一種超硬磨料工具的制作方法

本實用新型具體涉及一種超硬磨料工具。

背景技術：

目前，金屬結合劑超硬磨料工具的制作方法主要有電鍍法、燒結法和高溫釬焊法三種。

電鍍超硬磨料工具以鎳或鎳合金作為鍍層金屬結合劑，但磨料與鍍層金屬之間僅存在機械鑲嵌作用，鍍層金屬對磨料把持強度低，磨料出露高度低。燒結超硬磨料工具采用鈷、鐵、錫、青銅、鎳合金為主要金屬結合劑材料，由于磨料與金屬結合劑難以形成化學結合，磨料也只是被機械包埋在金屬結合劑中，金屬結合劑對磨料把持強度低，工具出刃能力差。因此，這兩種工具在重負荷作業時磨料會過早脫落，磨料利用率低，工具壽命短，加工效率低。

為了解決上述問題，近十多年來，國內外學者研究利用釬焊法制作超硬磨料工具。釬焊超硬磨料工具，其原理是利用高溫釬焊方法通過磨料、釬料和基體三者之間的化學冶金反應實現對磨料的牢固把持，使其具有加工效率高、容屑空間大、磨料利用率高、工件表面不易燒傷等顯著優勢。因單層釬焊超硬磨料工具制作容易，目前，材料加工領域以單層釬焊超硬磨料工具為主，但單層釬焊超硬磨料工具在使用過程中暴露出以下問題：由于釬焊金剛石鋸片、磨輪、串珠的工作區域分別為鋸片基體的外圓周面、磨輪與串珠基體的外圓柱面，這些面上的金剛石磨料幾乎同時參加切磨削加工，幾乎同時磨鈍后，因與結合劑結合強度高不易脫落，與加工對象接觸面積增大，切削阻力大，金剛石磨料難以破碎重新出刃，切割效率與加工質量降低，若減少工具表面的金剛石數量，雖切割力小，切割效率高，但工具壽命短。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種加工效率高、使用壽命長、加工質量好的超硬磨料工具。

為解決上述問題，本實用新型的技術方案如下：

一種超硬磨料工具，包括基體、超硬磨料和釬焊金屬結合劑，所述基體的外周緣設有多個分齒段，相鄰分齒段之間設有排屑槽，所述分齒段上有多個窄齒，每個分齒段上的窄齒高度在徑向上周期性先逐級降低后升高，所述超硬磨料通過釬焊金屬結合劑固定在分齒段的工作區域上且固定于窄齒外圓面上的超硬磨料呈階梯式有序排列。

優選地，該超硬磨料工具包括基體、超硬磨料和釬焊金屬結合劑，所述基體外徑大小范圍為60～200mm，基體寬度范圍為0.6～100mm，所述分齒段個數為4～16個，所述排屑槽形狀為鑰匙槽或U型槽或魚鉤槽。

更優選地，該超硬磨料工具包括基體、超硬磨料和釬焊金屬結合劑，所述窄齒數范圍為50～260個，窄齒寬度范圍為1.5～2.5mm，相鄰窄齒的徑向高度之差均為Δh，Δh的大小范圍為0.6d～d(d為超硬磨料的直徑)。

更優選地，該超硬磨料工具包括基體、超硬磨料和釬焊金屬結合劑，所述窄齒在徑向高度變化的一個周期內的個數為3或5或7或9。

優選地，該超硬磨料工具包括基體、超硬磨料和釬焊金屬結合劑，所述超硬磨料為金剛石或CBN，所述釬焊金屬結合劑材料為Ni基合金或Cu-Sn-Ti合金或Ag-Cu-Ti合金。

優選地，該超硬磨料工具包括基體、超硬磨料和釬焊金屬結合劑，所述分齒段上工作區域的徑向高度a范圍為4～15mm。

和現有技術相比，本發明具有以下優勢：

(1)本發明的超硬磨料工具在鋸切磨削時，徑向高度最大的窄齒上的超硬磨料最先開始工作，該級超硬磨料消耗完后徑向高度低一級的窄齒上的超硬磨料投入工作，這樣逐級使超硬磨料發揮磨削作用，因此，該超硬磨料工具使用壽命長。

(2)本發明的超硬磨料工具減小了磨料與加工對象的接觸面積，被磨鈍的超硬磨料容易破碎重新出刃，切磨削阻力小，因此，工具加工效率高、穩定性好，加工質量好。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。

圖1是本實用新型的一種超硬磨料工具。

圖2是本實用新型的一種超硬磨料工具局部示意圖(n為7)。

圖3是本實用新型的一種超硬磨料工具局部示意圖(n為7)。

圖4是本實用新型的一種超硬磨料工具局部示意圖(n為5)。

下面參照附圖說明本實用新型的具體實施方式。

如圖1～4所示，是本實用新型的一種超硬磨料工具，包括基體1、超硬磨料2和釬焊金屬結合劑3，基體的外周緣設有多個分齒段4，在本實施例中，圖2～4顯示為兩個分齒段4，相鄰分齒段4之間設有排屑槽5，分齒段4上有多個窄齒6，每個分齒段4上的窄齒6的高度在徑向上周期性先逐級降低后升高，超硬磨料2通過釬焊金屬結合劑3固定在分齒段4的工作區域7上且固定于窄齒外圓面上的超硬磨料呈階梯式有序排列。

基體1外徑大小范圍為60～200mm，基體1寬度范圍為0.6～100mm，分齒段4個數為4～16個，排屑槽5形狀為鑰匙槽或U型槽或魚鉤槽。

窄齒6數量范圍為50～260個，窄齒寬度范圍為1.5～2.5mm，相鄰窄齒徑向高度之差均為Δh，Δh的大小范圍為0.6d～d(d為超硬磨料的直徑)。

窄齒6在徑向高度變化的一個周期內的個數為3或5或7或9。

超硬磨料2為金剛石或CBN，釬焊金屬結合劑3材料為Ni基合金或Cu-Sn-Ti合金或Ag-Cu-Ti合金。

分齒段4上工作區域7的徑向高度a范圍為4～15mm。

該超硬磨料工具的制造方法，包括窄齒有序排列的優化設計方法和超硬磨料工具的制作方法，窄齒有序排列參數為窄齒在徑向高度變化的一個周期內個數n、相鄰窄齒的徑向高度之差Δh以及窄齒外圓面上超硬磨料數m，窄齒有序排列的優化設計方法，即以工具在加工工件材料過程中的加工效率V最高、使用壽命S最高作為窄齒有序排列優化的目標函數：

V＝V(a_p，w，D，h_e，k，Δh，n，P)

S＝S(a_p，w，D，b，k，m，σ_a，P)

并以σ_b≥[σ_b]，Q≥[Q]，q≤[q]，Ra≤[Ra]作為主要約束條件，求解上述數學模型，針對被加工材料的性質要求在給定的加工要求和加工條件下可獲得窄齒的最佳有序排列參數，包括窄齒在徑向高度變化的一個周期內個數n、相鄰窄齒的徑向高度之差Δh以及窄齒外圓面上超硬磨料數m；超硬磨料工具的制作方法依次包括基體的前處理、超硬磨料與釬料合金的涂布、高溫釬焊(真空釬焊或者氣體保護氣氛釬焊)以及后序處理等。

上述僅為本發明的具體實施方式，但本發明的設計構思并不局限于此，凡利用此構思對本發明進行非實質性的改動，均應屬于侵犯本發明保護范圍的行為。