[发明专利]超硬质合金刀具及其切削系统与切削方法

说明书

(一)技术领域

本发明属新材料技术领域，具体涉及一种采用新型加工方法加工一种新型材质刀具基体所形成的超硬质合金刀具。

(二)背景技术

切削加工是现代制造业应用最广泛的加工技术之一。据统计，国际切削加工在整个制造加工中所占比例约为80％～85％，而在国内这一比例则高达90％。刀具是切削加工中不可缺少的重要工具，无论是普通机床，还是先进的数控机床(NC)、加工中心(MC)和柔性制造系统(FMC)，都必须依靠刀具才能完成切削加工，刀具的发展对提高生产率和加工质量具有直接影响。

刀具行业是一个比较特殊的行业，肩负着为制造业提供关键装备---数控刀具的重任。制造业的水平往往受刀具行业整体水平的影响较大，而制造业的发展也会促进刀具行业的发展，两者可以说是相互促进相互制约。随着制造业的持续发展，刀具行业必将快速、稳步发展。根据制造业发展的需要，多功能复合刀具、智能刀具、高速高效刀具将成为时代的新宠。面对日益增多的难加工材料，刀具行业必须在改进原有的刀具材料、研发新的刀具材料及寻找更合理的刀具结构方面多下功夫，以解决制造业面临的越来越多的加工难题。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种以一种高硬度的新材料，通过电流切削加工制成的一种超硬、耐磨的超硬质合金刀具。

本发明的超硬质合金刀具是这样实现的：刀具的基体材质以50Mn2V为主，另包括用来提高刀具硬度的质量百分比分数为3％～5％Al和0.5％～3％Si，还包括质量百分比分数为0.1％～0.3％的微量WC-Co。

本发明的另一目的在于提供一种可广泛应用于各种切削加工中，可有效提高切削加工的速度、效率、寿命的切削系统与切削方法。

本发明的切削系统包括置于数控工作台上的直流电动机、脉冲电源、油槽、圆盘电极、放电间隙检测单元和伺服控制单元，油槽内盛放有煤油，直流电动机、脉冲电源分别连接圆盘电极，圆盘电极部分浸在煤油内，伺服控制单元分别连接工件和放电间隙检测单元，放电间隙检测单元同时连接脉冲电源和圆盘电极。

本发明的切削系统还有这样一些技术特征：

1、所述的脉冲电源为晶体管开关型高压RC脉冲电源，其包括依次电连接的倍压整流电路、泄放回路、整形电路、延时电路、快速开关二极管和超高速光藕采样电路，泄放回路、整形电路和快速开关二极管之间连接有大功率晶体管和大功率阻尼二极管，泄放回路包括续流二极管、大功率绕线电阻和电感，续流二极管与串联连接的大功率绕线电阻和电感并联连接。

本发明的切削方法为：以上所述的切削系统中采用紫铜圆盘做电源正极，通过脉冲放电的方式对刀具材质进行切削加工，加工时，直流电动机带动工具电极高速旋转，与此同时，工件一方面沿Y轴方向作伺服进给运动，另一方面沿X轴方向作往复运动，其中工序规格为高速1～35m/s和大应变率103～107/s，刀具的钝圆半径ρ≤0.1～0.5μm；表面粗糙度Ra≤0.022μm；波纹度≤1/6～1/10λHe～Nei波长；平面度≤0.02μm。

本发明超硬质合金刀具有两方面的特点：

1、刀具的基体材质：现代切削加工需要的是切削速度，而高速切削通常是在高温或高压的条件下才能达到高速切削的目的，这就对刀具的硬度与承受高温高压的能力提出了严格的要求。由于刀具的硬度、抗弯强度以及承受高温高压的能力是由基体材质决定的，因此基体的材质直接影响刀具的切削效率，这里需要超硬、耐磨、能够承受高温高压的新型基体材质。

2、刀具基体的加工：高硬度的基体材质加工非常困难，通常采用砂轮研磨的技术，但是对于本发明中涉及的刀具基体，由于硬度更高，通过普通的砂轮研磨效率太低，针对这种情况，必须研制一种快速的加工方式来解决这一问题。

基于以上两点，本发明的超硬质合金刀具有如下特点：

1、刀具的基体材质以50Mn2V为主，另加入3％～5％的AL和0.5％～3％的Si来提高刀具的硬度，使硬度达到1300～2200HR、能够承受高温(300～1200℃)、高压(100～10000N/mm²)。

2、由于材质的硬度过高会导致材质发脆、易崩裂和出现断痕，因此再加入0.1％～0.3％的微量WC-Co来提高材质的韧性，使得材质的抗弯强度达到2500～3800Mpa

3、通过是以旋转的紫铜圆盘电极作工具，通过脉冲放电对基体进行切削加工，如图1所示：