大颗粒金刚石定向排列铣刀的制作方法

本发明属于超硬刀具技术领域，特别涉及一种金刚石铣刀。

背景技术：

以铝基陶瓷复合材料、碳纤维陶瓷复合材料为代表的陶瓷复合材料以其相对较好的综合性能越来越受到人们的关注，已经成功用于工业制造，尤其在航空、航天仪器设备研制上有良好广泛的应用。然而，这些特种复合材料具有韧性大、硬度高的特点，同时，加工难度明显增加，用常规的合金刀具和pcd金刚石刀具难以实现有效的精密加工，刀具磨损快，影响加工效果。因此对该类材料制品铣削的刀具提出了较高的要求。

专利cn202804305u，提出一种聚晶金刚石铣刀，主要用于加工钛合金材料，硅铝合金材料，而以铝基陶瓷、碳纤维陶瓷为代表的陶瓷基复合材料的比强度、比刚度都要大于钛合金材料和硅铝合金材料，更加难以加工，而且该产品只能用于加工成形面，不适合于高效的精密加工和孔加工。专利申请cn104551171a，提出采用超细粒度硬质合金棒为基材制备铣刀，主要用于加工印制电路板中难加工的材料，加工去除量小，效率低，并且该刀具只能实现陶瓷基复合材料的粗加工，不能实现精加工。专利申请cn105970071a，提出一种弱包镶金刚石铣刀，其金刚石颗粒小，金刚石随机排列，没有锋利的切削刃，加工效率低，并且仅用于对氧化铝陶瓷的铣削，不适合韧性好、硬度高的的材料加工，其加工材料单一，不能适应多种陶瓷基复合材料的加工需求。

技术实现要素：

基于以上技术背景，为了克服技术不足，本发明提出一种新型大颗粒金刚石定向排列铣刀。

本发明所采用的技术方案为：

一种大颗粒金刚石定向排列铣刀，结构包括刀柄1、刀盘2和金刚石刀尖3三部分；其特征在于，所述的金刚石刀尖3是采用大颗粒单晶金刚石镶嵌在刀盘2上环形定向排列构成的，所述的大颗粒单晶金刚石是指尺寸为5/6～16/18目的且至少具有一个完整尖的八面体单晶金刚石，镶嵌在刀盘2上之后，其径向倾角为0～45°，轴向倾角为3～30°，金刚石的尖外露0.2mm～0.5mm，在一个铣刀上镶嵌的金刚石的数量为3～50个。

作为优选，所述的刀柄1的材料是模具钢、45钢、40cr或者是硬质合金等硬钢。

作为优选，所述的刀盘2，直径为3～100mm，厚度为3～20mm。

作为优选，所述的刀柄1与刀盘2均是圆柱状的且共轴。

所述的环形定向排列，可以是单环或多环；金刚石刀尖3可以在刀盘2的一面或双面排列。

所述的刀盘2和金刚石刀尖3可以采用模具定位和热压烧结的粉末冶金工艺镶嵌而成；所述的刀柄1与刀盘2可以采用焊接的方式相连。

所述的刀盘2的制作可以按本领域内通用技术，通过合金粉末配制、模具定位和热压烧结的粉末冶金工艺镶嵌而成。

有益效果：

1、本发明提供一种大颗粒单晶金刚石定向排列铣刀，有效利用单晶金刚石的尖和棱作为切削刃，该刀具比聚晶金刚石具有更高的硬度和耐磨性，可以用于高硬度、强韧性陶瓷复合材料的孔加工和面加工。

2、本发明可以实现粗加工，每日去除量可达8公斤(采用其他刀具，每日去除量一般在1～2公斤范围)，具有去除量大、效率高、寿命长、经久耐用等特点，因此使用时无需经常换刀。

3、本发明可以实现精加工，具有精度高、表面光洁度高、仿型好等特点。

4、本发明为陶瓷基复合材料的应用创造了条件，因此也会推动高科技密集产业的发展，特别是为航天航空的高性能材料加工提供有力支撑。

附图说明

图1是本发明大颗粒金刚石定向排列铣刀的整体轮廓示意图。

图2是本发明大颗粒金刚石定向排列铣刀的投影图，图中，a是主视图，b是主视图中最右侧大颗粒金刚石的仰视投影图，c是主视图中最右侧大颗粒金刚石的左视投影图。

具体实施方式

实施例1

本实施例以八粒大颗粒单晶金刚石定向排列铣刀为例，结合附图对本发明的具体实施作进一步的说明。以下实施案例仅用于更加清楚的说明本发明的技术方案，而不能以此限制本发明的保护范围。

首先在直径为16mm的圆柱形压头模具顶部边缘处雕刻定向排列的八个凹槽，将八颗粒径为2mm的单晶金刚石用胶粘在压头的凹槽上，使金刚石临时固定。然后利用模具定位和冷压成型处理技术，制得刀盘，制作刀盘的材料可以用wc、663青铜粉、钴粉、镍粉等，冷压成型的压力为30kn。制得的刀盘直径为16mm，厚度为6mm，密度为12g/cm³。将粘有金刚石的压头与刀盘置于石墨模具中，使刀盘与金刚石相接触。通过热压烧结，烧结温度为900℃，压力为10kn，使金刚石定向排列镶嵌在刀盘上。最后再将制得的镶嵌有金刚石刀尖的刀盘与刀柄焊接在一起。

制得的大颗粒金刚石定向排列铣刀结构示意图如图1和图2所示，包括刀柄1、刀盘2和金刚石刀尖3三部分。所述的刀柄1与刀盘2相连，刀柄1位于刀盘2中间位置，与刀盘2共轴；所述的刀盘2上设置有八颗金刚石刀尖3；所述金刚石刀尖3采用大颗粒单晶金刚石、以环形定向排列形式镶嵌在刀盘2上。

所述的刀盘2，直径φ为16mm，刀盘厚度h为6mm，密度为12g/cm³。

所述的刀盘2，镶嵌的金刚石粒数为8个(一把刀)。

所述的单晶金刚石，每个单晶金刚石至少具有一个完整尖的八面体单晶金刚石，金刚石的尖外露0.5mm。

所述的大颗粒单晶金刚石，单颗粒径为2mm。

所述的大颗粒单晶金刚石，其轴向倾角α为23°。

所述的大颗粒单晶金刚石，其径向倾角β为12°。

所述的定向排列，是以单环、单面的形式镶嵌在刀盘2上。

技术特征：

技术总结
本发明的大颗粒金刚石定向排列铣刀属于超硬刀具技术领域，结构包括刀柄(1)、刀盘(2)和金刚石刀尖(3)三部分；所述的金刚石刀尖(3)是采用大颗粒单晶金刚石镶嵌在刀盘(2)上环形定向排列构成的。本发明有效利用单晶金刚石的尖和棱作为切削刃，可用于超硬材料的面加工和孔加工，在进行粗加工时，具有去除量大、效率高、经久耐用、仿型好等特点；进行精加工时，具有精度高、表面光洁度高、仿型好等特点。

技术研发人员：姜志刚;徐丽娜;陈海勇
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2017.07.27
技术公布日：2017.10.03