[发明专利]一种超硬磨料工具及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超硬磨料工具，尤其涉及一种超硬磨料工具及其制造方法。

背景技术

目前，金属结合剂超硬磨料工具的制作方法主要有电镀法、烧结法和高温钎焊法三种。

电镀超硬磨料工具以镍或镍合金作为镀层金属结合剂，但磨料与镀层金属之间仅存在机械镶嵌作用，镀层金属对磨料把持强度低，磨料出露高度低。烧结超硬磨料工具采用钴、铁、锡、青铜、镍合金为主要金属结合剂材料，由于磨料与金属结合剂难以形成化学结合，磨料也只是被机械包埋在金属结合剂中，金属结合剂对磨料把持强度低，工具出刃能力差。因此，这两种工具在重负荷作业时磨料会过早脱落，磨料利用率低，工具寿命短，加工效率低。

为了解决上述问题，近十多年来，国内外学者研究利用钎焊法制作超硬磨料工具。钎焊超硬磨料工具，其原理是利用高温钎焊方法通过磨料、钎料和基体三者之间的化学冶金反应实现对磨料的牢固把持，使其具有加工效率高、容屑空间大、磨料利用率高、工件表面不易烧伤等显著优势。因单层钎焊超硬磨料工具制作容易，目前，材料加工领域以单层钎焊超硬磨料工具为主，但单层钎焊超硬磨料工具在使用过程中暴露出以下问题：由于钎焊金刚石锯片、磨轮、串珠的工作区域分别为锯片基体的外圆周面、磨轮与串珠基体的外圆柱面，这些面上的金刚石磨料几乎同时参加切磨削加工，几乎同时磨钝后，因与结合剂结合强度高不易脱落，与加工对象接触面积增大，切削阻力大，金刚石磨料难以破碎重新出刃，切割效率与加工质量降低，若减少工具表面的金刚石数量，虽切割力小，切割效率高，但工具寿命短。

发明内容

本发明的目的是提供一种加工效率高、使用寿命长、加工质量好的超硬磨料工具。

本发明的技术方案如下：

一种超硬磨料工具，包括基体、超硬磨料和钎焊金属结合剂，所述基体的外周缘设有多个分齿段，相邻分齿段之间设有排屑槽，所述分齿段上有多个窄齿，每个分齿段上的窄齿高度在径向上周期性先逐级降低后升高，所述超硬磨料通过钎焊金属结合剂固定在分齿段的工作区域上且固定于窄齿外圆面上的超硬磨料呈阶梯式有序排列。

优选地，该超硬磨料工具包括基体、超硬磨料和钎焊金属结合剂，所述基体外径大小范围为60～200mm，基体宽度范围为0.6～100mm，所述分齿段个数为4～16个，所述排屑槽形状为钥匙槽或U型槽或鱼钩槽。

更优选地，该超硬磨料工具包括基体、超硬磨料和钎焊金属结合剂，所述窄齿数范围为50～260个，窄齿宽度范围为1.5～2.5mm，相邻窄齿的径向高度之差均为Δh，Δh的大小范围为0.6d～d(d为超硬磨料的直径)。

更优选地，该超硬磨料工具包括基体、超硬磨料和钎焊金属结合剂，所述窄齿在径向高度变化的一个周期内的个数为3或5或7或9。

优选地，该超硬磨料工具包括基体、超硬磨料和钎焊金属结合剂，所述超硬磨料为金刚石或CBN，所述钎焊金属结合剂材料为Ni基合金或Cu-Sn-Ti合金或Ag-Cu-Ti合金。

优选地，该超硬磨料工具包括基体、超硬磨料和钎焊金属结合剂，所述分齿段上工作区域的径向高度a范围为4～15mm。

该超硬磨料工具的制造方法，包括窄齿有序排列的优化设计方法和超硬磨料工具的制作方法。分别叙述如下：

(1)窄齿有序排列的优化设计方法

根据加工材料的性质和加工要求确定超硬磨料的种类、粒度。对于超硬磨料工具本身而言，在钎焊金属结合剂材料、超硬磨料种类、粒度和结合强度已定的情况下，窄齿有序排列是决定超硬磨料工具综合加工性能的最重要因素，这里的窄齿有序排列参数包括窄齿在径向高度变化的一个周期内个数n、相邻窄齿的径向高度之差Δh以及窄齿外圆面上超硬磨料数m。

结合切磨削加工理论与工艺实践，本发明为优化超硬磨料工具的窄齿有序排列提供了一种切实可行的方法，即物理数学建模方法，它是在若干简化的假设前提下，按照基本的物理原则建立数学模型，并通过所建立的数学模型完成优化设计窄齿有序排列的一种方法。以超硬磨料工具在加工工件材料过程中的加工效率V最高、使用寿命S最高作为窄齿有序排列优化的目标函数：

V＝V(a_p，w，D，h_e，k，Δh,n，P)

S＝S(a_p，w，D，b，k，m，σ_a，P)式(Ⅰ)