[发明专利]一种内凹形复杂轮廓PCD刀具的超精密高效制备工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及超硬材料加工领域领域，特别是涉及一种内凹形复杂轮廓PCD刀具的超精密高效制备工艺方法。

背景技术

聚晶金刚石（PCD）自1972年问世后，由于继承了金刚石的高硬度与耐磨性，使得PCD刀具在加工各种有色金属和非金属材料时能够获得高的生产效率；同时，因其硬质合金基底与一般金属之间良好的焊接性能，使得刀具的抗弯强度得以大幅度提升。

PCD刀具的加工优势主要在于：更高的材料切削，提高了生产周期；每班能加工更多的零件。与传统的切削刀具相比，切削速度、进给速度显著加快。同时，工件质量大大提高、尺寸控制卓越、表面精度一致、废品率低以及刀具寿命长等特点。

PCD刀具根据刀片的不同牌号，应用于不同的加工场合。例如，1600牌号的刀片适合加工要求高表面光洁的铝、铜、贵重金属、合成木材等；1800牌号的刀片具有双峰式晶体，适用于极严苛的加工，如玻璃纤维、高密纤维板、叠层地板等。然而，现阶段出现一些复杂的轮廓凸曲面类的工件，例如，手机铝制外壳的边缘轮廓、汽车成型铝制零件等场合。

PCD刀具的材料、形状、几何角度、制造工艺决定着刀具的切削性能。其中，制造工艺的好坏直接影响刀具的使用寿命。聚晶金刚石、单晶金刚石都属于超硬材料，因此，采用传统的挤压式切削无法实现刀具的功能，更谈不上能够满足耐热性、耐磨性、抗冲击韧性等性能指标。现阶段，国内外对于PCD的加工手段主要有磨削加工、电火花腐蚀加工、激光加工、化学加工等。磨削加工的优点是后刀面能够形成一定的微观凹槽，可有效储存切削液体，提高刀具的使用寿命。缺点是刃磨时间长，加工工时长；其次，由于砂轮尖点加工PCD的局限性，无法加工内凹形复杂轮廓。化学加工方法可使得加工后表面质量高，但刀具尺寸精度难以控制，因此，不适用于轮廓类刀具。

电腐蚀加工表面的金刚石层其表层碳主要以非晶态形式存在，非晶态与晶态相比，有较好的力学性能，但是，由于电火花是一种高温放电的加工方式，使得聚晶金刚石表层存在明显石墨化现象，因此，电腐蚀加工方法适用于内凹形复杂轮廓的粗加工。

激光加工过程是一种光热反应过程。由于激光加工属非接触加工，刀具的加工变形及热变形小，加工速度快、效率高，因此可以胜任对PCD刀具的切削刃、后刀面以及融屑槽的精加工。但由于激光仍属于热加工，加工表面仍存在微石墨化层。电火花及激光加工的参数决定着石墨层的厚度。

因此，传统的刀具制备工艺已经无法满足内凹形复杂轮廓PCD刀具的使用性能及寿命的要求，迫切需要一种新的制备工艺技术来进行内凹形复杂轮廓PCD刀具的加工，减少加工时间，降低加工后刃口的崩缺，增加刀具的使用寿命。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种内凹形复杂轮廓PCD刀具的超精密高效制备工艺方法，能够提高内凹成型刀具的加工速率，缩短了复杂成型刀具的生产周期，降低了加工成本，获得了良好的刃口质量。刃口崩刃尺寸可控制在2微米以内，齿形轮廓一致性好。加工苹果手机外壳成型轮廓寿命可达1500件。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种内凹形复杂轮廓PCD刀具的超精密高效制备工艺方法，包括以下步骤：

1）PCD复合片切割：利用线切割的方法分别将16P及12P的PCD复合片切割成若干块PCD刀片；

2）刀片焊接：将PCD刀片焊接在刀具基体上，得到PCD刀具；

3）PCD刀具后刀面的加工：按照内凹型复杂轮廓刀具后角的设计要求，利用电腐蚀加工装置对PCD刀具进行电腐蚀线切割处理，得到具有低粗糙度后刀面的PCD刀具；其中，电腐蚀加工参数为：电压160~180V，电流7~30A，脉宽6~12微秒，脉冲间隙80~140微秒。

4）PCD刃口及其第一后角的加工：按照内凹型复杂轮廓刀具刃口的设计要求，利用激光切割装置对PCD刀具进行激光切割处理；其中，切深0.07~0.5mm，切宽0.02~0.07mm，焦距位置为0mm，入射角为5~10°，脉宽为0.8微秒，频率为1538~3125HZ，激光功率为25~70W。

在本发明一个较佳实施例中，在步骤2）中，在焊接前对PCD复合片的硬质合金面进行喷砂处理，并依次进行倒角、锉削等工艺。

在本发明一个较佳实施例中，在步骤2）中，在焊接中控制焊接温度为700°C，焊接时间为5min。

在本发明一个较佳实施例中，在步骤2）中，在焊接后，将刀具放入真空炉进行缓慢冷却。