本發(fā)明涉及一種超硬磨料工具，尤其涉及一種超硬磨料工具及其制造方法。

背景技術(shù)：

目前，金屬結(jié)合劑超硬磨料工具的制作方法主要有電鍍法、燒結(jié)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(jié)合劑，但磨料與鍍層金屬之間僅存在機(jī)械鑲嵌作用，鍍層金屬對磨料把持強(qiáng)度低，磨料出露高度低。燒結(jié)超硬磨料工具采用鈷、鐵、錫、青銅、鎳合金為主要金屬結(jié)合劑材料，由于磨料與金屬結(jié)合劑難以形成化學(xué)結(jié)合，磨料也只是被機(jī)械包埋在金屬結(jié)合劑中，金屬結(jié)合劑對磨料把持強(qiáng)度低，工具出刃能力差。因此，這兩種工具在重負(fù)荷作業(yè)時(shí)磨料會(huì)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(nèi)外學(xué)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(xué)冶金反應(yīng)實(shí)現(xiàn)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(yōu)勢。因單層釬焊超硬磨料工具制作容易，目前，材料加工領(lǐng)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(qū)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(shí)參加切磨削加工，幾乎同時(shí)磨鈍后，因與結(jié)合劑結(jié)合強(qiáng)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(zhì)量降低，若減少工具表面的金剛石數(shù)量，雖切割力小，切割效率高，但工具壽命短。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種加工效率高、使用壽命長、加工質(zhì)量好的超硬磨料工具。

本發(fā)明的技術(shù)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(jié)合劑，所述基體的外周緣設(shè)有多個(gè)分齒段，相鄰分齒段之間設(shè)有排屑槽，所述分齒段上有多個(gè)窄齒，每個(gè)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(jié)合劑固定在分齒段的工作區(qū)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(yōu)選地，該超硬磨料工具包括基體、超硬磨料和釬焊金屬結(jié)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(gè)數(shù)為4～16個(gè)，所述排屑槽形狀為鑰匙槽或U型槽或魚鉤槽。

更優(yōu)選地，該超硬磨料工具包括基體、超硬磨料和釬焊金屬結(jié)合劑，所述窄齒數(shù)范圍為50～260個(gè)，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(yōu)選地，該超硬磨料工具包括基體、超硬磨料和釬焊金屬結(jié)合劑，所述窄齒在徑向高度變化的一個(gè)周期內(nèi)的個(gè)數(shù)為3或5或7或9。

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

優(yōu)選地，該超硬磨料工具包括基體、超硬磨料和釬焊金屬結(jié)合劑，所述分齒段上工作區(qū)域的徑向高度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(yōu)化設(shè)計(jì)方法和超硬磨料工具的制作方法。分別敘述如下：

(1)窄齒有序排列的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

根據(jù)加工材料的性質(zhì)和加工要求確定超硬磨料的種類、粒度。對于超硬磨料工具本身而言，在釬焊金屬結(jié)合劑材料、超硬磨料種類、粒度和結(jié)合強(qiáng)度已定的情況下，窄齒有序排列是決定超硬磨料工具綜合加工性能的最重要因素，這里的窄齒有序排列參數(shù)包括窄齒在徑向高度變化的一個(gè)周期內(nèi)個(gè)數(shù)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(shù)m。

結(jié)合切磨削加工理論與工藝實(shí)踐，本發(fā)明為優(yōu)化超硬磨料工具的窄齒有序排列提供了一種切實(shí)可行的方法，即物理數(shù)學(xué)建模方法，它是在若干簡化的假設(shè)前提下，按照基本的物理原則建立數(shù)學(xué)模型，并通過所建立的數(shù)學(xué)模型完成優(yōu)化設(shè)計(jì)窄齒有序排列的一種方法。以超硬磨料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(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)：

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)

并以σ_b≥[σ_b]，q≤[q]，R_α≤[R_α]作為主要約束條件，其中，a_p為工具的切磨削深度，w為角速度，D為基體外徑，h_e為出露高度，b為窄齒寬度，k為相鄰窄齒之間槽的寬度，σ_a為高溫釬焊后磨粒自身強(qiáng)度，P為與工具和磨粒的幾何形狀、被加工材料的性能相關(guān)的參數(shù)。此外，σ_b表示了由釬焊金屬結(jié)合劑對超硬磨料的把持強(qiáng)度所確定的約束條件(σ_b≥[σ_b]說明了胎體結(jié)合劑對超硬磨料的把持強(qiáng)度不能小于最小把持強(qiáng)度這個(gè)條件，否則超硬磨料會(huì)脫落)，q、Ra分別表示了由接觸弧區(qū)平均熱流密度和工件表面粗糙度所確定的約束條件(q≤[q]，R_α≤[R_α]條件與前面類似)。

求解上述數(shù)學(xué)模型(Ⅰ)，針對被加工材料(如：花崗石、大理石、陶瓷、玻璃、寶玉石、金屬、硬質(zhì)合金、混凝土、半導(dǎo)體、磁性材料)的性質(zhì)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(shù)，包括窄齒在徑向高度變化的一個(gè)周期內(nèi)個(gè)數(shù)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(shù)m。按照最佳窄齒有序排列參數(shù)制作的超硬磨料工具在加工工件時(shí)將具有最佳的綜合加工性能。

對粒度為50/60^#的超硬磨料工具(外徑為100mm)，在加工G635安溪紅花崗石時(shí)，推薦n為7，Δh為0.3，m為6～8，而當(dāng)加工大理石時(shí)，推薦n為5，Δh為0.3，m為8。

(2)超硬磨料工具的制作方法

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(hù)氣氛釬焊)以及后序處理等。

和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢：

(1)本發(fā)明的超硬磨料工具在鋸切磨削時(shí)，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(fā)揮磨削作用，因此，該超硬磨料工具使用壽命長。

(2)本發(fā)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(wěn)定性好，加工質(zhì)量好。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

圖1是本發(fā)明的一種超硬磨料工具。

圖2是本發(fā)明的一種超硬磨料工具局部示意圖(n為7)。

圖3是本發(fā)明的一種超硬磨料工具局部示意圖(n為7)。

圖4是本發(fā)明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發(fā)明的具體實(shí)施方式。

如圖1～4所示，是本發(fā)明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(jié)合劑3，基體的外周緣設(shè)有多個(gè)分齒段4，在本實(shí)施例中，圖2～4顯示為兩個(gè)分齒段4，相鄰分齒段4之間設(shè)有排屑槽5，分齒段4上有多個(gè)窄齒6，每個(gè)分齒段4上的窄齒6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(jié)合劑3固定在分齒段4的工作區(qū)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(gè)數(shù)為4～16個(gè)，排屑槽5形狀為鑰匙槽或U型槽或魚鉤槽。

窄齒6數(shù)量范圍為50～260個(gè)，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(gè)周期內(nèi)的個(gè)數(shù)為3或5或7或9。

超硬磨料2為金剛石或CBN，釬焊金屬結(jié)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(qū)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(yōu)化設(shè)計(jì)方法和超硬磨料工具的制作方法，窄齒有序排列參數(shù)為窄齒在徑向高度變化的一個(gè)周期內(nèi)個(gè)數(shù)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(shù)m，窄齒有序排列的優(yōu)化設(shè)計(jì)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(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)：

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]，R_α≤[R_α]作為主要約束條件，求解上述數(shù)學(xué)模型，針對被加工材料的性質(zhì)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(shù)，包括窄齒在徑向高度變化的一個(gè)周期內(nèi)個(gè)數(shù)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(shù)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(hù)氣氛釬焊)以及后序處理等。

上述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的設(shè)計(jì)構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對本發(fā)明進(jìn)行非實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)，均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明保護(hù)范圍的行為。