CN110814870B - 金刚石刀具刃口预钝化方法 - Google Patents

Abstract

本发明为金刚石刀具刃口预钝化方法，解决金刚石刀具在使用初期有一定的崩刃率而导致寿命不稳定问题。将金刚石刀具的前后刀面的交界刃口处与刃口预钝化装置的含金刚石微粉尼龙刷相对运动，使金刚石刀具刃口缓慢均匀磨损，达到如下参数：在前后刀面的交界刃口处形成的圆弧的值R＜0.01mm、前刀面与刃口形成的第1斜坡长度＜100μm，第1斜坡与前刀面夹角：‑1°～‑2°，后刀面与刃口形成的第2斜坡长度＜200μm，第2斜坡与前刀面夹角：‑1～‑2°。

Description

金刚石刀具刃口预钝化方法

技术领域

本发明与金刚石刀具刃口预钝化方法相关，尤其与金刚石刀具刃口切削区的预钝化磨损有关。

背景技术

金刚石（PCD）刀具硬度极高，耐磨性好，缓慢的磨损能长时间保持工件的表面光洁度与尺寸。但是由于金刚石的高硬度同时来带来较大的脆性，已经证明，PCD刀具在使用中有一个特殊的磨损曲线（图3），前期的快速磨损、中期的非常缓慢的磨损、后期的急剧磨损乃至崩刃。以一款寿命为10000件的铝合金加工PCD刀具为例，前期磨损期加工工件约为400件，中期缓慢磨损期加工工件约为9600件，而后则光洁度超差换刀。

并且研究表明还有约8%的PCD刀具由于在前期快速磨损期间产生不可控的刃口失效，导致刀具提前崩缺，在中期使用时候达不到预期的寿命，从而导致刀具寿命不稳定。

传统的未预钝化的成品PCD刀具在使用过程光洁度“先降、再缓慢上升”，需再在加工四五百件工件后停机检测工件尺寸是否有无变大，生产效率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种解决金刚石刀具由于在前期快速磨损期间产生不可控的刃口失效，导致刀具提前崩缺，在中期使用时候达不到预期的寿命，使刀具的寿命稳定性高、加工的产品光洁度稳定的金刚石刀具刃口预钝化方法。

本发明是这样实现的：

金刚石刀具刃口预钝化方法，金刚石刀具的后刀面3圆平面，前刀面2为圆锥面，金刚石刀具的前刀面2与后刀面3的交界处为圆环形刃口1，使刃口1与预钝化装置的含金刚石微粉尼龙刷相对运动，使金刚石刀具刃口1缓慢均匀磨损，达到如下参数：前刀面2与刃口连接处形成的第1斜坡5的长度＜100μm，第1斜坡与前刀面夹角：-1°～-2°，后刀面与刃口连接处形成的第2斜坡6的长度＜200μm，第2斜坡与前刀面夹角：-1～-2°，刃口1的由第1、2斜坡连接处形成的圆弧的值R＜0.01mm。

刃口预钝化装置包括主轴、尼龙刷盘7，主轴垂直安放，其下端安装尼龙刷盘7，尼龙刷盘的周边有一圈含金刚石微粉的尼龙刷，主轴可旋转，可上下进给，可左右方向平动，工作台安装一刀具接柄8，刀具接柄可水平与垂直方向调整角度，可自动旋转。

在工作台上的刀具接柄8安装磨削完成的金刚石刀具产品，根据实际刀尖与前后刀面形成的夹角，调整工作台角度使刀尖朝上，使前后刀面的角平分线位于垂线位置，而后调整主轴上的尼龙刷盘相对于刃口的位置，要求尼龙刷软毛边缘侵入刀具不小于2mm，位置调整完毕后尼龙刷盘7做匀速旋转，工作台的金刚石刀具也随轴自转，含金刚石微粉的尼龙软毛与刀具刃口形成一个相对旋转动作，二者形成一个线速度为130～150米/分的均匀且连续的相对运动，使得刀尖缓慢均匀磨损，通过检测可以测量金刚石刀具的前后刀面，刃口的预钝化值，从而调整钝化时长与工作台角度而实现所需求的参数。

尼龙刷盘7直径为200mm，尼龙刷盘的转速为200转/分，刀具接柄8的转速为100转/分，金刚石刀具的直径为φ15～78mm。

首次调整工作台角度钝化操作后，取下刀具，检测测量金刚石刀具前后刀面，刃口的预钝化值， 然后根据检测反馈的数据进行调整实施，步骤如下：

1）首先测量前后刀面各自的钝化斜坡长度，看二者是否接近1:2的长度比例，当二者处于1:1.5～1:2.5的比例之间，可不做调整。若比例超出此范围了，二者比例低于1:1.5，说明后刀面钝化长度不足，需调整工作台角度5°，工作台角度调整方向为：减小后刀面与毛刷端面的角度，当二者比例大于1:2.5，说明后刀面钝化长度偏长，需调整工作台角度5°，工作台角度调整方向为：增大后刀面与毛刷端面的角度，

2）如前后刀面钝化斜坡长度比例仍然超步骤1）描述的二者处于1:1.5～1:2.5的比例，就重复进行步骤1），如钝化斜坡长度比例在1:1.5～1:2.5的范围内，则进行下一步，

3）调整钝化时长，钝化时长的控制原则:同时满足第1斜坡5的长度＜100μm，第2斜坡6的长度＜200μm，刃口1的由第1、2斜坡连接处形成的圆弧的值R＜0.01mm，三个参数中的任何一个参数值首先达到限定值时的钝化时长即为金刚石刀具的最长钝化时间，自此，该金刚石刀具的刃口预钝化操作即可定型为日后的快速操作。:

所述尼龙刷盘7为商品工研牌盘刷，型号：Φ200×45（0.5×500#），名称：金刚石盘刷，金刚石微粉浓度25%，尼龙软毛中的金刚石微粉粒度5μm、直径200mm 。

本发明采用将成品PCD刀具的刃口预先钝化的方式，让刀具的刃口按照均匀磨损的方式预先钝化，让刀具直接进入中期缓慢磨损期，虽然牺牲了一定的刀具寿命，但是预钝化后的刃口强度提高，刀具的寿命稳定性获得保障。

本发明具有如下优点：

1、本发明预钝化的成品PCD刀具在使用过程的前期快速磨损期崩刃率大大降低，刀具前期快速磨损期不可控崩刃率降低到1%以内；而传统的未预钝化的PCD刀具的前期快速磨损期不可控崩刃率降约8%。未预钝化的PCD刀具由于在前期快速磨损期间产生不可控的刃口失效，导致刀具提前崩缺，在中期使用时候达不到预期的寿命，从而导致刀具寿命不稳定。本发明使刀具寿命稳定性提高，工人接受度高，生产节奏可控，在自动线，自动化设备上优势明显。

2、光洁度不像以往的未预钝化的成品PCD刀具在使用过程“先降、再缓慢上升”，而是从一个较好的光洁度值逐步缓慢上升，无需再在加工四五百件工件后停机检测工件尺寸是否有无变大。

附图说明

图1 刀具刃口前刀面、后刀面、刃口预钝化效果图。

图2 装置主轴尼龙刷与刀具刃口的位置示意图。

图3 金刚石刀具刃口磨损曲线示意图。

具体实施方式

实施例1：

金刚石刀具刃口预钝化方法，金刚石刀具的后刀面3圆平面，前刀面2为圆锥面，金刚石刀具的前刀面2与后刀面3的交界处为圆环形刃口1，使刃口1与预钝化装置的含金刚石微粉尼龙刷相对运动，使金刚石刀具刃口1缓慢均匀磨损，达到如下参数：前刀面2与刃口连接处形成的第1斜坡5的长度＜100μm，第1斜坡与前刀面夹角：-1.5°，后刀面与刃口连接处形成的第2斜坡6的长度＜200μm，第2斜坡与前刀面夹角：-1.5°，刃口1的由第1、2斜坡连接处形成的圆弧的值R＜0.01mm。

刃口预钝化装置包括主轴、尼龙刷盘7，主轴垂直安放，其下端安装尼龙刷盘7，尼龙刷盘的周边有一圈含金刚石微粉的尼龙刷，主轴可旋转，可上下进给，可左右方向平动，工作台安装一刀具接柄8，刀具接柄可水平与垂直方向调整角度，可自动旋转。

在工作台上的刀具接柄8安装磨削完成的金刚石刀具产品，根据实际刀尖与前后刀面形成的夹角，调整工作台角度使刀尖朝上，使前后刀面的角平分线位于垂线位置，而后调整主轴上的尼龙刷盘相对于刃口的位置，要求尼龙刷软毛边缘侵入刀具不小于2mm，位置调整完毕后尼龙刷盘7做匀速旋转，工作台的金刚石刀具也随轴自转，含金刚石微粉的尼龙软毛与刀具刃口形成一个相对旋转动作，二者形成一个线速度为150米/分的均匀且连续的相对运动，使得刀尖缓慢均匀磨损，通过检测可以测量金刚石刀具的前后刀面，刃口的预钝化值，从而调整钝化时长与工作台角度而实现所需求的参数。

尼龙刷盘7直径为200mm，尼龙刷盘的转速为200转/分，刀具接柄8的转速为100转/分，金刚石刀具的直径为φ78mm。

首次调整工作台角度钝化操作后，取下刀具，检测测量金刚石刀具前后刀面，刃口的预钝化值， 然后根据检测反馈的数据进行调整实施，步骤如下：

1）首先测量前后刀面各自的钝化斜坡长度，看二者是否接近1:2的长度比例，当二者处于1:1.5～1:2.5的比例之间，可不做调整。若比例超出此范围了，二者比例低于1:1.5，说明后刀面钝化长度不足，需调整工作台角度5°，工作台角度调整方向为：减小后刀面与毛刷端面的角度，当二者比例大于1:2.5，说明后刀面钝化长度偏长，需调整工作台角度5°，工作台角度调整方向为：增大后刀面与毛刷端面的角度，

2）如前后刀面钝化斜坡长度比例仍然超步骤1）描述的二者处于1:1.5～1:2.5的比例，就重复进行步骤1），如钝化斜坡长度比例在1:1.5～1:2.5的范围内，则进行下一步，

3）调整钝化时长，钝化时长的控制原则:同时满足第1斜坡5的长度＜100μm，第2斜坡6的长度＜200μm，刃口1的由第1、2斜坡连接处形成的圆弧的值R＜0.01mm，三个参数中的任何一个参数值首先达到限定值时的钝化时长即为金刚石刀具的最长钝化时间，自此，该金刚石刀具的刃口预钝化操作即可定型为日后的快速操作。

所述尼龙刷盘7为商品工研牌盘刷，型号：Φ200×45（0.5×500#），名称：金刚石盘刷，金刚石微粉浓度25%，尼龙软毛中的金刚石微粉粒度5μm、直径200mm 。

试验例1：

（1）用符合本发明实施例1的结构特征，担未钝化处理的的金刚石刀片，加工铝合金工件，镗孔加工，用量100片。

工况及加工参数与产品要求

工件孔径φ32mm，深度40mm，镗刀头转速2000转/分，进给0.05mm/转，切深0.15mm。

要求产品表面光洁度优于Ra0.5（Ra≤0.5）。

刀具表现：

新刀片上机后，光洁度全部介于Ra0.4～0.5，偏上差，但是尚可接受。使用一段时间后（加工工件400-500件后），光洁度反而变好，大致Ra0.3～0.35，然后随着加工数目的上升，光洁度缓慢上升，刀具可以稳定的加工到接近10000件的总寿命，之后工件光洁度超差无法继续使用。

但是，100片刀片中平均有2-3片刀片寿命只有不到1000件，工件光洁度超差，无法使用，取下检测刀尖崩口；另有约5片刀片寿命只在6000余件后光洁度超差，无法使用。

存在问题

1）刀具寿命不稳定，好的有10000件的寿命，甚至更高点儿，但是差的只有6000件，个别1000件寿命。不可控，无法掌控。

2）当刀具快使用到400-500件的寿命的时候，工件孔径会变大（分析是刀尖磨损），有时候会超出工件的公差，导致废品，需要在此阶段适当调刀，现场操作者对此有一定的意见。

（2）用本发明实施例1的钝化处理的金刚石刀片，加工铝合金工件，镗孔加工，用量100片。

工况及加工参数与产品要求不变：

工件孔径φ32mm，深度40mm，镗刀头转速2000转/分，进给0.05mm/转，切深0.15mm。

要求产品表面光洁度优于Ra0.5（Ra≤0.5）

刀具表现：

新刀片上机后，光洁度大致Ra0.31～0.35，满足工件要求。使用一段时间后（加工工件400-500件）光洁度基本无变化，继续加工，随着加工数目的上升，光洁度缓慢上升，刀具可以稳定的加工到接近9500件的总寿命。

本批次预钝化后的刀片有1片在加工过程中崩刃提前停止使用，加工工件300件。其余刀片寿命稳定在9500件左右。

本发明的优点：

1、刀具寿命稳定性提高，工人接受度高，生产节奏可控。

2、光洁度不像以往的“先降、再缓慢上升”，而是从一个较好的光洁度值逐步缓慢上升，无需再在加工四五百件工件后停机检测工件尺寸是否有无变大。

Claims (1)

1.金刚石刀具刃口预钝化方法，其特征在于，金刚石刀具的后刀面（3）圆平面，前刀面（2）为圆锥面，金刚石刀具的前刀面（2）与后刀面（3）的交界处为圆环形刃口（1），使刃口（1）与预钝化装置的含金刚石微粉尼龙刷相对运动，使金刚石刀具刃口（1）缓慢均匀磨损，达到如下参数：前刀面（2）与刃口连接处形成的第1斜坡（5）的长度＜100μm，第1斜坡与前刀面夹角：-1°～-2°，后刀面与刃口连接处形成的第2斜坡（6）的长度＜200μm，第2斜坡与前刀面夹角：-1～-2°，刃口（1）的由第1、2斜坡连接处形成的圆弧的值R＜0.01mm，刃口预钝化装置包括主轴、尼龙刷盘（7），主轴垂直安放，其下端安装尼龙刷盘（7），尼龙刷盘的周边有一圈含金刚石微粉的尼龙刷，主轴可旋转，可上下进给，可左右方向平动，工作台安装一刀具接柄（8），刀具接柄可水平与垂直方向调整角度，可自动旋转，在工作台上的刀具接柄（8）安装磨削完成的金刚石刀具产品，根据实际刀尖与前后刀面形成的夹角，调整工作台角度使刀尖朝上，使前后刀面的角平分线位于垂线位置，而后调整主轴上的尼龙刷盘相对于刃口的位置，要求尼龙刷软毛边缘侵入刀具不小于2mm，位置调整完毕后尼龙刷盘（7）做匀速旋转，工作台的金刚石刀具也随轴自转，含金刚石微粉的尼龙软毛与刀具刃口形成一个相对旋转动作，二者形成一个线速度为130～150米/分的均匀且连续的相对运动，使得刀尖缓慢均匀磨损，通过检测可以测量金刚石刀具的前后刀面，刃口的预钝化值，从而调整钝化时长与工作台角度而实现所需求的参数，尼龙刷盘（7）的直径为200mm，尼龙刷盘的转速为200转/分，刀具接柄（8）的转速为100转/分，金刚石刀具的直径为φ15～78mm，所述尼龙刷盘（7）的金刚石微粉浓度为25%，尼龙软毛中的金刚石微粉粒度为5μm、直径为200mm ，

首次调整工作台角度钝化操作后，取下刀具，检测测量金刚石刀具前后刀面，刃口的预钝化值， 然后根据检测反馈的数据进行调整实施，步骤如下：

1）首先测量前后刀面各自的钝化斜坡长度，看二者是否接近1:2的长度比例，当二者处于1:1.5～1:2.5的比例之间，不做调整，若比例超出此范围了，二者比例低于1:1.5，说明后刀面钝化长度不足，需调整工作台角度5°，工作台角度调整方向为：减小后刀面与毛刷端面的角度，当二者比例大于1:2.5，说明后刀面钝化长度偏长，需调整工作台角度5°，工作台角度调整方向为：增大后刀面与毛刷端面的角度，

2）如前后刀面钝化斜坡长度比例仍然超步骤1）描述的二者处于1:1.5～1:2.5的比例，就重复进行步骤1），如钝化斜坡长度比例在1:1.5～1:2.5的范围内，则进行下一步，

3）调整钝化时长，钝化时长的控制原则:同时满足第1斜坡（5）的长度＜100μm，第2斜坡（6）的长度＜200μm，刃口（1）的由第1、2斜坡连接处形成的圆弧的值R＜0.01mm，三个参数中的任何一个参数值首先达到限定值时的钝化时长即为金刚石刀具的最长钝化时间。

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