內孔冷卻聚晶金剛石螺紋高速成形刀具製造方法
2023-10-21 01:32:52
專利名稱：內孔冷卻聚晶金剛石螺紋高速成形刀具製造方法
技術領域：
本發明涉及的是一種機械加工技術領域的刀具製造方法，具體是一種內孔冷卻聚 晶金剛石螺紋高速成形刀具製造方法。
背景技術：
隨著汽車工業的發展，發動機技術正在不斷發展。矽鋁合金髮動機缸體已經大量 代替了原有的鑄鐵發動機缸體。為了提高缸體加工效率與加工精度，高速切削技術已經在 發動機製造中得到廣泛應用。現有的缸體加工主要使用高性能塗層硬質合金刀具。矽鋁合金具有密度小，硬度高，強度高，耐磨性好等特點，是代替鑄鐵製造發動機 的理想材料。但是矽鋁合金的切削加工性比較差，尤其是矽含量高於12. 6%後，使用硬質合 金刀具加工難度更大，刀具磨損嚴重。這主要是因為矽鋁合金中含有很多硬度很高的硬質 點，它們主要是矽顆粒，這些硬質點不僅會加劇刀具磨損，還會引起塗層異常脫落。聚晶金 剛石刀具具有硬度高、導熱性好、熱膨脹係數低、刃口鋒利等優點，廣泛應用於非金屬材料 和有色金屬材料的高速切削加工，是加工這種矽鋁合金的理想刀具材料。螺紋銑削作為一種新型的螺紋加工工藝是對傳統螺紋切削和成形加工的一種替 代方法，以其加工效率高、表面質量好、螺紋質量高、尺寸精度高、穩定性好及生產成本低等 優點，在螺紋加工中得到了廣泛的應用。直槽型焊接式內孔冷卻聚晶金剛石(PCD)螺紋成 形刀具是一種新型螺紋成形刀具，它可以代替硬質合金刀具完成高速、精密螺紋加工。這種 刀具主要由硬質合金刀體、聚晶金剛石刀片組成。這種刀具的切削刃經過特殊設計，通過 增加刃帶的方法達到了刃口強化的作用。由於這種刀具結構比普通P⑶刀具複雜很多，而 且其應用場合多為高速精密加工，因此其製造工藝相對要複雜很多，尤其是製造過程中的 工藝複合問題是難點。本專利中主要是將硬質合金精密磨削工藝、硬質合金深孔加工工藝、 P⑶刀片焊接工藝以及P⑶刀片複雜刃形成形工藝合理地結合在一起，比起現有的P⑶刀具 製造工藝來說更加地複雜。經過對現有技術的檢索發現，已有的PCD刀具製造工藝主要是針對不具有複雜刃 形的P⑶車刀、鑽頭的製造工藝。例如中國專利文獻號CN101530975中介紹了一種高精度 圓弧刃金剛石車刀製備方法，這個專利中所採用的金剛石刀具採用傳統的磨削方式加工出 圓弧刃，而磨削加工方式在加工複雜刃形上比電火花加工的效率低且成本較高。聚晶金剛 石螺紋成形刀具是一種全新的螺紋精密加工刀具，如何將PCD片焊接在刀體上並使之成為 所需的刃形，必須有一套全新的工藝來製造這種刀具。
發明內容
本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種內孔冷卻聚晶金剛石螺紋高速成 形刀具製造方法，實現了硬質合金直柄直槽型焊接式內孔冷卻聚晶金剛石(PCD)螺紋高速 成形刀具的高效精密製造技術。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明首先將硬質合金刀體進行磨削加工，然後再硬質合金刀體上打冷卻孔並進行PCD片焊接，最後使用慢走絲切割機對PCD片進行 線切割，實現刀具製造。所述的磨削加工是指採用精密數控磨床將毛坯磨削出圓跳動達到10微米以內 的刀柄。所述的打冷卻孔是指採用電火花打孔機在鑽柄中心打出直徑為2mm的主冷孔及 兩個分別與主冷孔夾角為35°的直徑為Imm的側冷孔。所述的P⑶片焊接是指通過高頻焊機將P⑶刀片焊接到硬質合金刀柄上。所述的使用慢走絲切割機對PCD片進行線切割是指1)粗加工採用脈衝電壓180v，脈衝電流37A，磨削深度彡Imm對P⑶片進行粗加 工，放磨出0. 02mm的餘量的刀片輪廓；2)精加工採用脈衝電壓160V，脈衝電流6A，磨削深度彡0. 05mm對P⑶刀片進行 精加工，放磨出0. 005mm的餘量的刀片輪廓；3)超精加工採用磨削深度彡0. 005，脈衝電壓30 100V，脈衝電流到1 4A對 P⑶刀片進行超精加工，使得道具尺寸達到最終刀片輪廓要求；4)極精加工採用磨削深度< 0. 005，脈衝電壓30 50V，脈衝電流到1 2A對 PCD刀片進行極精加工並重複進行第3步驟，提高表面質量，形成最終刀片輪廓。與現有技術相比，本發明採用單一電火花技術在P⑶刀片上不經過二次裝夾加工 出複雜的精密刃形是本專利的一個創新之處。以往的PCD切削刃成形技術主要是採用傳統 電火花工藝與磨削工藝分步進行，但磨削方法費時，且有些複雜刃型無法通過磨削來實現， 以往都是通過降低刀具刃口質量來用電火花加工實現複雜刃型的P⑶刀具的成型。這又影 響了刀具刃口的強度和精度。為了實現既保證複雜刀具刃口質量與精度又使刀具具有可加 工性，採用了粗、精、超精、極精密加工的電火花加工流程。在工藝流程上保證了該PCD刀具 的表面質量，並使其通過熨壓放電作用釋放了表面應力，提高該PCD刀具的使用壽命。
圖1為實施例效果示意圖。
具體實施例方式下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施 例。第一步，在SAACK數控工具磨床上將硬質合金毛坯磨製所需尺寸。磨削參數為轉 速 10000r/min，進給 30mm/min。第二步，使用電火花打孔機在刀體中心打一個直徑為2mm的主冷卻孔，再在主冷 卻孔下端打兩個直徑為Imm的側冷孔。為保證刀具設計要求，主冷孔的加工參數為脈間 19，管數06，伺服30，電容1，壓力5，極間電壓15 20，極間電流34。側冷孔的加工參數為 脈寬59，脈間19，管數05，伺服30，電容1，壓力7，極間電壓15 20，極間電流27。電火花 打孔機在刀具加工過程中為耗時最多的工序。必須通過加工參數的調整來實現加工效率的 提高。一般加工過程中，某一種材料的刀具打孔參數都不變。本發明創造性的使用試驗來證明了 通過調整電極絲加工參數可以實現同種材料不同結構的加工效率最優化。並給出 本發明適用的加工參數。經試驗驗證，分開參數進行加工比不調整參數效率高50%以上。第三步，P⑶刀片焊接。焊接採用高頻焊機，使用紅外測溫設備構成的閉環溫度控 制系統來控制溫度範圍為450 550°C。500°C為本刀具的最佳焊接溫度。通過對比試驗， 對於低於450°C的焊接溫度，會出現焊接縫隙無法填滿，加熱時間過長等缺點，直接影響了 螺紋高速成形刀具刀片與刀體的連接強度。溫度超過600°C在加熱的過程中，螺紋高速成形 刀具刀片就會發生表面碳化，影響刀具前刀面。焊接完畢保溫20分鐘，保溫時間如果太短， 低於10分鐘，會出現PCD刀片的斷裂。保溫時間過長直接影響加工生產效率。同時也會在 保溫過程中帶入更多的雜質，影響刀具的切削性能，自然冷卻後進行噴砂處理(該步非常 關鍵，如果不做會直接影響到刀具最終的形態，如鏽蝕等)。第四步，P⑶刀片線切割。粗加工參數脈衝電壓180v，脈衝電流37A，磨削深度 ^ Imm0精加工參數脈衝電壓160V，脈衝電流6A，磨削深度< 0. 05mm。超精與極精加工參 數遞減，磨削深度彡0. 005，脈衝電壓降低到30 100V，脈衝電流降低到1 4A。經試驗得 到的結論並通過驗證，該參數為螺紋高速成形刀具的最優線切割參數，使用該參數切割的 刀體，其後刀面以及刀刃效果都為最優。如圖1所示，為本實施例製備得到的螺紋高速成形刀具，其中1為螺紋高速成形刀具的硬質合金刀體；2為螺紋高速成形刀具的主冷卻孔(直徑 為2mm) ；3為螺紋高速成形刀具的側冷卻孔(直徑為Imm)，側冷孔與刀柄軸線夾角為35° ； 4為經過加工後的螺紋高速成形刀具的PCD刀片部分。
權利要求
1. 一種內孔冷卻聚晶金剛石螺紋高速成形刀具製造方法，其特徵在於，首先將硬質合 金刀體進行磨削加工，然後再硬質合金刀體上打冷卻孔並進行PCD片焊接，最後使用慢走 絲切割機對P⑶片進行線切割，實現刀具製造。
2.根據權利要求1所述的內孔冷卻聚晶金剛石螺紋高速成形刀具製造方法，其特徵 是，所述的磨削加工是指採用精密數控磨床將毛坯磨削出圓跳動達到10微米以內的刀 柄。
3.根據權利要求1所述的內孔冷卻聚晶金剛石螺紋高速成形刀具製造方法，其特徵 是，所述的打冷卻孔是指採用電火花打孔機在鑽柄中心打出直徑為2mm的主冷孔及兩個 分別與主冷孔夾角為35°的直徑為Imm的側冷孔。
4.根據權利要求1所述的內孔冷卻聚晶金剛石螺紋高速成形刀具製造方法，其特徵 是，所述的PCD片焊接是指通過高頻焊機將PCD刀片焊接到硬質合金刀柄上。
5.根據權利要求1所述的內孔冷卻聚晶金剛石螺紋高速成形刀具製造方法，其特徵 是，所述的使用慢走絲切割機對PCD片進行線切割是指1)粗加工採用脈衝電壓180v，脈衝電流37A，磨削深度<Imm對P⑶片進行粗加工， 放磨出0. 02mm的餘量的刀片輪廓；2)精加工採用脈衝電壓160V，脈衝電流6A，磨削深度<0. 05mm對P⑶刀片進行精加 工，放磨出0. 005mm的餘量的刀片輪廓；3)超精加工採用磨削深度彡0.005，脈衝電壓30 100V，脈衝電流到1 4A對P⑶ 刀片進行超精加工，使得道具尺寸達到最終刀片輪廓要求；4)極精加工採用磨削深度<0. 005，脈衝電壓30 50V，脈衝電流到1 2A對P⑶刀 片進行極精加工並重複進行第3步驟，提高表面質量，形成最終刀片輪廓。
全文摘要
一種機械加工技術領域的內孔冷卻聚晶金剛石螺紋高速成形刀具製造方法，首先將硬質合金刀體進行磨削加工，然後再硬質合金刀體上打冷卻孔並進行PCD片焊接，最後使用慢走絲切割機對PCD片進行線切割，實現刀具製造。本發明實現了硬質合金直柄直槽型焊接式內孔冷卻聚晶金剛石(PCD)螺紋高速成形刀具的高效精密製造技術。
文檔編號B23P15/36GK102000959SQ20101055348
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月19日 優先權日2010年11月19日
發明者劉鋼, 安慶龍, 蕭偉鋒, 薛鍇, 鄭小虎, 陳孝光, 陳明 申請人:上海交通大學, 上海工具廠有限公司