[发明专利]一种大长径比微小径超硬刀具棒料及其制备方法

说明书

本发明中提供一种大长径比微小径超硬刀具棒料，具有过渡段结构，该结构可以对棒料的有效工作部分起到支撑保护作用，提高棒料的整体强度。本发明提出的一种大长径比微小径超硬刀具棒料制备方法，通过结合特殊的切割、焊接工艺，可以制造出有效工作部分长度远大于超硬刀具材料复合片总厚度的超硬刀具棒料，无需定制特殊尺寸超硬刀具材料复合片就可以制造出大长径比微小径超硬刀具棒料，降低了刀具棒料的制作成本，该棒料整体力学性能和加工稳定性更好，更易保证超硬微细刀具的制造质量和切削性能。

技术领域

本发明涉及一种大长径比微小径超硬刀具棒料及其制备方法，属于刀具制造技术领域。

背景技术

随着高新技术的不断发展，具有复杂结构的微小型零件在国防和民用领域的应用越来越广泛，这些微小型零件多采用高温合金、钛合金、硬质合金、碳化硅陶瓷等典型难加工材料制成，在加工过程中极易造成刀具磨损失效等问题，进而影响零件的加工质量和加工效率。而聚晶金刚石(PCD)、聚晶立方氮化硼(PCBN)等超硬刀具材料具有高强度、高硬度、高耐磨性、高导热系数、热变形小、各向同性等优点，由这类刀具材料所制造的超硬微细刀具耐磨性好且切削刃锋利度高，因此在微小型零件的精密加工方面具有显著优势。

用于制造超硬微细刀具的棒料通常采用三段式(图1(a))或(图1(b))五段式结构，其制造流程主要是采用电火花线切割或激光切割的方式从超硬刀具材料复合片上切割出圆柱复合片块，再将圆柱复合片块与硬质合金刀柄通过高频感应焊接的方式固结，进而得到超硬微细刀具棒料。如图1所示，这种超硬微细刀具棒料通常将焊接区域设置在刀颈处，焊缝越靠近刀柄方向，焊接区域面积越大，超硬刀具棒料的焊接强度越高，但这样用于形成切削刃的超硬刀具棒料的有效工作长度就越短，因此，超硬微细刀具棒料的有效工作长度严重受到超硬刀具材料复合片总厚度的限制。而且，目前市面上常见的超硬刀具材料复合片的总厚度小于8mm,超硬材料层厚度小于1mm，利用市面上常规尺寸的超硬刀具材料复合片难以制造出长径比较大的超硬微细刀具棒料。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种大长径比微小径超硬刀具棒料及其制备方法，可以利用常规尺寸超硬刀具材料复合片制造出长径比10以上的超硬微细刀具棒料。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种大长径比微小径超硬刀具棒料，包括刀柄、刀颈、过渡段和有效工作部分，是由硬质合金棒材基体和超硬材料样块焊接组合而成。

本发明还提供了一种大长径比微小径超硬刀具棒料制备方法，包括以下步骤:

步骤1：硬质合金棒材基体精磨加工。采用段差磨削方法精磨出三段式硬质合金棒材基体，所述硬质合金棒材基体包括刀柄、刀颈和过渡段，刀颈为圆台结构，刀柄和过渡段为圆柱体结构；

步骤2：超硬材料样块激光/电火花切割加工。超硬刀具材料复合片包括超硬材料层和支撑层，通过激光加工或电火花线切割方法从超硬刀具材料复合片的超硬材料层切割出圆柱体或长方体的超硬材料样块；

步骤3：硬质合金棒材基体端面上微孔加工。利用电火花穿孔机在硬质合金棒材基体的过渡段端面上加工出微小盲孔，为后续插焊工艺预制出焊接孔；所述微小盲孔的截面形状为圆形或正方形，微小盲孔与硬质合金棒材基体同轴；

步骤4：插焊工艺。将超硬材料样块插入微小盲孔中，并在两者间隙中填充满钎焊焊料，采用真空钎焊方法将超硬材料样块与硬质合金棒材基体结合在一起，获得超硬刀具毛坯棒料，露出硬质合金棒材基体外的超硬材料样块部分形成超硬刀具毛坯棒料的有效工作部分；

步骤5：超硬刀具毛坯棒料激光减径加工。采用激光加工的方式对超硬刀具毛坯棒料进行外圆车削减径加工，将有效工作部分减径加工至合适的尺寸，同时修正步骤4中由于插焊工艺带来的硬质合金棒材基体和超硬材料样块的同轴度误差，形成大长径比微小径超硬刀具棒料。

进一步地，所述超硬刀具材料复合片为聚晶金刚石(PCD)复合片或聚晶立方氮化硼(PCBN)复合片。