一种用聚晶金刚石为材料的刀具加工制造工艺.pdf

本发明公开了一种聚晶金刚石为材料的刀具制造方法。该发明属于铸造加工技术领域，该聚晶金刚石材料主要包含TiC Co Ni等，其加工流程为烧结—硼砂—去应力处理—防腐处理—研磨—检测，该工艺流程简单便于操作，一般主要用于加工难加工的铸铁(灰铸铁、高合金耐磨铸铁等)、以及各种高碳钢、合金钢等，由于在材料中含有一定量的TiC,从而改善了道具的抗冲击强度，因此本刀具硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等特性，可在高速切削中获得很高的加工精度和加工效率本刀具由硬质合金刀柄和刀头两部分通过焊接组成，采用热压成形和烧结的方法获得。

1.一种用聚晶金刚石为材料的刀具加工制造工艺，聚晶金刚石包括下列重量百
分比含量：TiC1.2％-2.1％，Co0.89％-1.23％，Ni1.25％-1.78％，Nb0.23％-0.56％，
SiC7.53％-8.95％，其余成为主要为C60和不可避免的杂质,特征在于：
(1)将各种比列的成分的物质混合均匀，放入预先预热的熔炉，加温熔炼混合
物得到熔液，其中预热温度为800-900℃，熔炼温度控制在1400-1600℃，在熔
炼过程中进行磁化搅拌：在熔炉外围施加旋转的磁场，使熔液产生感应涡流，
之后进行磁吸供料处理，即：利用供料磁场发生器将熔液抽送到压铸机保温炉
内，使其在氮气气氛下保温20-30min，并且控制压铸机保温炉内熔液温度在
850-920℃，最后进行热式压铸，即：将合金熔液输入压铸模进行压铸，压
铸模温度为100-200度，保持时间5-10分钟，取出铸件刀具，
(2)对刀具进行去应力处理，进行淬火+回火处理，采用二次淬火法，先水冷，
在500-650℃快速水冷，500℃以100℃/h的冷却速度进行冷却，再进行高温回
火处理，回火温度为550-650℃，
(3)进行刀具表面渗氮，冷却至550-650℃后送入充满氮气与氢气的等温炉中，
炉温为620-670℃，保温0.5-1.5h，后出炉空冷，
(4)将渗氮后的刀具进行喷砂处理去除氧化皮，再进行表面磷酸处理，
(5)防腐处理：将镁、硅酸盐水泥、水玻璃、三氧化二铝，水等配成粘稠状混
合液体，搅拌均匀后，采用高压法将其喷涂刀具表面，然后将其放于400-580℃
下进行加热烘烤，使其表面形成一层保护膜，达到防腐防锈的目的,
(6)对防腐处理后的刀具进行研磨处理，在检测是否合格，否者返回到(4)。

一种用聚晶金刚石为材料的刀具加工制造工艺

技术领域

该发明属于铸造加工技术领域，本发明涉及聚晶金刚石及其刀具。尤
其是一种用聚晶金刚石为材料的刀具加工制造工艺。

背景技术

传统的切削刀具，大多高速钢、硬质合金钢为材料，主要用来切削铸铁、
淬硬钢等金属材料。这些切削刀具的硬度、耐磨性能、韧性、耐高温性能都有
一定的局限性，使用寿命短，且硬度低，导热系数小，热量传递迅速慢，而且
其摩擦系数大，切削力比较大，热膨胀系数大，因此其刀具热变形大，加工精
度底且在加工过程中切屑易粘结在刀尖上形成积屑瘤。后来随着技术的发展发
明了新的刀具材料，纯Si3N4刀具或者纯Al2O3刀具，但这些刀具材料抗冲击性差，
断裂韧性不好，抗弯能力弱，切削速度不平稳，易形成机械瘤，而且工效低，
不仅耗费时间，而且震动大，容易产生尖叫声，导致被加工表面光洁度差，工
件易变形，京城导致零件报废，造成重大经济损失，而且刀具刃口破损失效，
刀具使用寿命不高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明为了解决上述问题，设计了一种用聚晶金刚
石为材料的刀具加工制造工艺。

本发明制备了该一种刀具加工知道工艺，其所用材料成分的百分比含量：
TiC1.2％-2.1％，Co0.89％-1.23％，Ni1.25％-1.78％，Nb0.23％-0.56％，SiC
7.53％-8.95％，其余成为主要为C60和不可避免的杂质，优选TiC1.3％-1.9％，
Co0.91％-1.13％，Ni1.52％-1.62％，Nb0.27％-0.41％，SiC7.92％-8.24％，其加
工工艺关键技术如下：(1)将各种比列的成分的物质混合均匀，放入预先预热
的熔炉，加温熔炼混合物得到熔液，其中预热温度为800-900℃，熔炼温度控
制在1400-1600℃，在熔炼过程中进行磁化搅拌：在熔炉外围施加旋转的磁场，
使熔液产生感应涡流，之后进行磁吸供料处理，即：利用供料磁场发生器将熔
液抽送到压铸机保温炉内，使其在氮气气氛下保温20-30min，并且控制压铸机
保温炉内熔液温度在850-920℃，最后进行热式压铸，即：将合金熔液输入
压铸模进行压铸，压铸模温度为100-200度，保持时间5-10分钟，取出铸件刀
具，(2)对刀具进行去应力处理，进行淬火+回火处理，采用二次淬火法，先
水冷，在500-650℃快速水冷，500℃以100℃/h的冷却速度进行冷却，再进行
高温回火处理，回火温度为550-650℃，(3)进行刀具表面渗氮，冷却至
550-650℃后送入充满氮气与氢气的等温炉中，炉温为620-670℃，保温
0.5-1.5h，后出炉空冷，(4)将渗氮后的刀具进行喷砂处理去除氧化皮，再
进行表面磷酸处理，(5)防腐处理：将镁、硅酸盐水泥、水玻璃、三氧化二铝，
水等配成粘稠状混合液体，搅拌均匀后，采用高压法将其喷涂刀具表面，然后
将其放于400-580℃下进行加热烘烤，使其表面形成一层保护膜，达到防腐防
锈的目的(6)对防腐处理后的刀具进行研磨处理，在检测是否合格，否者返回
到(4)。(注意：在设计时刀具角度为前角γ0＝-5.7℃-24.1℃，主后角α0＝5℃
-11℃，主偏角Kr取90℃，75℃，60℃，45℃，30℃。背前角和背后角在背平
面内测量，副偏角在基面内测量，刃倾角在切削面背内测量)。

本发明优点在于：在刀具材料中加入了一定量的TiC，同时加入金属Ni等
从而提高了刀具冲击性，抗弯强度，加强各组织的结合并且可以抑制组织的长
大，综合机械性好，切削速度稳定，耐磨性好，硬度高，耐高温性好，导热性
好等特性，脆性进一步降低，由于在聚晶金刚石体中，碳原子的四个价电子按
四面体结构成键，每个碳原子与四个相邻原子形成共价键，进而组成金刚石结
构，该结构的结合力和方向性很强，从而使金刚石具有极高硬度，因此其硬度
可达8000HV，为硬质合金的80～120倍，其导热系数为700W/mK，为硬质合金
的1.5～9倍，因此聚晶金刚石刀具热量传递迅速，而且其摩擦系数一般仅为
0.1～0.3，可显著减小切削力，热膨胀系数仅为0.9×10-6～1.18×10-6，仅相
当于硬质合金的1/5，因此其刀具热变形小，加工精度高且在加工过程中切屑
不易粘结在刀尖上形成积屑瘤。

具体实施方式

实施例一

一种聚晶金刚石材料的刀具，其所用材料成分为：TiC1.2％，Co0.89％，
Ni1.25％，Nb0.23％，SiC7.53％，其余成为主要为C60和不可避免的杂质，其
加工工艺关键技术如下：(1)将各种比列的成分的物质混合均匀，放入预先预
热的熔炉，加温熔炼混合物得到熔液，其中预热温度为800℃，熔炼温度控制
在1400℃，在熔炼过程中进行磁化搅拌：在熔炉外围施加旋转的磁场，使熔液
产生感应涡流，之后进行磁吸供料处理，即：利用供料磁场发生器将熔液抽送
到压铸机保温炉内，使其在氮气气氛下保温20min，并且控制压铸机保温炉内
熔液温度在850℃，最后进行热式压铸，即：将合金熔液输入压铸模进行压
铸，压铸模温度为100度，保持时间5分钟，取出铸件刀具，(2)对刀具进行
去应力处理，进行淬火+回火处理，采用二次淬火法，先水冷，在500℃快速
水冷，500℃以100℃/h的冷却速度进行冷却，再进行高温回火处理，回火温度
为550℃，(3)进行刀具表面渗氮，冷却至550℃后送入充满氮气与氢气的等
温炉中，炉温为620℃，保温0.5h，后出炉空冷，(4)将渗氮后的刀具进行
喷砂处理去除氧化皮，再进行表面磷酸处理，(5)防腐处理：将镁、硅酸盐水
泥、水玻璃、三氧化二铝，水等配成粘稠状混合液体，搅拌均匀后，采用高压
法将其喷涂刀具表面，然后将其放于400℃下进行加热烘烤，使其表面形成一
层保护膜，达到防腐防锈的目的(6)对防腐处理后的刀具进行研磨处理，在检
测是否合格，否者返回到(4)。(注意：在设计时刀具角度为前角γ0＝-5.7℃
-24.1℃，主后角α0＝5℃-11℃，主偏角Kr取90℃，75℃，60℃，45℃，30℃。
背前角和背后角在背平面内测量，副偏角在基面内测量，刃倾角在切削面背内
测量)。

实施例二

一种聚晶金刚石材料的刀具，其所用材料成分为：TiC2.1％，Co1.23％，
Ni1.78％，Nb0.56％，SiC8.95％，其余成为主要为C60和不可避免的杂质，其
加工工艺关键技术如下：(1)将各种比列的成分的物质混合均匀，放入预先预
热的熔炉，加温熔炼混合物得到熔液，其中预热温度为900℃，熔炼温度控制
在1600℃，在熔炼过程中进行磁化搅拌：在熔炉外围施加旋转的磁场，使熔液
产生感应涡流，之后进行磁吸供料处理，即：利用供料磁场发生器将熔液抽送
到压铸机保温炉内，使其在氮气气氛下保温30min，并且控制压铸机保温炉内
熔液温度在920℃，最后进行热式压铸，即：将合金熔液输入压铸模进行压
铸，压铸模温度为200度，保持时间10分钟，取出铸件刀具，(2)对刀具进
行去应力处理，进行淬火+回火处理，采用二次淬火法，先水冷，在650℃快
速水冷，500℃以100℃/h的冷却速度进行冷却，再进行高温回火处理，回火温
度为650℃，(3)进行刀具表面渗氮，冷却至650℃后送入充满氮气与氢气的
等温炉中，炉温为670℃，保温1.5h，后出炉空冷，(4)将渗氮后的刀具进
行喷砂处理去除氧化皮，再进行表面磷酸处理，(5)防腐处理：将镁、硅酸盐
水泥、水玻璃、三氧化二铝，水等配成粘稠状混合液体，搅拌均匀后，采用高
压法将其喷涂刀具表面，然后将其放于580℃下进行加热烘烤，使其表面形成
一层保护膜，达到防腐防锈的目的(6)对防腐处理后的刀具进行研磨处理，在
检测是否合格，否者返回到(4)。(注意：在设计时刀具角度为前角γ0＝-5.7℃
-24.1℃，主后角α0＝5℃-11℃，主偏角Kr取90℃，75℃，60℃，45℃，30℃。
背前角和背后角在背平面内测量，副偏角在基面内测量，刃倾角在切削面背内
测量)。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺
流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明
必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应
该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的
添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。