶体。
[0014]在一些可能的实施例中，所述过渡层包括嵌入部和缓冲部，所述嵌入部伸入所述多孔结构内，所述缓冲部位于所述嵌入部和所述刀头的表面，所述过渡层的厚度为1.5～2.5μm，所述过渡层包含的纳米级多晶金刚石晶体平均晶粒尺寸为15～25nm；所述超硬膜层包含微米级多晶金刚石晶体的平均晶粒尺寸为6～10μm，所述超硬膜层的膜厚度为5～10μm，所述超硬膜层的显微硬度为7000～9000HV。
[0015]在一些可能的实施例中，所述刀头的成型方法包括以下步骤：
[0016]将钛合金粉末加入3D打印设备，在真空氛围下打印得到所述刀头，其中，所述3D打印设备的成型室内的预热温度为450～550℃，铺粉量为每层0.02～0.06mm，电子扫描速度为6000～9000m/s，电子束输出功率为2500～3500W，电子枪加压范围为50000～70000V，打印时间为6～12h。
[0017]本申请实施例通过在刀头的刀齿表面及刀齿周围的弧形面上形成多晶金刚石膜，多晶金刚石膜与刀头的结合力强，刀头具有更高的硬度、耐磨性和抗震性，从而使刀头具有优异的切削性能，能提高被加工的脆性材料的表面质量；形成的超硬膜具有微米级多晶金刚石晶体，能降低了刀具表面的粗糙度，有利于减少切削力，提高工件表面光洁度和加工精度。而且，本申请实施例的刀具使用寿命长，加工效率高，采用本申请实施例提供的刀具的加工效率是采用传统电镀磨头的3倍。刀头具有多孔结构，通过多晶金刚石膜伸入多孔结构内形成过渡层，一方面，过渡层的存在提高了多晶金刚石膜在刀头表面的附着力；另一方面，过渡层能为超硬膜层提供良好的生长界面，从而保证超硬膜层晶粒的尺寸均匀性和厚度的均匀性，进而提高刀头的尺寸精度和刃口的品质。
附图说明
[0018]图1是本申请一实施例提供的刀具的立体示意图。
[0019]图2是图1所示刀具的侧视图。
[0020]图3是图1所示刀具的刀齿与其法平面相交所形成的刀齿截面的示意图。
[0021]图4是图3中A处的放大图。
[0022]图5是图1的刀具表面扫描电镜(SEM)照片。
[0023]主要元件符号说明
[0024]刀具
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100
[0025]刀杆
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21
[0028]第一端部
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211
[0029]顶面
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2111
[0030]弧形面
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2112
[0031]第二端部
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212
[0032]周壁
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213
[0033]第一圆
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种刀具，其特征在于，包括：刀头，包括本体，所述本体具有多孔结构，所述本体包括周壁、第一端部及第二端部，所述第一端部及所述第二端部同轴设置且分别位于所述本体的相对两端，所述周壁自所述第一端部朝向所述第二端部延伸，所述第一端部包括顶面和内凹弧形面，所述弧形面自所述顶面延伸至所述周壁，且所述弧形面环绕所述顶面设置，所述弧形面上设置有多个刀齿，每一所述刀齿自所述顶面延伸至所述周壁；以及多晶金刚石膜，位于所述弧形面及每一所述刀齿的表面，所述多晶金刚石膜包括靠近所述刀头的表面且伸入所述多孔结构中的过渡层和位于所述过渡层背离所述刀头的表面的超硬膜层，所述过渡层包括纳米级多晶金刚石晶体，所述超硬膜层包括微米级多晶金刚石晶体。2.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于，所述多个刀齿位于所述顶面处的端部围成第一圆，所述多个刀齿位于所述周壁处的端部围成第二圆，所述第一圆的直径小于所述第二圆的直径。3.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于，所述过渡层包括嵌入部和缓冲部，所述嵌入部伸入所述多孔结构内，所述缓冲部位于所述嵌入部、所述弧形面和所述刀齿的表面。4.根据权利要求1至3中任意一项所述的刀具，其特征在于，所述过渡层的厚度为1.5～2.5μm，所述过渡层包含的纳米级多晶金刚石晶体的平均晶粒尺寸为15～25nm。5.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于，所述超硬膜层包含的微米级多晶金刚石晶体的平均晶粒尺寸为6～10μm，所述超硬膜层的膜厚度为5～10μm，所述超硬膜层的显微硬度为7000～9000HV。6.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于，所述多晶金刚石膜还延伸至所述周壁。7.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于，所述多孔结构的孔隙率为60～80％，所述多孔结构的平均孔径为500～800μm；所述刀头的弹性模量为1.5～4GPa，所述刀头的压缩强度为50～85Mpa；所述刀头的材质为钛合金。8.一种刀具的制备方法，所述刀具包括一刀头，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐龙，轩建平，陈冲，蔡辉硕，
申请(专利权)人：深圳富联智能制造产业创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：