一种弱包镶能力的烧结金刚石铣刀胎体及铣刀与铣刀制法
【专利摘要】本发明公开了一种弱包镶能力的烧结金刚石铣刀胎体及铣刀与铣刀制法，该烧结金刚石铣刀胎体包括Cu粉、Zn粉、Co粉、Sn粉、Ti粉及Cr粉；采用该胎体制备的铣刀，其工作层高度为7.6～8.2mm，壁厚为2.9～3.4mm，直径为17～21mm，金钢石粒度为50/60～70/80，浓度为92～108％；该铣刀的制法为选用基体并配制胎体，将胎体与金刚石混合，烧结制成金刚石烧结体，并将其固定于基体上即可。优点为首先制备的胎体，其对金刚石磨粒的包镶能力弱；其次，采用该胎体制备的铣刀，提高了加工效率及加工质量；同时通过控制烧结温度、烧结压强等，形成的胎体对金刚石的包镶能力弱，提高了铣刀的工作寿命。
【专利说明】
一种弱包镶能力的烧结金刚石铣刀胎体及铣刀与铣刀制法
技术领域
[0001] 本发明属于铣刀领域，尤其涉及一种弱包镶能力的烧结金刚石铣刀胎体及铣刀与 铣刀制法。
【背景技术】
[0002] 由于氧化铝陶瓷具有机械强度高、硬度高、耐磨、耐腐蚀及耐高温等优点，其被广 泛应用于纺织、石油、化工、电子、汽车、建筑及航空航天等领域，是目前氧化物陶瓷中用途 最广、产销量最大的陶瓷新材料。
[0003] 随着氧化铝陶瓷的广泛使用，在加工过程中常常需要对氧化铝陶瓷进行铣削加 工，如切边、开槽等，人们对氧化铝陶瓷的加工质量要求也越来越高。烧结金刚石铣刀由于 硬度大、加工成本低，被人们广泛应用于高硬度的氧化铝陶瓷加工过程中。但烧结金刚石铣 刀在铣削过程中，常常出现磨平磨钝、打滑等现象，不仅影响加工效率，还降低了工件的表 面加工质量，其原因主要在于金刚石的磨损速度与胎体的磨损速度不能保持同一性，即胎 体的磨损速度较慢，导致金刚石颗粒不能及时出露。
[0004] 因此，针对氧化铝陶瓷研制弱包镶能力的烧结金刚石铣刀及制作工艺，具有十分 重要的意义。
【发明内容】
[0005] 发明目的：本发明的第一目的是提供一种低熔点、低烧结温度的弱包镶能力的烧 结金刚石铣刀胎体；
[0006] 本发明的第二目的是提供一种采用该弱包镶能力的烧结金刚石铣刀胎体制备的 具有高加工稳定性、加工效率及加工质量的铣刀;本发明的第三目的是提供该铣刀的制备 方法。
[0007] 技术方案:本发明制备的弱包镶能力的烧结金刚石铣刀胎体按重量份数包括如下 原料:Cu粉30~36份、Zn粉40~46份、Co粉8~12份、Sn粉6~10份、Ti粉4~8份及Cr粉3~6 份。
[0008] 本发明以Cu和Zn为主要原料，添加少量的Co、Sn、Ti及Cr金属粉末进行合金化制备 的胎体，其对金刚石磨粒的包镶能力弱，提高了铣刀的自锐性，减少了对金刚石的损害，优 选的，Cu粉32~34份、Zn粉43~45份、Co粉9~11份、Sn粉7~9份、Ti粉5~7份及Cr粉4~5份。
[0009] 本发明制备的铣刀，其包括由基体和金刚石烧结体组合而成的工作端，并在金刚 石烧结体上设有水口，同时该金刚石烧结体由烧结金刚石铣刀胎体及金刚石混合而成，其 中，金钢石粒度为50/60~70/80、浓度为92~108%，工作端的工作层高度为7.6~8.2mm，壁 厚为2.9~3.4mm，直径为17~21mm。优选的，金刚石铣刀工作端的工作层高度可为7.8~ 8.0mm〇
[0010] 进一步说，水口为圆孔形，而采用其他形状，如三角形、正方形或长方形等，一方面 不利于铣刀模具的制作，成型性差，另一方面易在边角处发生应力集中，从而影响铣刀的性 能;该水口有6个，水口数较多易导致工作层稳定性下降，较少则不利于排除细肩及冷却液 的流入，散热效果差;其直径为1.8~2.2mm，优选可为1.9~2.1mm。
[0011] 本发明制备弱包镶能力的烧结金刚石铣刀的方法包括如下步骤：
[0012] (1)选用基体并根据待制备的弱包镶能力的烧结金刚石铣刀的工作层高度、壁厚、 直径及水口，制备放置胎体的模具；
[0013] (2)配制胎体，并将其与金刚石混合，置于上述模具中，在烧结温度为600~620°C、 压强为14.3~14.6MPa条件下制成金刚石烧结体；
[0014] (3)将上述金刚石烧结体保温1.6~1.9min，冷却至室温后，将其固定于基体上，即 可制得弱包镶能力的烧结金刚石铣刀。
[0015] 本发明通过控制烧结温度、烧结压强及保温时间，使得形成的胎体对金刚石的包 镶能力弱，且制得的金刚石铣刀对氧化铝陶瓷具有良好的加工效率和加工质量，优选的，烧 结温度为608~612°C、烧结压强为14.4~14.5MPa、保温时间为1.7~1.8min。
[0016] 有益效果:与现有技术相比，本发明的显著优点为:首先，以Cu和Zn为主要原料，添 加少量的Co、Sn、Ti及Cr金属粉末进行合金化制备的胎体，其对金刚石磨粒的包镶能力较 弱，使得金刚石铣刀的胎体能够及时磨损，与金刚石的磨损速度保持一致，从而提高了铣刀 的自锐性，避免出现磨平磨钝及打滑的现象，获得良好的加工效果，且该胎体熔点低、烧结 温度低，能够减少高温对金刚石质量的损害;其次，采用该胎体制备的铣刀，且通过设定该 铣刀的工艺参数，使得其在对氧化铝陶瓷进行铣削时，大大降低了磨平磨钝及打滑频率，提 高了加工效率及加工质量，增加了工作寿命;同时，在制备该铣刀时，通过控制烧结温度、烧 结压强及保温时间，以使胎体粉末很好地熔合并合金化，避免了对金刚石质量的损害，确保 形成的胎体对金刚石的包镶能力较弱，且制得的金刚石铣刀对氧化铝陶瓷具有良好的加工 效率和加工质量。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明制备的铣刀的结构示意图；
[0018] 图2为实施例1制备的弱包镶能力的烧结金刚石铣刀的端面磨损图；
[0019] 图3为实施例1制备的弱包镶能力的烧结金刚石铣刀的侧壁磨损图。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
[0021] 本发明制备的弱包镶能力的烧结金刚石铣刀胎体按重量份数包括如下原料:Cu粉 30~36份、Zn粉40~46份、Co粉8~12份、Sn粉6~10份、Ti粉4~8份及Cr粉3~6份。
[0022] 本发明采用铜为主要原料，其与碳化物及骨架材料的相容性很好，有助于提高胎 体的成型性和烧结性能;加入主要原料锌，其能改善烧结性能，在铜基胎体中能够生成金属 间化合物，改善胎体磨损性和变形性;此外，添加钴能够改善胎体的成型性;锡能改善胎体 的烧结性能;钛能够改善胎体与金刚石的粘结力，一定程度上保证了胎体的成型性;铬能够 改善铜对金刚石的润湿性，并能有效提高胎体的抗弯强度。
[0023]本发明采用的上述原料均可从市场上购买得到。本发明金刚石浓度采用400%浓 度制，即金刚石浓度为100 %时胎体中金刚石体积浓度为25 %。
[0024] 实施例1
[0025] 胎体原料为:纯Cu粉30份，纯Zn粉40份，纯Co粉12份，纯Sn粉10份，纯Ti粉4份，纯Cr 粉4份。
[0026] 如图1所示，本发明制备的弱包镶能力的烧结金刚石铣刀，包括由基体1和金刚石 烧结体2组合而成的工作端，并在金刚石烧结体2上设有水口 3,同时该金刚石烧结体2由烧 结金刚石铣刀胎体及金刚石混合而成，其中，金钢石粒度为50/60、浓度为92%，水口数为6 个，水口成圆孔形，水口直径为1.8mm，工作端的工作层高度为7.6mm，壁厚为2.9mm，铣刀直 径为17mm。
[0027] 铣刀制备方法包括:首先选择合适的金属基体，加工成所需的形状大小，并根据待 制备的弱包镶能力的烧结金刚石铣刀的工作层高度、壁厚、直径及水口，制备放置胎体的模 具;其次，配制胎体，将金刚石与该胎体混合后装入石墨模具中，在烧结温度为600°C、压强 为14.3MPa条件下热压烧结，当混合料接近塑性状态时加压成型，烧结制成金刚石烧结体； 最后将该金刚石烧结体进行保温1.6min后，冷却至室温，待金刚石烧结体冷却后，将其钎焊 固定在金属基体上，即可。
[0028] 结合图2及图3可知，烧结金刚石钻头的金刚石存在着完整晶形、局部微破碎、大面 积及整体破碎以及脱落坑等情况，其中局部微破碎的情况较多，很难观察到金刚石的磨平 状态，说明胎体的磨损速度与金刚石的磨损速度保持同一性，金刚石能够及时出露，时刻保 持自锐性，具有较好的加工性能，且制备的烧结金刚石铣刀，胎体对金刚石的成型性好，包 镶能力弱，自锐性好，加工效率高。
[0029] 实施例2
[0030]胎体原料为:纯Cu粉36份，纯Zn粉43份，纯Co粉8份，纯Sn粉6份，纯Ti粉4份，纯Cr粉 3份。
[0031] 铣刀的工艺参数为：工作层高度为8.2mm，壁厚为3.4mm，铣刀直径为21mm，水口数 为6个，水口成圆孔形，水口直径为2.2_，金刚石粒度为70/80,金刚石浓度为108%。
[0032] 铣刀制备方法包括:首先选择合适的金属基体，并加工成所需的形状大小，并根据 待制备的弱包镶能力的烧结金刚石铣刀的工作层高度、壁厚、直径及水口，制备放置胎体的 模具;其次，配制胎体，将金刚石与胎体混合后装入石墨模具中，在烧结温度为620°C、压强 为14.6MPa条件下热压烧结，当混合料接近塑性状态时加压成型，烧结制成金刚石烧结体； 最后将金刚石烧结体进行保温1.9min后，冷却至室温，待金刚石烧结体冷却后，将其钎焊固 定在金属基体上制成金刚石铣刀。
[0033]本实施例制备的烧结金刚石铣刀，胎体对金刚石的烧结性好、包镶能力弱、自锐性 好且工作寿命长。
[0034] 实施例3
[0035]设计6组平行实验，基本步骤与实施例1相同，不同之处仅在于胎体的原料组分，分 别为：
[0036] 1、纯Cu粉29份，纯Zn粉47份，纯Co粉7份，纯Sn粉11份，纯Ti粉3份，纯Cr粉7份；
[0037] 2、纯Cu粉30份，纯Zn粉40份，纯Co粉12份，纯Sn粉10份，纯Ti粉4份，纯Cr粉6份；
[0038] 3、纯Cu粉32份，纯Zn粉45份，纯Co粉11份，纯Sn粉7份，纯Ti粉5份，纯Cr粉4份；
[0039] 4、纯Cu粉34份，纯Zn粉43份，纯Co粉9份，纯Sn粉9份，纯Ti粉7份，纯Cr粉5份；
[0040] 5、纯Cu粉36份，纯Zn粉46份，纯Co粉8份，纯Sn粉6份，纯Ti粉8份，纯Cr粉3份；
[0041 ] 6、纯Cu粉37份，纯Zn粉39份，纯Co粉13份，纯Sn粉5份，纯Ti粉9份，纯Cr粉2份。
[0042]将上述制得的铣刀进行性能检测，获得的实验结果如表1所示。
[0043]表1铣刀性能对照表
[0044]
[0045] 由表1可知，胎体原料组分的含量不同，制得的铣刀的性能存在差异。采用本发明 设定的胎体原料组分，即第2~5组，制得的弱包镶能力的烧结金刚石铣刀的烧结性能强、工 作寿命长，其中以第3~4组为胎体原料组分制得的铣刀的烧结性能及工作寿命最佳。这是 由于胎体成分间相互作用及对金刚石的作用随着胎体成分含量的变化而发生了改变。
[0046] 实施例4
[0047] 设计6组平行实验，基本步骤与实施例1相同，不同之处仅在于工作端的工作层高 度，分别将上述制得的铣刀进行性能检测，获得的实验结果如表2所示。
[0048]表2铣刀性能对照表
[0049]
[0050] 由表2可知，工作端的工作层高度不同，制得的铣刀的性能存在差异。采用本发明 设定的工作层高度，即7.6~8.2mm，制得的弱包镶能力的烧结金刚石铣刀的稳定性强，且加 工质量及工作寿命明显提高，其中以工作层高度为7.8~8.0mm制得的铣刀的综合性能最 佳。这是由于工作层高度较低，铣刀工作时稳定性较好，对工件的加工质量也会相应较好， 但由于铣刀的磨损，工作层高度较小时其工作寿命也会相应较小;而工作层高度较高时，铣 刀的稳定性和加工质量将会降低，虽然工作层高度较高，但由于加工的不稳定性，铣刀的工 作寿命也会降低。
[0051 ] 实施例5
[0052]设计6组平行实验，基本步骤与实施例1相同，不同之处仅在于铣刀壁厚，分别将上 述制得的铣刀进行性能检测，获得的实验结果如表3所示。
[0053]表3铣刀性能对照表
[0054]
[0055] 由表3可知，铣刀壁厚不同，制得的铣刀的性能存在差异。采用本发明设定的壁厚， 即2.9~3.4mm，制得的弱包镶能力的烧结金刚石铣刀的稳定性强，且加工质量及工作寿命 明显提高，其中以壁厚为3.1~3.3mm制得的铣刀的综合性能最佳。这是由于铣刀壁厚较小 时，其稳定性较差，也会影响加工质量使其相应降低，工作寿命一般较短;但当铣刀壁厚较 大时，其稳定性反而容易降低，加工质量降低，壁厚较大虽然有助于延长工作寿命，但由于 加工的不稳定性，工作寿命还是会相应降低些。
[0056] 实施例6
[0057]设计6组平行实验，基本步骤与实施例1相同，不同之处仅在于铣刀直径，分别将上 述制得的铣刀进行性能检测，获得的实验结果如表4所示。
[0058]表4铣刀性能对照表 [0059]
[0060]由表4可知，铣刀直径不同，制得的铣刀的性能存在差异。采用本发明设定的铣刀 直径，即17~21mm，制得的弱包镶能力的烧结金刚石铣刀的稳定性强，加工质量明显提高， 其中以铣刀直径为18~19mm制得的铣刀的综合性能最佳。这是由于铣刀直径较小时，其稳 定性较差，铣刀的加工质量也会因较差的稳定性而较差;铣刀直径增大有利于铣刀的稳定 性和加工质量，但过大反而会影响其稳定性和加工质量。
[0061 ] 实施例7
[0062]设计6组平行实验，基本步骤与实施例1相同，不同之处仅在于水口的直径，分别将 上述制得的铣刀进行性能检测，获得的实验结果如表5所示。
[0063]表5铣刀性能对照表
[0066]由表5可知，采用本发明设定的水口直径，即1.8~2.2mm，制得的弱包镶能力的烧 结金刚石铣刀的稳定性及排肩散热性能强，其中，以水口直径为1.9~2.1mm制得的铣刀的 综合性能最佳，这是由于水口直径较大易导致工作层稳定性下降，而较小则不利于排除细 肩及冷却液的流入，其散热效果差。
[0067] 实施例8
[0068] 设计6组平行实验，基本步骤与实施例1相同，不同之处仅在于金刚石的浓度，分别 将上述制得的铣刀进行性能检测，获得的实验结果如表6所示。
[0069] 表6铣刀性能对照表
[0070]
[0071] 由表6可知，金刚石浓度不同，制得的铣刀的性能存在差异。采用本发明设定的金 刚石浓度，即92%~108%，制得的弱包镶能力的烧结金刚石铣刀的加工效率及加工质量明 显提高，其中以金刚石浓度为96%~102%制得的铣刀的综合性能最佳。这是由于较低的金 刚石浓度，铣刀工作时参与工作的金刚石颗粒较少，加工效率较低，加工质量也会相应较 差;而当金刚石浓度较高时，虽然参与工作的金刚石颗粒较多，但金刚石与胎体成分间的结 合能力较弱，胎体磨损太快，反而会影响铣刀的加工效率和加工质量。
[0072] 实施例9
[0073] 设计6组平行实验，基本步骤与实施例1相同，不同之处仅在于烧结的温度，分别将 上述制得的铣刀进行性能检测，获得的实验结果如表7所示。
[0074] 表7铣刀性能对照表
[0077] 由表7可知，烧结温度不同，制得的铣刀的性能存在差异。采用本发明设定的烧结 温度，即600~620°C，制得的弱包镶能力的烧结金刚石铣刀的成型性佳，且加工效率及加工 寿命明显提高，其中，以烧结温度为608~612°C制得的铣刀的综合性能最佳。这是由于烧结 温度较低时，胎体的成型性得不到保证，从而影响加工效率及工作寿命;而当烧结温度过高 时，容易使金刚石的性能降低，成型性、加工效率及工作寿命会相应受到不利影响。
[0078] 实施例10
[0079] 设计6组平行实验，基本步骤与实施例1相同，不同之处仅在于烧结的压强，分别将 上述制得的铣刀进行性能检测，获得的实验结果如表8所示。
[0080] 表8铣刀性能对照表
[0081]
[0082]由表8可知，采用本发明设定的烧结压强，即14.3~14.6MPa，制得的弱包镶能力的 烧结金刚石铣刀的成型性佳，且加工效率及加工寿命明显提高，其中，以烧结压强为14.4~ 14.5MPa制得的铣刀的综合性能最佳，这是由于压强较小则会影响铣刀的成型性，材料结合 不紧密;而压强较大易则影响铣刀的结构误差。
[0083] 实施例11
[0084] 设计6组平行实验，基本步骤与实施例1相同，不同之处仅在于保温的时间，分别将 上述制得的铣刀进行性能检测，获得的实验结果如表9所示。
[0085]表9铣刀性能对照表
[0087]由表9可知，保温时间不同，制得的铣刀的性能存在差异。采用本发明设定的保温 时间，即1.6~1.9miη，制得的弱包镶能力的烧结金刚石铣刀的成型性佳，且加工效率及加 工寿命明显提高，其中，以保温时间为1.7~1.8min制得的铣刀的综合性能最佳。这是由于 过短的保温时间不利于胎体的成型性，加工效率低，工作寿命短;而过长的保温时间以对金 刚石的性能造成伤害，对铣刀的成型性、加工效率及工作寿命造成不利影响。
【主权项】
1. 一种弱包镶能力的烧结金刚石铣刀胎体，其特征在于按重量份数包括如下原料:Cu 粉30~36份、Zn粉40~46份、Co粉8~12份、Sn粉6~10份、Ti粉4~8份及Cr粉3~6份。2. 根据权利要求1所述的弱包镶能力的烧结金刚石铣刀胎体，其特征在于:所述Cu粉32 ~34份、Zn粉43~45份、Co粉9~11份、Sn粉7~9份、Ti粉5~7份及Cr粉4~5份。3. -种铣刀，其特征在于:包括由基体（1)和金刚石烧结体(2)组合而成的工作端，并在 金刚石烧结体(2)上设有水口（3)，同时该金刚石烧结体(2)由权利要求1或2所述的烧结金 刚石铣刀胎体及金刚石混合而成，其中，金钢石粒度为50/60~70/80、浓度为92~108%，工 作端的工作层高度为7.6~8.2mm，壁厚为2.9~3.4mm，直径为17~21_。4. 根据权利要求3所述的铣刀，其特征在于：所述工作端（1)的工作层高度为7.8~ 8.0mm〇5. 根据权利要求3所述的铣刀，其特征在于:所述水口（3)有6个。6. 根据权利要求5所述的铣刀，其特征在于:所述水口（3)的直径为1.8~2.2mm。7. -种制备权利要求3至6任一项所述铣刀的方法，其特征在于包括如下步骤： (1) 选用基体并根据待制备的弱包镶能力的烧结金刚石铣刀的工作层高度、壁厚、直径 及水口，制备放置胎体的模具； (2) 配制胎体，并将其与金刚石混合，置于上述模具中，在烧结温度为600~620°C、压强 为14.3~14.6MPa条件下制成金刚石烧结体； (3) 将上述金刚石烧结体保温1.6~1.9min，冷却至室温后，将其固定于基体上，即可制 得弱包镶能力的烧结金刚石铣刀。8. 根据权利要求7所述的制备铣刀的方法，其特征在于：步骤（2)中，所述烧结温度为 608 ~612。。。9. 根据权利要求7所述的制备铣刀的方法，其特征在于：步骤（2)中，所述烧结压强为 14.4~14.5MPa〇10. 根据权利要求7所述的制备铣刀的方法，其特征在于:步骤(3)中，所述将金刚石烧 结体保温1.7~1.8min。
【文档编号】B22F7/06GK105970071SQ201610298662
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】高超, 吴国荣, 王生
【申请人】江苏科技大学