整體式全陶瓷超密齒三面刃銑刀及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種刀具及其制造方法，尤其是一種整體式全陶瓷超密齒三面刃銑刀 及其制造方法。
【背景技術】
[0002] 目前，三面刃銑刀是機床的標準刀具，除了分布于其圓周表面的主切削刃外，靠近 外圓的兩端面處有副切削刃，從而改善了切削條件，可提高加工效率和加工質量。三面刃銑 刀一般用于加工溝槽、臺階面或側面，不僅使用方便靈活，而且在改變刀具裝夾方式或刀具 與工件的相對位置時，可擴大其使用范圍。例如可使用三面刃銑刀銑削尖齒、V形槽、鉸刀 齒、棘輪、齒條和花鍵等。因此，充分發揮三面刃銑刀的長處，擴大其使用范圍，可做到一刀 多用，解決工程實踐中因缺乏某些銑刀造成的特殊結構加工問題。
[0003] 刀具性能是影響切削加工效率、精度和表面質量等的決定因素之一，而決定刀具 性能的主要因素包括刀具結構和刀具材料兩方面。目前，在航空航天、模具、汽車等行業中 的難加工材料（如高溫合金、淬硬鋼等）溝槽銑削或臺階面銑削中，主要采用高速鋼、硬質 合金或涂層類三面刃銑刀，包括整體式或可轉位式結構。受刀具材料本身機械、熱等性能的 制約，要提高加工效率和加工質量、延長刀具壽命等均面臨挑戰。對于目前現有的三面刃銑 刀，其應用局限之處可歸納為：一、整體式三面刃銑刀多為整體式高速鋼材質、高速鋼或鑄 鐵基體與硬質合金切削刃焊接等結構，該類刀具材質僅可加工硬度較低的易切削材料，包 括塑料、尼龍、鑄鐵、低碳鋼、銅、鋁及其合金等，而且其應用的切削速度相對較低；二、可轉 位式三面刃銑刀多為鑄鐵刀具基體與硬質合金刀片或涂層刀片的復合結構，由于三面刃銑 刀的刀齒較多，該類結構難以保證所有刀片安裝定位尺寸的一致性，且刀片與基體的連接 使刀具整體的剛性較差，降低了加工表面質量；此外可轉位刀片僅適于三面刃銑刀齒數較 少、直徑較大的場合。隨著高速加工技術的發展和難加工材料的不斷涌現，尋求更佳的刀具 材料和刀具結構可實現高加工效率、高加工質量、長刀具壽命的綜合目標。
[0004] 中國專利CN 102303159A公開了一種整體式全陶瓷螺旋立銑刀，分為前部刀頭和 后部刀柄兩部分，刀頭部分設有4-6個螺旋切削刃，切削刃螺旋角為30° -45°，徑向前 角為-5°，刀柄為直柄，整個刀體材料采用碳化硅晶須增韌Al2O3陶瓷或碳化硅晶須增韌 SiAlON陶瓷。但是該專利的技術方案無法適用于三面刃銑刀。一方面，三面刃銑刀與整體 式立銑刀所涉及的刀具角度不同，再者，在之前公開的整體式全陶瓷螺旋立銑刀的專利中 采用的陶瓷材質性能尚不能滿足三面刃銑刀的要求，因為整體式三面刃銑刀的材料去除量 更大，沖擊更強。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是為克服上述現有三面刃銑刀在刀具壽命和加工效率等方面存在 的不足，提供一種整體式全陶瓷超密齒三面刃銑刀及其制造方法，該刀具采用碳氮化鈦基 金屬陶瓷材料制造，具有高線速度、長刀具壽命、高加工效率等優點，適合于高溫合金、淬硬 鋼等難加工材料的高速高效加工。
[0006] 為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：
[0007] -種整體式全陶瓷超密齒三面刃銑刀，包括三面刃銑刀刀體，三面刃銑刀刀體通 過其中心的鍵槽孔與刀柄連接，所述三面刃銑刀刀體的主切削刃前角為-10° -0°，主切 削刃后角為5° -15°，兩側切削刃后角均為2° -5°，三面刃銑刀刀體的齒數為10-20個， 三面刃銑刀外徑為50-200mm ;所述三面刃銑刀刀體材料采用碳氮化鈦基金屬陶瓷。
[0008] -種整體式全陶瓷超密齒三面刃銑刀的制造方法，包括以下步驟：
[0009] (1)制備碳氮化鈦基金屬陶瓷刀具毛坯；
[0010] (2)對碳氮化鈦基金屬陶瓷刀具毛坯進行主切削刃前刀面的容肩槽以及后刀面磨 肖|J，采用盤形砂輪磨削；
[0011] (3)對碳氮化鈦基金屬陶瓷刀具毛坯進行兩側刃后刀面磨削，采用碗型砂輪磨 削；
[0012] (4)對碳氮化鈦基金屬陶瓷刀具進行鍵槽孔的制造，利用電火花穿孔技術預制一 小孔后，通過線切割慢走絲加工獲得三面刃銑刀的鍵槽孔。
[0013] 所述步驟（1)制備碳氮化鈦基金屬陶瓷刀具的原材料由平均粒度直徑0. 5 μπι的 TiCa7Ntl.3粉末、平均粒度直徑0· 5 μπι的WC粉末、平均粒度直徑0· 1 μπι的Mo 2C粉末、平均 粒度直徑分別為0. 05 μ m和0. 03 μ m的Ni粉末、Co粉末組成；各材料成分的質量配比為： TiCa7Na3~72%，WC ~10%，Mo 2C ~10%，Ni ~3. 2%，Co ~4. 8%。
[0014] 所述步驟（1)制備碳氮化鈦基金屬陶瓷刀具的具體步驟為：
[0015] (1-1)將按照比例配置好的原材料裝入球磨機中，使用無水乙醇作為球磨介質，用 氧化鋁球球磨48h，球料重量比為12:1 ;
[0016] (1-2)將球磨好的混合料放入真空干燥箱中，在溫度為120°C下干燥后采用200目 篩篩選粉料。
[0017] (1-3)將篩選好的粉料裝入上端帶蓋、下端封閉、中間均勻分布有孔的石墨反應容 器中以待燒結。
[0018] (1-4)將裝有粉末的石墨反應容器放入高溫燒結爐內在32MPa壓力下進行燒結， 當溫度低于950°C時以95°C /min的升溫速度進行加熱，達到950°C之后以50°C /min的升 溫速度繼續加熱至1650°C，在該溫度下持續保溫60min后燒結成型。
[0019] 所述盤形砂輪和碗型砂輪均采用樹脂結合劑人造金剛石砂輪。
[0020] 所述樹脂結合劑人造金剛石砂輪的濃度為80%，粒度為200目。
[0021] 所述盤形砂輪和碗型砂輪磨削速度分別為50m/s和40m/s。
[0022] 陶瓷刀具具有很高的硬度、耐磨性及良好的高溫力學性能，并且化學穩定性好，與 金屬的親和力小，不易與金屬產生粘結。因此，陶瓷刀具可以加工傳統刀具難以加工或根本 不能加工的超硬材料。陶瓷刀具的最佳切削速度比硬質合金刀具高3-10倍，而且刀具壽命 長，可減少換刀次數，大大提高切削加工效率。
[0023] 本發明的整體式全陶瓷超密齒三面刃銑刀具有齒數密（10-20以上）、直徑大 (50-200_)的特點，可實現高速、超高速加工，增大材料去除率，降低加工成本。在總徑向 切削深度不變時能降低單個切削刃的徑向切削深度，減小切削力，降低刀具磨損。因此可有 效延長刀具壽命，減少換刀次數，提高加工效率。而且整體式結構相比可轉位結構具有剛性 好、定位精度高、可重磨性好等優點，可提高加工質量，降低加工成本。
[0024] 本發明的整體式全陶瓷超密齒三面刃銑刀，通過鍵槽孔與刀柄固定連接。主切削 刃前角為-10° -0°，后角為5° -15°，兩側刃后角均為2° -5°，上述技術特征能保證 切削刃具有足夠的剛性，因為傳統的高速鋼或硬質合金三面刃銑刀刀具前角和側刃后角在 10°左右，過大的刀具角度容易引起切削刃微崩。
[0025] 本發明采用整體式全陶瓷材料，具有優異的耐高溫、耐磨性和化學穩定性，而且在 高溫下可保持足夠的強度與硬度。由于陶瓷材料的導熱系數低，高速切削時產生的切削熱 大部分被切肩帶走，切肩易酥化脆斷，有利于斷肩及回收利用。
【附圖說明】
[0026] 圖1為本發明三面刃銑刀的結構示意圖；
[0027] 圖2為本發明三面刃銑刀的容肩槽磨削過程示意圖；
[0028] 圖3為本發明三面刃銑刀的兩側刃后刀面磨削過程示意圖；
[0029] 圖中，1.三面刃銑刀，2.盤型砂輪，3.碗型砂輪。
【具體實施方式