專利名稱：節(jié)塊式復(fù)合超硬刀頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種通過燒結(jié)制造的節(jié)塊式刀頭(亦稱工作齒)，主要涉及超硬材料切割/鉆削工具中的節(jié)塊式刀頭。
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中小徑鋸片(< Φ600πιπι)及工程薄壁鉆的刀頭結(jié)構(gòu)型式基本為一體式刀頭，如圖3、圖4、圖5和圖6 所示，其缺點(diǎn)是整個刀頭1的金屬結(jié)合劑和超硬磨粒比重不同，很難混合均勻，燒結(jié)后造成刀頭1各部分的硬度和耐磨性不一致，大大縮短了刀頭的使用壽命。但這類刀頭目前普遍存在的突出問題是(1)受原材料質(zhì)量、制造工藝技術(shù)及配方設(shè)計(jì)技術(shù)等因素限制，金屬結(jié)合劑燒結(jié)胎體對金剛石的機(jī)械把持力不足，在工作過程中金剛石極易脫落，導(dǎo)致金剛石工具的鋒利度和使用壽命均達(dá)不到理想狀態(tài)，金剛石的利用率不足30%，極大的限制了工具性能的發(fā)揮；( 在切割/鉆削過程中刀頭1頂部外緣所受磨損大，磨耗較快，極易形成中凸外凹的尖頂?shù)筓形，導(dǎo)致刀頭1工作失穩(wěn)，容易切偏/鉆偏，切縫寬大，加工質(zhì)量大幅度降低。同時(shí)，一旦刀頭1磨損后呈倒“U”狀，則刀頭頂部中間的凸出部位在后續(xù)的連續(xù)工作過程中所受摩擦阻力及撞擊力會更大，加速刀頭胎體的磨損，金剛石脫落率也會隨之增大，這就進(jìn)一步降低了工具的鋒利度和使用壽命。這種倒“U” 狀刀頭體現(xiàn)在石材鋸片上，在切割石板時(shí)會使切縫加大，加工精度降低，導(dǎo)致成品石板的寬度尺寸減小，廢品率增加；體現(xiàn)在混凝土鋸片上，切縫加寬，易切偏，切縫的直線度不易保證，操作人員的操控難度增加，同時(shí)，若產(chǎn)生偏切，刀頭還會受到側(cè)向力的擠壓，很容易將刀頭掰掉，導(dǎo)致鋸片失效。倒“U”狀刀頭體現(xiàn)在薄壁鉆上，會使鉆隙加寬，鉆頭在壓力作用下易產(chǎn)生橫向擺動，影響直線鉆進(jìn)，經(jīng)常出現(xiàn)鉆削失穩(wěn)、掉刀齒、憋鉆、卡鉆、鉆芯卡塞等一系列弊病。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的第一個技術(shù)問題是提供一種刀頭內(nèi)超硬磨粒均勻布置、耐磨度高的節(jié)塊式復(fù)合超硬刀頭。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是節(jié)塊式復(fù)合超硬刀頭，包括平行設(shè)置且燒結(jié)在一起的至少三層疊片。作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述疊片中包含有超硬磨粒。作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述刀頭的表層疊片的超硬磨粒的數(shù)量多于所述刀頭的內(nèi)層疊片超硬磨粒的數(shù)量。由于采用了上述技術(shù)方案，節(jié)塊式復(fù)合超硬刀頭，包括平行設(shè)置且燒結(jié)在一起的至少三層疊片；在燒結(jié)形成刀頭前，需要將制備用的原材料混合均勻，由于對節(jié)塊式復(fù)合超硬刀頭采用分層疊片設(shè)置，在每個疊片內(nèi)極易混合均勻，燒結(jié)后整體刀頭各部分的硬度和耐磨性一致性大大提高，從而延長了刀頭的使用壽命。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例中鋸片刀頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例中薄壁鉆刀頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)中一體式刀頭鋸片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖3中一體式刀頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是現(xiàn)有技術(shù)中一體式刀頭薄壁鉆的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是圖5中一體式刀頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1-刀頭；11-表層疊片；12-內(nèi)層疊片；2-刀體。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。在下面的詳細(xì)描述中，只通過說明的方式描述了本實(shí)用新型的某些示范性實(shí)施例。毋庸置疑，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以認(rèn)識到，在不偏離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，可以用各種不同的方式對所描述的實(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，節(jié)塊式復(fù)合超硬刀頭，包括平行設(shè)置且燒結(jié)在一起的至少三層疊片，所述疊片包括燒結(jié)在一起的金屬結(jié)合劑和超硬磨粒，在刀頭1的所有疊片中，表層疊片11超硬磨粒的數(shù)量(或體積比濃度)多于內(nèi)層疊片12超硬磨粒的數(shù)量(或體積比濃度)；所述金屬結(jié)合劑的基礎(chǔ)成分體系為i^e-Ni-Co-Cu-Sn中三種以上元素的組合，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；所述超硬磨粒在所述刀頭1中的體積比濃度為9% 60% ；所述超硬磨粒包括金剛石和立方氮化硼，所述金剛石在所述超硬磨粒中的體積比濃度為20 % 95 %，所述立方氮化硼在所述超硬磨粒中的體積比濃度為5% 80%。為了增強(qiáng)刀頭1的表面硬度，提高刀頭1的耐磨性，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，在熱壓反應(yīng)燒結(jié)刀頭1 的過程中，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，延長工具壽命，提高加工精度。節(jié)塊式復(fù)合超硬刀頭與現(xiàn)有的刀頭相比，本實(shí)用新型具備了下述突出優(yōu)點(diǎn)①刀頭1采用層疊式設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，內(nèi)層疊片12和表層疊片11之間具有性能差異，表層疊片11超硬磨粒濃度高、金屬結(jié)合劑燒結(jié)胎體的表面硬度高，因而表層疊片11的切割/ 鉆削能力強(qiáng)，耐磨性好，可有效保證工具的加工精度、鋒利度和使用壽命。②采用層疊式設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，大大增加了工具的設(shè)計(jì)靈活性，拓寬了工具的適用范圍。③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 /氮化物形成元素后，刀頭1外側(cè)表面經(jīng)熱壓反應(yīng)生成的耐磨硬化層不僅具有較高的耐磨性，與胎體金屬組分相比，還具有良好的耐熱抗氧化性，可有效防止刀頭表面的氧化燒蝕， 在工具的連續(xù)加工過程中可有效增強(qiáng)燒結(jié)胎體對金剛石的機(jī)械把持力，提高金剛石的利用率，大大改善工具的加工效率和使用壽命。④層疊式刀頭在加工過程中所形成的U形結(jié)構(gòu)，可有效保證工具的加工精度，提高工具的鋒利度和使用壽命。下面結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明。應(yīng)用實(shí)例一Φ400πιπι層疊式刀頭花崗巖鋸片(內(nèi)層疊片12為低濃度金剛石)制造圖1結(jié)構(gòu)的(長)40mmX (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。刀頭結(jié)構(gòu)為三層疊片，各層間的金屬結(jié)合劑成分相同，但兩個厚度為1. Imm的所述表層疊片 11的金剛石體積濃度為22%，而厚度為Imm的所述內(nèi)層疊片12的金剛石體積濃度為16%。 各組分的疊片經(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。將成品燒結(jié)刀頭經(jīng)開刃后焊于材質(zhì)為65Mn鋼的圓形鋸片刀體2上，生產(chǎn)出 Φ400πιπι鋸片，每片觀粒刀頭。外疊層刀頭經(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)動線速度為36m/ min0鋸片的鋒利度極好，刀頭在切割過程中能始終保持為U形，厚度基本不變，外側(cè)表面的金剛石基本無脫落，切割過程平穩(wěn)順暢，在切割電流為15 20A的條件下，切割速度可達(dá) 5m/min以上，切割壽命為220m2。此鋸片的突出特點(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 Φ400πιπι層疊式刀頭花崗巖鋸片(內(nèi)層疊片12不含超硬磨粒)制造鋸片刀頭，刀頭的金屬結(jié)合劑成分、金剛石濃度、尺寸大小、結(jié)構(gòu)形式及制造工藝與應(yīng)用實(shí)例一相同，所不同的是，本應(yīng)用實(shí)例中的所述內(nèi)層疊片12不含超硬磨粒，僅為金屬結(jié)合劑組分。將燒制后的此種刀頭焊于鋼質(zhì)刀體2上，制造出成品鋸片。用此鋸片切割與實(shí)施例一相同的花崗巖板材，在相同的切割條件下，鋸片的鋒利度較應(yīng)用實(shí)例一有所提高，其切割速度可超過5. 5m/min，切割過程中刀頭的U型槽較深，鋸片切割過程十分平穩(wěn)順暢，板材的切縫平直，加工尺寸精度可始終保持在士 Imm以內(nèi)，板材的加工成品率可達(dá) 99%，鋸片的切割壽命為196m2。與應(yīng)用實(shí)例一類似，此種結(jié)構(gòu)型式刀頭的鋒利度較實(shí)施例一會有進(jìn)一步的提高，切割加工精度高，但加工壽命有所降低。應(yīng)用實(shí)例三Φ 400mm層疊式刀頭混凝土鋸片(內(nèi)層疊片12為低濃度金剛石)制造圖1結(jié)構(gòu)的(長)40mmX (高)12mmX (寬)3. 6mm的層疊式混凝土鋸片刀頭。 刀頭金屬結(jié)合劑的合金體系為i^e-Ni-Cu-Sn-W，超硬磨粒為單一組分的金剛石，冷壓成型后組裝的所述表層疊片11的金剛石體積濃度為25%，所述內(nèi)層疊片12金剛石的體積濃度為 18%。用此結(jié)構(gòu)型式的刀頭制作Φ400πιπι混凝土鋸片。使用電機(jī)功率為4KW的切機(jī)，轉(zhuǎn)動線速度為36m/min，濕切不含鋼筋的厚度為70mm(上部為30mm厚的含砂石硬化的C35水泥混凝土層)的C25水泥地坪，切割電流為15 20A，切割速度可達(dá)1. 5m/min,切割壽命為 2300m。此鋸片在切割過程中能始終保持良好的鋒利度，切速平穩(wěn)，切縫平直，效率高，壽命長。應(yīng)用實(shí)例四Φ400πιπι層疊式刀頭鋼筋混凝土鋸片(內(nèi)層疊片12為低濃度的金剛石與立方氮化硼 CBN)制造圖1結(jié)構(gòu)的(長)40mmX (高)12mmX (寬)3. 6mm的層疊式混凝土鋸片刀頭。 刀頭合金體系為!^-Ni-Cu-Sn-W ；超硬磨粒為金剛石與立方氮化硼CBN組合磨粒，表層疊片11超硬磨粒的總體積濃度為26% (70%金剛石，30%立方氮化硼CBN)，內(nèi)層疊片12超硬磨粒的體積濃度為20% (60%金剛石，40%立方氮化硼CBN)。用此結(jié)構(gòu)型式的刀頭制造 Φ400mm的鋼筋混凝土鋸片，濕切含兩層Φ 8mm鋼筋網(wǎng)的水泥預(yù)制板，切機(jī)條件與應(yīng)用實(shí)例三相同，切割電流為15 20A，切割速度為0. 6 0. 8m/min,切割過程平穩(wěn)，切速均勻穩(wěn)定， 鋼筋切面平滑整齊，鋸片壽命超過600延長米，鋸片的整體效能及性價(jià)比優(yōu)勢較為明顯。應(yīng)用實(shí)例五Φ63πιπι層疊式刀頭薄壁鉆(內(nèi)層疊片12為低濃度金剛石)根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案設(shè)計(jì)三層疊層刀頭，制造尺寸為 12mm(長)XSmm(高)X3mm(厚)的刀頭。將金屬粉末結(jié)合劑與金剛石的混合粉體在熱壓模具中直接分層裝料，制造圖2型式的三疊層刀頭。表層疊片11金剛石的體積濃度為22%， 內(nèi)層疊片12的金剛石體積濃度為16%，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15min/孔，鉆削數(shù)量超過60孔。鉆頭在工作過程中鉆削平穩(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lOOmm/min，鉆孔數(shù)量超過240個。應(yīng)用實(shí)例六Φ63mm層疊式刀頭薄壁鉆(內(nèi)層疊片12為低濃度的金剛石和立方氮化硼CBN)采用本實(shí)用新型的技術(shù)方案制造三疊層的圖2型式的薄壁鉆刀頭，刀頭尺寸為 20讓(長)\10111111(高)\4111111(厚)。金屬結(jié)合劑的基礎(chǔ)合金體系設(shè)計(jì)為i^e-Co-Cu-Sn，超硬磨粒設(shè)計(jì)為金剛石和立方氮化硼CBN混配組合。表層疊片11超硬磨粒的體積濃度為20% (60%金剛石和40%立方氮化硼CBN)，內(nèi)層疊片12超硬磨粒的體積濃度為16% (50%金剛石和50%立方氮化硼CBN)。將金屬結(jié)合劑與超硬磨粒的混合粉體分層投料于鋼制冷壓模具中先進(jìn)行冷壓成型，然后再將冷壓胚體置于熱壓模具中進(jìn)行熱壓燒結(jié)，制造成品刀頭，如圖5所示，將刀頭焊于圓形鋼質(zhì)刀體2上，制作成品薄壁鉆頭。用此鉆頭在與實(shí)施例五相同的工況條件濕鉆厚200mm、含4層Φ 16mm螺紋鋼的C35水泥混凝土構(gòu)件，其鉆削速度為 15min/孔，鉆削數(shù)量超過60孔。鉆頭在工作過程中鋒利性較好，鉆削平穩(wěn)，遇到鋼筋時(shí)也能保持勻速鉆進(jìn)。用此鉆頭在手持工程水鉆機(jī)上鉆厚度300mm的鋼筋混凝土墻壁時(shí)，鉆進(jìn)過程平穩(wěn)省力，平均鉆速為15min/孔，鉆削數(shù)量超過65孔。以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征及本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求1.節(jié)塊式復(fù)合超硬刀頭，其特征在于包括平行設(shè)置且燒結(jié)在一起的至少三層疊片。
2.如權(quán)利要求1所述的節(jié)塊式復(fù)合超硬刀頭，其特征在于所述疊片中包含有超硬磨粒。
3.如權(quán)利要求2所述的節(jié)塊式復(fù)合超硬刀頭，其特征在于所述刀頭的表層疊片的超硬磨粒的數(shù)量多于所述刀頭的內(nèi)層疊片超硬磨粒的數(shù)量。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種節(jié)塊式復(fù)合超硬刀頭，包括平行設(shè)置且燒結(jié)在一起的至少三層疊片；在燒結(jié)形成刀頭前，需要將制備用的原材料混合均勻，由于對節(jié)塊式復(fù)合超硬刀頭采用分層疊片設(shè)置，在每個疊片內(nèi)極易混合均勻，燒結(jié)后整體刀頭各部分的硬度和耐磨性一致性大大提高，從而延長了刀頭的使用壽命。
文檔編號B28D1/02GK202137855SQ201120242959
公開日2012年2月8日 申請日期2011年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月12日
發(fā)明者陳濤 申請人:山東日能超硬材料有限公司