專利名稱：復(fù)合鋒利刀頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過(guò)燒結(jié)制造的刀頭(亦稱工作齒)，主要涉及超硬材料切割/鉆削工具中的刀頭。
背景技術(shù)：
超硬材料制品大量應(yīng)用于航空航天、汽車、機(jī)械、建筑、石材、陶瓷、電子、光學(xué)玻璃等眾多行業(yè)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱行業(yè)之一。超硬材料工具(超硬材料鋸片、工程鉆頭等)則更廣泛應(yīng)用于石材、陶瓷及鋼筋混凝土構(gòu)件的加工，是目前其它工具所無(wú)法取代的有效加工工具。目前，用于加工石材、鋼筋混凝土及建筑陶瓷等超硬材料制品中的大中小徑鋸片及工程薄壁鉆的刀頭結(jié)構(gòu)型式基本為由金屬結(jié)合劑和金剛石磨粒燒結(jié)而成的一體式刀頭，使用過(guò)程中，隨著刀頭磨損，金剛石磨粒漸漸從金屬結(jié)合劑中突露出來(lái)，形成超硬材料切割刃或者鉆削刃，如圖3所示。在切割或者鉆削的過(guò)程中，刀頭與被切割或者被鉆削物體之間產(chǎn)生很強(qiáng)的摩擦，由于金屬結(jié)合劑的硬度比金剛石磨粒的硬度低很多，所以在摩擦過(guò)程中，金屬結(jié)合劑首先被摩擦消耗，金剛石磨粒從金屬結(jié)合劑內(nèi)凸出的部分作為切削刃參與切削工作。隨著金屬結(jié)合劑不斷的摩擦消耗，當(dāng)金屬結(jié)合劑對(duì)金剛石磨粒的把持力小于一定數(shù)值后，金剛石磨粒會(huì)在切割或者鉆削的過(guò)程中脫落，使刀頭的使用壽命大大縮短。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠減緩金屬結(jié)合劑磨損速度，延長(zhǎng)刀頭使用壽命的復(fù)合鋒利刀頭。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是復(fù)合鋒利刀頭，所述刀頭包括燒結(jié)在一起的金屬結(jié)合劑、超硬磨粒和中硬磨粒，所述超硬磨粒包括金剛石磨粒，所述中硬磨粒的硬度高于金屬結(jié)合劑的硬度而低于金剛石磨粒的硬度。作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述中硬磨粒為碳化硅磨粒和剛玉磨粒中的至少一種磨粒。作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述超硬磨粒在所述刀頭中的體積比濃度為5% 80%。作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述金剛石磨粒在所述超硬磨粒和所述中硬磨?；旌衔镏械捏w積比濃度為10% 95%，所述碳化硅磨粒在所述超硬磨粒和所述中硬磨?；旌衔镏械捏w積比濃度為5 % 90 % .作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述金屬結(jié)合劑的基礎(chǔ)成分體系為i^-Ni-Co-Cu-Sn 中一種或一種以上元素的組合。(因?yàn)榭梢杂眉冣捴谱鞯额^)作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述金屬結(jié)合劑的金屬粉末為三元以上的預(yù)合金粉末和/或單質(zhì)金屬粉末。作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述金屬結(jié)合劑內(nèi)添加有Cr、W、V、Si和Ti中的一種或一種以上的強(qiáng)碳化物/氮化物形成元素。
由于采用了上述技術(shù)方案，復(fù)合鋒利刀頭，所述刀頭包括燒結(jié)在一起的金屬結(jié)合劑、超硬磨粒和中硬磨粒，所述超硬磨粒包括金剛石磨粒，所述中硬磨粒的硬度高于金屬結(jié)合劑的硬度而低于金剛石磨粒的硬度；在切割或者鉆削過(guò)程中，金屬結(jié)合劑最容易被磨損， 中硬磨粒次之，金剛石磨粒最堅(jiān)硬，所以刀頭在使用一段時(shí)間后，中硬磨粒和金剛石磨粒都凸出在金屬結(jié)合劑的表面，且金剛石磨粒的外端面高于中硬磨粒的外端面，中硬磨粒能夠保護(hù)金屬結(jié)合劑以防止其被巖屑或石粉快速磨損，由于中硬磨粒是很好的磨料，所以中硬磨粒還具有輔助金剛石磨粒切割或者鉆削超硬材料的作用；由此可見(jiàn)，該刀頭的結(jié)構(gòu)能夠減緩金屬結(jié)合劑的磨損速度，控制金剛石磨粒凸出的高度，避免金剛石磨粒過(guò)早地從金屬結(jié)合劑內(nèi)脫落，始終使金剛石磨粒保持鋒利狀態(tài)，并延長(zhǎng)了刀頭的使用壽命。
圖1是本發(fā)明實(shí)施例中刀頭的顯微鏡放大圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例中刀頭的另一副顯微鏡放大圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)中刀頭的顯微鏡放大圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例中刀頭用作鋸片刀頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例中刀頭用作薄壁鉆刀頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例中刀頭用作排鋸刀頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1-刀頭；2-金剛石磨粒；3-碳化硅磨粒；4-鋸片基體；5-薄壁鉆基體。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。在下面的詳細(xì)描述中，只通過(guò)說(shuō)明的方式描述了本發(fā)明的某些示范性實(shí)施例。毋庸置疑，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到， 在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以用各種不同的方式對(duì)所描述的實(shí)施例進(jìn)行修正。因此，附圖和描述在本質(zhì)上是說(shuō)明性的，而不是用于限制權(quán)利要求的保護(hù)范圍。如圖1和圖2所示，復(fù)合鋒利刀頭1，所述刀頭1包括燒結(jié)在一起的金屬結(jié)合劑、超硬磨粒中硬磨粒，所述中硬磨粒的硬度高于金屬結(jié)合劑的硬度而低于金剛石磨粒的硬度； 所述金屬結(jié)合劑的基礎(chǔ)成分體系為i^-Ni-Co-Cu-Sn中一種或者一種以上元素的組合，所述金屬結(jié)合劑的金屬粉末為三元以上的預(yù)合金粉末和/或單質(zhì)金屬粉末，所述金屬結(jié)合劑內(nèi)添加有Cr、W、V、Si和Ti中的一種或一種以上的強(qiáng)碳化物/氮化物形成元素；在高溫?zé)Y(jié)的過(guò)程中，Cr、W、V、Si和Ti中的一種或一種以上的強(qiáng)碳化物/氮化物形成元素與金屬結(jié)合劑反應(yīng)，在刀頭1的側(cè)表明形成硬質(zhì)耐磨相，增強(qiáng)刀頭1表面耐磨性，延長(zhǎng)工具壽命，提高加工精度。所述超硬磨粒在所述刀頭1中的體積比濃度為5% 80% ；所述超硬磨粒包括金剛石磨粒2，所述中硬磨粒為碳化硅磨粒和剛玉磨粒中的至少一種磨粒，本實(shí)施例中，中硬磨粒為碳化硅磨粒3。所述金剛石磨粒2在所述超硬磨粒和所述中硬磨?；旌衔镏械捏w積比濃度為10 % 95%，所述碳化硅磨粒3在所述超硬磨粒和所述中硬磨?；旌衔镏械捏w積比濃度為5% 90%。碳化硅磨粒3的硬度高于金屬結(jié)合劑的硬度而低于金剛石磨粒2的硬度，在切割或者鉆削過(guò)程中，金屬結(jié)合劑最容易被磨損，碳化硅磨粒3次之，金剛石磨粒2最堅(jiān)硬，所以刀頭1在使用一段時(shí)間后，碳化硅磨粒3和金剛石磨粒2都凸出在金屬結(jié)合劑的表面，如圖 1和圖2所示，而且由于金剛石磨粒2的硬度大于碳化硅磨粒3的硬度，金剛石磨粒2磨損最慢，所以金剛石磨粒2的外端面高于碳化硅磨粒3的外端面；在加工超硬材料的過(guò)程中， 金剛石磨粒2先于碳化硅磨粒3與超硬材料接觸，其次是碳化硅磨粒3，最后才是金屬結(jié)合劑，這樣金剛石磨粒2和碳化硅磨粒3都具有保護(hù)金屬結(jié)合劑以防止其被快速磨損的作用， 從圖1和圖2中可以清楚的看出，沿著刀頭1的運(yùn)動(dòng)方向，位于金剛石磨粒2后方的金屬結(jié)合劑磨損最慢，碳化硅磨粒3后方的金屬結(jié)合劑次之；由于碳化硅磨粒3是很好的磨料，所以碳化硅磨粒3還具有輔助金剛石磨粒2切割或者鉆削超硬材料的作用；由此可見(jiàn)，該刀頭 1的結(jié)構(gòu)能夠減緩金屬結(jié)合劑的磨損速度，避免金剛石磨粒2過(guò)早地從金屬結(jié)合劑內(nèi)脫落， 延長(zhǎng)了刀頭1的使用壽命。當(dāng)然，所述中硬磨粒也可以是剛玉磨?；蛘咛蓟枘チ?和剛玉磨粒的混合物.剛玉磨粒的硬度比碳化硅磨粒的硬度稍低，也是很好的磨料。圖4、圖5和圖6示出了該刀頭1的三個(gè)應(yīng)用實(shí)例，第一個(gè)應(yīng)用實(shí)例如圖4所示，將該刀頭1安裝在鋸片基體4上作為鋸片刀頭1使用；第二個(gè)應(yīng)用實(shí)例如圖5所示，將該刀頭 1安裝在薄壁鉆基體5上作為薄壁鉆刀頭1使用；第三個(gè)應(yīng)用實(shí)例如圖6所示，將該刀頭1 安裝在排鋸基體上作為排鋸使用。下面結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。應(yīng)用實(shí)例一Φ400mm層疊式刀頭花崗巖鋸片制造圖4結(jié)構(gòu)的(長(zhǎng))30mmX (高)IOmmX (寬)3. 2mm的層疊式花崗巖鋸片刀頭， 金屬結(jié)合劑基礎(chǔ)合金體系確定為i^e-Ni-Cu-Sn，由預(yù)合金粉末與單質(zhì)金屬粉末混配應(yīng)用。刀頭1的金剛石體積濃度為20%，碳化硅的體積濃度為20%;各組分經(jīng)冷壓成型后，組裝于熱壓模具中，在熱壓燒結(jié)機(jī)上860°C加壓燒結(jié)，制造出成品燒結(jié)刀頭1。將成品燒結(jié)刀頭經(jīng)開(kāi)刃后焊于材質(zhì)為65Mn鋼的圓形鋸片或帶鋼基體4上，生產(chǎn)出Φ400πιπι鋸片，每片觀粒刀頭 1。刀頭1經(jīng)熱壓燒結(jié)后，在外側(cè)表面反應(yīng)生成為厚度約為0. 2mm的!^e3C硬質(zhì)耐磨層，外表面硬化區(qū)域的平均硬度為HRBl 12。用此鋸片濕切厚度為20mm的花崗巖板材，切機(jī)功率為4kw，轉(zhuǎn)動(dòng)線速度為36m/ min0鋸片的鋒利度極好，厚度基本不變，外側(cè)表面的金剛石基本無(wú)脫落，切割過(guò)程平穩(wěn)順暢，在切割電流為15 20A的條件下，切割速度可達(dá)9m/min以上，切割壽命為300m2。此鋸片的凸出特點(diǎn)是切割速度始終如一，切縫寬度基本不變，切割直線度好，切割板材的尺寸精度可始終保持在士 Imm以內(nèi)，板材的成品率可由90%左右提高至98%以上。應(yīng)用實(shí)例二 Φ 63mm層疊式刀頭薄壁鉆制造尺寸為23mm(長(zhǎng))XSmm(高)X3. 8mm(厚)的刀頭，制造圖5所示結(jié)構(gòu)的薄壁鉆。刀頭1的金剛石體積濃度為20%，碳化硅的體積濃度為20% ；制作八齒均布的Φ63πιπι 薄壁鉆頭。用此鉆頭在電機(jī)功率為3. 8KW，轉(zhuǎn)速為2200轉(zhuǎn)/min的臺(tái)式鉆機(jī)上濕鉆厚200mm、 含四層Φ 16mm螺紋鋼的C35水泥混凝土構(gòu)件，其鉆削速度為5min/孔，鉆削數(shù)量超過(guò)30孔。 鉆頭在工作過(guò)程中鉆削平穩(wěn)，速度均勻，遇到鋼筋時(shí)不出現(xiàn)鉆速驟減甚至打滑、鉆不動(dòng)的現(xiàn)象；鉆芯表面及鋼筋切面十分平滑，表明鉆頭具有良好的鋒利性。用此種鉆頭干鉆厚度為300mm磚墻，鉆進(jìn)速度平均為200mm/min，鉆孔數(shù)量超過(guò)250個(gè)。 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.復(fù)合鋒利刀頭，其特征在于所述刀頭包括燒結(jié)在一起的金屬結(jié)合劑、超硬磨粒和中硬磨粒，所述超硬磨粒包括金剛石磨粒，所述中硬磨粒的硬度高于金屬結(jié)合劑的硬度而低于金剛石磨粒的硬度。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合鋒利刀頭，其特征在于所述中硬磨粒為碳化硅磨粒和剛玉磨粒中的至少一種磨粒。
3.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合鋒利刀頭，其特征在于所述超硬磨粒在所述刀頭中的體積比濃度為5% 80%。
4.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合鋒利刀頭，其特征在于所述金剛石磨粒在所述超硬磨粒和所述中硬磨?；旌衔镏械捏w積比濃度為10% 95%，所述碳化硅磨粒在所述超硬磨粒和所述中硬磨?；旌衔镏械捏w積比濃度為5% 90% .
5.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合鋒利刀頭，其特征在于所述金屬結(jié)合劑的基礎(chǔ)成分體系為!^e-Ni-Co-Cu-Sn中一種或一種以上元素的組合。
6.如權(quán)利要求5所述的復(fù)合鋒利刀頭，其特征在于所述金屬結(jié)合劑的金屬粉末為三元以上的預(yù)合金粉末和/或單質(zhì)金屬粉末。
7.如權(quán)利要求5或6所述的復(fù)合鋒利刀頭，其特征在于所述金屬結(jié)合劑內(nèi)添加有Cr、 W、V、Si和Ti中的一種或一種以上的強(qiáng)碳化物/氮化物形成元素。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種復(fù)合鋒利刀頭，刀頭包括燒結(jié)在一起的金屬結(jié)合劑、超硬磨粒和中硬磨粒，超硬磨粒包括金剛石磨粒，中硬磨粒的硬度高于金屬結(jié)合劑的硬度而低于金剛石磨粒的硬度；在切割或者鉆削過(guò)程中，金屬結(jié)合劑最容易被磨損，中硬磨粒次之，金剛石磨粒最堅(jiān)硬，中硬磨粒和金剛石磨粒都凸出在金屬結(jié)合劑的表面，中硬磨粒能夠保護(hù)金屬結(jié)合劑以防止其被巖屑或石粉快速磨損，由于中硬磨粒是很好的磨料，所以中硬磨粒還具有輔助金剛石磨粒切割或者鉆削超硬材料的作用；由此可見(jiàn)，該刀頭的結(jié)構(gòu)能夠減緩金屬結(jié)合劑的磨損速度，控制金剛石磨粒凸出的高度，避免金剛石磨粒過(guò)早地從金屬結(jié)合劑內(nèi)脫落，始終使金剛石磨粒保持鋒利狀態(tài)，延長(zhǎng)了刀頭的使用壽命。
文檔編號(hào)B28D1/14GK102285005SQ20111026996
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
發(fā)明者陳濤 申請(qǐng)人:山東日能超硬材料有限公司