一種單刃金剛石微銑刀的制造方法
【專利摘要】一種單刃金剛石微銑刀的制造方法，它涉及一種微銑刀的制造方法。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的制造技術(shù)主要用于鎢鋼微銑刀的成型加工，當(dāng)加工金剛石微銑刀時存在制造精度低、和加工效率低的問題。本發(fā)明的方法是步驟一、制造刀柄：利用激光加工技術(shù)，對鎢鋼刀柄的端部進(jìn)行微小孔加工，將小顆粒金剛石晶體放入刀柄端部的微小孔中，并放入銀銅鈦釬焊粉料，銀銅鈦釬焊粉料足以掩埋小顆粒金剛石晶體，然后把鎢鋼刀柄豎直放入真空熱處理爐中真空釬焊；步驟二、刃磨刀頭：采用機械刃磨技術(shù)，按照銑刀頭的幾何參數(shù)，完成金剛石微銑刀的回轉(zhuǎn)半徑減磨、干涉面的刃磨和單銑刀刃的成型刃磨，至此，完成單刃金剛石微銑刀的制造。本發(fā)明用于單刃金剛石微銑刀的制造。
【專利說明】—種單刃金剛石微銑刀的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微銑刀的制造方法，具體涉及一種單刃金剛石微銑刀的制造方法，屬于超精密微細(xì)銑削加工【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代產(chǎn)品在設(shè)計理念上力求減輕重量、縮小體積、降低功耗并提高穩(wěn)定性，尤其是航空航天、宇航工業(yè)對許多裝置設(shè)備提出微型化要求，出現(xiàn)了許多微小尺寸零件、特殊結(jié)構(gòu)表面的加工。微小型化零件是指具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)而且精度要求較高的零件，其尺寸范圍為
0.1?10mm，具有0.01?Imm的幾何特征尺寸。微型飛行器、衛(wèi)星慣性儀表、微型衛(wèi)星的應(yīng)用能極大的提升國家軍事實力，而微創(chuàng)手術(shù)采用的微型機器人可以進(jìn)入人體進(jìn)行檢查甚至直接進(jìn)行手術(shù)，微型化產(chǎn)品正從各方面越來越多地影響和改變著人們的生活。
[0003]因此開發(fā)出經(jīng)濟可行、能夠加工三維幾何形狀并且能適應(yīng)材料多樣性的針對精密三維微小零件的微細(xì)加工技術(shù)具有重要實用價值。而微細(xì)銑削技術(shù)具有效率高、柔性大、可以加工復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)、能加工的材料種類多等特點，已成為可以滿足前述需求的重要加工手段之一。作為微細(xì)銑削技術(shù)的重要組成部分之一，微銑刀的制造工藝也逐漸被人們所關(guān)注。當(dāng)前微銑刀的制造技術(shù)有精密微細(xì)磨削加工，聚焦離子束加工(FIB)，線電極電火花磨削加工(WEDG)，超聲振動研磨，激光束加工等技術(shù)手段。
[0004]精密微細(xì)磨削加工是用微小型金剛石砂輪對超硬刀具材料進(jìn)行磨削，從而將刀刃刃磨成型，常用的材料有鎢鋼和金剛石，許多商業(yè)化的鎢鋼微細(xì)螺旋立銑刀便是由此技術(shù)制得。
[0005]聚焦離子束加工是利用強電場使得離子柱之間產(chǎn)生數(shù)十KeV的正電荷離子束，可控制離子束聚焦到加工表面亞微米級的一點上，高能離子依靠微觀的機械撞擊能量直接將加工表面的原子或分子剝離，從而去除材料。
[0006]線電極電火花磨削加工(WEDG)，以電火花腐蝕機理來加工工件，由于線電極與工件間是點接觸的形式，放電能量可以很小，則每次放電的去除量也很小，可控制實現(xiàn)對工件的精密微細(xì)加工。
[0007]綜上所述，現(xiàn)有的制造技術(shù)主要用于鎢鋼微銑刀的成型加工，當(dāng)加工金剛石微銑刀時存在制造精度低、成本高或加工效率低的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的制造技術(shù)主要用于鎢鋼微銑刀的成型加工，當(dāng)加工金剛石微銑刀時存在制造精度低和加工效率低的問題，進(jìn)而提供一種單刃金剛石微銑刀的制造方法。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種單刃金剛石微銑刀的制造方法制造方法的具體步驟為:
[0010]步驟一、制造刀柄:
[0011]利用激光加工技術(shù)，對鎢鋼刀柄的端部進(jìn)行微小孔加工，將小顆粒金剛石晶體放入刀柄端部的微小孔中，鎢鋼刀柄端部的微小孔豎直向上，居中擺正后在微小孔內(nèi)放入銀銅鈦釬焊粉料，銀銅鈦釬焊粉料足以掩埋小顆粒金剛石晶體，然后把鎢鋼刀柄豎直放入真空熱處理爐中，真空加熱使小顆粒金剛石晶體的表面與銀銅鈦釬焊粉料形成穩(wěn)定的碳化物過渡層，以化學(xué)鍵合的方式實現(xiàn)小顆粒金剛石晶體與鎢鋼刀柄的穩(wěn)固連接；
[0012]步驟二、刃磨刀頭:
[0013]采用機械刃磨技術(shù)，按照銑刀頭的幾何參數(shù)，完成金剛石微銑刀的回轉(zhuǎn)半徑減磨、干涉面的刃磨和單銑刀刃的成型刃磨，至此，完成單刃金剛石微銑刀的制造。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下效果:
[0015]本發(fā)明采用激光加工技術(shù)，可快速實現(xiàn)超硬鎢鋼刀柄端部的打孔加工，進(jìn)而完成小顆粒金剛石晶體與鎢鋼刀柄的釬焊連接。如此設(shè)置，充分地利用了當(dāng)前成熟的鎢鋼微銑刀刀柄制造技術(shù)，可滿足刀柄全長的圓柱度誤差小于5μπι的要求。本發(fā)明采用機械刃磨技術(shù)，可高效地完成金剛石微銑刀的回轉(zhuǎn)半徑減磨、干涉面刃磨和單銑刀刃的成型刃磨，且刃磨表面粗糙度可達(dá)到Ra 1nm以下，單銑刀刃在光學(xué)顯微鏡300 X放大倍率下觀察不到微崩缺陷。
[0016]本發(fā)明采用激光加工原理:將具有極高的功率密度的聚焦激光束與工件相對運動，靠光熱效應(yīng)使工件材料不斷被蝕除，從而獲得需要的工件形狀。激光加工過程包括如下幾個階段:1)激光束照射工件材料表面，此時光的輻射能部分被反射，部分被吸收并對材料加熱，部分因熱傳導(dǎo)而損失；2)工件材料吸收光能；3)光能轉(zhuǎn)變成熱能，由于激光進(jìn)入工件材料的深度極淺，所以受激光光斑中心點輻照的工件材料表面，溫度迅速升高；4)表面溫度超過工件材料熔點后，工件材料被熔化、蒸發(fā)、汽化并濺出去除或破壞；5)作用結(jié)束，加工區(qū)冷卻至室溫。由于本申請的鎢鋼刀柄表面硬度高，存在機械鉆孔難度大的工藝問題，因此本發(fā)明采用激光加工的方式在鎢鋼刀柄端部進(jìn)行打孔，不但操作簡單，而且加工效率提高64-72%，有效的保證打孔精度。
[0017]本發(fā)明采用金剛石晶體的真空釬焊原理:金剛石晶體與釬料緊密接觸，真空加熱環(huán)境下，釬料熔化并潤濕金剛石晶體表面，此時釬料中的活性元素與金剛石晶體表面碳原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成強鍵合的穩(wěn)定碳化物過渡層，由此實現(xiàn)金剛石晶體和金屬基體間的穩(wěn)固連接。本發(fā)明選用銀銅鈦釬料，該釬料的熔化溫度為860?910°C，與金剛石晶體表面的潤濕性好，通過真空環(huán)境保護釬料不被氧化，同時使活性鈦元素與金剛石碳原子形成化學(xué)鍵結(jié)合。選用線膨脹系數(shù)與金剛石相近的鎢鋼圓棒作為刀柄，并在真空環(huán)境下與金剛石晶體進(jìn)行釬焊。這是因為金剛石晶體在真空中，800?1700°C時僅在晶體表面薄層出現(xiàn)石墨化現(xiàn)象，晶體內(nèi)部無變化，從而可設(shè)定900°C釬焊溫度，此溫度可使釬料熔化而不影響金剛石晶體和刀柄(鎢鋼圓棒的熔點在2000°C以上)，從而保證焊接質(zhì)量，焊接面剪切強度達(dá)到300Mpa以上。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為小顆粒金剛石晶體釬焊固定示意圖；圖2為銑刀頭加工豎直臺階面時的示意圖；圖3為在統(tǒng)刀頭加工平面時的示意圖；圖4為設(shè)計的統(tǒng)刀頭幾何參數(shù)示意圖。

【具體實施方式】
[0019]【具體實施方式】一:結(jié)合圖1-圖4說明本實施方式，本實施方式的一種單刃金剛石微銑刀的制造方法的具體步驟為:
[0020]步驟一、制造刀柄1:
[0021]利用激光加工技術(shù)，對鎢鋼刀柄I的端部進(jìn)行微小孔2加工，將小顆粒金剛石晶體3放入刀柄I端部的微小孔2中，鎢鋼刀柄I端部的微小孔2豎直向上，居中擺正后在微小孔2內(nèi)放入銀銅鈦釬焊粉料4，銀銅鈦釬焊粉料4足以掩埋小顆粒金剛石晶體3，然后把鎢鋼刀柄I豎直放入真空熱處理爐中，真空加熱使小顆粒金剛石晶體3的表面與銀銅鈦釬焊粉料4形成穩(wěn)定的碳化物過渡層，以化學(xué)鍵合的方式實現(xiàn)小顆粒金剛石晶體3與鎢鋼刀柄I的穩(wěn)固連接；
[0022]步驟二、刃磨刀頭:
[0023]采用機械刃磨技術(shù)，按照銑刀頭的幾何參數(shù)，完成金剛石微銑刀的回轉(zhuǎn)半徑減磨、干涉面的刃磨和單銑刀刃的成型刃磨，至此，完成單刃金剛石微銑刀的制造。
[0024]本實施方式的小顆粒金剛石晶體3為立方體晶形，邊長Imm左右。選擇此類型天然金剛石晶體毛坯，不僅可以方便地把(100)晶面定向為微銑刀的前后刀面，而且可以縮短金剛石微銑刀的回轉(zhuǎn)半徑減磨時間，提高加工效率。
[0025]【具體實施方式】二:結(jié)合圖1-圖4說明本實施方式，本實施方式的步驟一中的鎢鋼刀柄I選用鶴鋼圓棒，鶴鋼刀柄I的直徑為3mm或4mm,鶴鋼刀柄I的長度為30mm或40mm。如此設(shè)置，通過加工和刃磨，有效的保證了銑刀加工尺寸，其加工后的刀徑為0.5-lmm。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】一相同。
[0026]【具體實施方式】三:結(jié)合圖1-圖4說明本實施方式，本實施方式所述步驟一中加工微小孔2后，采用金剛石磨棒清理鎢鋼刀柄I端部的微小孔2內(nèi)表面的燒蝕殘渣，露出光亮碳化鎢金屬，然后用丙酮把鎢鋼刀柄I端部清洗干凈。如此設(shè)置，主要為了清除微小孔2的殘渣、油潰等污染物，提高小顆粒金剛石晶體3和鎢鋼刀柄I的焊接強度。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】二相同。
[0027]【具體實施方式】四:結(jié)合圖1-圖4說明本實施方式，本實施方式的所述步驟一中把鎢鋼刀柄I豎直放入真空熱處理爐中，進(jìn)行小顆粒金剛石晶體3與鎢鋼刀柄I的真空釬焊，真空熱處理爐的工作真空度為5X (10_3-10_2)Pa，真空加熱到900°C后保載10分鐘，然后隨爐自然冷卻至室溫，爐溫高于150°C時保持爐內(nèi)工作真空度，釬焊完成后，打開爐門，取出焊上金剛石刀頭的鎢鋼刀柄I。如此設(shè)置，可保證焊上金剛石刀頭的鎢鋼刀柄I清潔美觀。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】一、二或三相同。
[0028]【具體實施方式】五:結(jié)合圖1-圖4說明本實施方式，本實施方式的所述步驟二中的刃磨刀頭在刃磨過程中按以下順序進(jìn)行:
[0029]首先，在單晶鉆石刀具行星型研磨機上采用800#陶瓷基金剛石砂輪對焊有小顆粒金剛石晶體毛坯的鎢鋼刀柄I端部進(jìn)行錐形刃磨，完成銑刀回轉(zhuǎn)半徑的減磨工序；
[0030]其次，在單晶鉆石刀具行星型研磨機上采用800#青銅基金剛石砂輪對金剛石刀頭進(jìn)行豎直臺階面5的加工，豎直臺階面5的加工順序為先端刃6后側(cè)刃7，即完成金剛石微銑刀的干涉面的刃磨；
[0031]最后，在單晶鉆石刀具行星型研磨機上采用800#青銅基金剛石砂輪對金剛石刀頭進(jìn)行第一斜面8和第二斜面9的加工；在單晶鉆石刀具行星型研磨機上采用3000#青銅基金剛石砂輪對金剛石刀頭進(jìn)行后刀面10的精加工，形成鋒利端刃，至此，完成對金剛石微銑刀的單銑刀刃的成型刃磨。
[0032]如此設(shè)置，可使金剛石微銑刀的刃磨表面粗糙度達(dá)到Ra 1nm以下，單銑刀刃在光學(xué)顯微鏡300X放大倍率下觀察不到微崩缺陷。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】一、二、三或四相同。
[0033]【具體實施方式】六:結(jié)合圖1-圖4說明本實施方式，本實施方式的步驟二中的回轉(zhuǎn)半徑減磨過程中，刃磨工藝參數(shù)設(shè)置為:鎢鋼刀柄自轉(zhuǎn)，砂輪盤附加往復(fù)運動，主軸轉(zhuǎn)速4200r/min,磨削壓力15N,單次磨削進(jìn)給量10 μ m,回轉(zhuǎn)半徑最小能減磨到0.4mm。如此設(shè)置，不但可增加回轉(zhuǎn)半徑減磨效率，快速完成鎢鋼刀柄I端部的錐形刃磨，而且可均化錐形表面的磨削痕跡，使錐形表面光潔明亮。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】五相同。
[0034]【具體實施方式】七:結(jié)合圖1-圖4說明本實施方式，本實施方式的步驟二中干涉面的刃磨；刃磨工藝參數(shù)設(shè)置為:鎢鋼刀柄無自轉(zhuǎn)，砂輪盤無往復(fù)運動，主軸轉(zhuǎn)速4200r/min，磨削壓力10N，單次磨削進(jìn)給量5 μ m。如此設(shè)置，豎直臺階面5是為了形成微銑刀的前刀面，其中，加工側(cè)刃7為了消除刀頭自身形狀對銑削加工表面的干涉破壞。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】五相同。
[0035]【具體實施方式】八:結(jié)合圖1-圖4說明本實施方式，本實施方式的步驟二中對第一斜面8和第二斜面9的刃磨工藝參數(shù)設(shè)置為:鎢鋼刀柄無自轉(zhuǎn)，砂輪盤附加往復(fù)運動，主軸轉(zhuǎn)速4200r/min，磨削壓力10N，單次磨削進(jìn)給量5 μ m。如此設(shè)置，第一斜面8和第二斜面9的微銑刀回轉(zhuǎn)軸心線與砂輪盤面夾角為25°?45。。加工第一斜面8為了消除刀頭自身形狀對銑削加工表面的干涉破壞，加工第二斜面9為了消除端刃(零切削速度部位)對銑削加工表面的摩擦。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】五相同。
[0036]【具體實施方式】九:結(jié)合圖1-圖4說明本實施方式，本實施方式的步驟二中后刀面10刃磨工藝參數(shù)設(shè)置為:鎢鋼刀柄無自轉(zhuǎn)，砂輪盤附加往復(fù)運動，主軸轉(zhuǎn)速4200r/min，磨削壓力10N，單次磨削進(jìn)給量2μπι。如此設(shè)置，加工后刀面10時，微銑刀回轉(zhuǎn)軸心線與砂輪盤面夾角即為微銑刀后角，微銑刀后角為6°。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】五相同。
【權(quán)利要求】
1.一種單刃金剛石微銑刀的制造方法，其特征在于:該制造方法的具體步驟為: 步驟一、制造刀柄(I): 利用激光加工技術(shù)，對鎢鋼刀柄(I)的端部進(jìn)行微小孔(2)加工，將小顆粒金剛石晶體(3)放入刀柄⑴端部的微小孔(2)中，鎢鋼刀柄⑴端部的微小孔(2)豎直向上，居中擺正后在微小孔(2)內(nèi)放入銀銅鈦釬焊粉料(4)，銀銅鈦釬焊粉料(4)足以掩埋小顆粒金剛石晶體(3)，然后把鎢鋼刀柄(I)豎直放入真空熱處理爐中，真空加熱使小顆粒金剛石晶體(3)的表面與銀銅鈦釬焊粉料(4)形成穩(wěn)定的碳化物過渡層，以化學(xué)鍵合的方式實現(xiàn)小顆粒金剛石晶體(3)與鎢鋼刀柄(I)的穩(wěn)固連接； 步驟二、刃磨刀頭: 采用機械刃磨技術(shù)，按照銑刀頭的幾何參數(shù)，完成金剛石微銑刀的回轉(zhuǎn)半徑減磨、干涉面的刃磨和單銑刀刃的成型刃磨，至此，完成單刃金剛石微銑刀的制造。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單刃金剛石微銑刀的制造方法，其特征在于:所述步驟一中的鎢鋼刀柄⑴選用鎢鋼圓棒，鎢鋼刀柄⑴的直徑為3mm或4mm，鎢鋼刀柄⑴的長度為30mm或40mmη
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種單刃金剛石微銑刀的制造方法，其特征在于:所述步驟一中加工微小孔⑵后，采用金剛石磨棒清理鎢鋼刀柄⑴端部的微小孔⑵內(nèi)表面的燒蝕殘渣，露出光亮碳化鎢金屬，然后用丙酮把鎢鋼刀柄(I)端部清洗干凈。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種單刃金剛石微銑刀的制造方法，其特征在于:所述步驟一中把鎢鋼刀柄(I)豎直放入真空熱處理爐中，進(jìn)行小顆粒金剛石晶體(3)與鎢鋼刀柄(I)的真空釬焊，真空熱處理爐的工作真空度為5Χ (10_3-10_2)Pa，真空加熱到900°C后保載10分鐘，然后隨爐自然冷卻至室溫，爐溫高于150°C時保持爐內(nèi)工作真空度，釬焊完成后，打開爐門，取出焊上金剛石刀頭的鎢鋼刀柄(I)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種單刃金剛石微銑刀的制造方法，其特征在于:所述步驟二中的刃磨刀頭在刃磨過程中按以下順序進(jìn)行: 首先，在單晶鉆石刀具行星型研磨機上采用800#陶瓷基金剛石砂輪對焊有小顆粒金剛石晶體毛坯的鎢鋼刀柄(I)端部進(jìn)行錐形刃磨，完成銑刀回轉(zhuǎn)半徑的減磨工序； 其次，在單晶鉆石刀具行星型研磨機上采用800#青銅基金剛石砂輪對金剛石刀頭進(jìn)行豎直臺階面(5)的加工，豎直臺階面(5)的加工順序為先端刃(6)后側(cè)刃(7)，即完成金剛石微銑刀的干涉面的刃磨； 最后，在單晶鉆石刀具行星型研磨機上采用800#青銅基金剛石砂輪對金剛石刀頭進(jìn)行第一斜面(8)和第二斜面(9)的加工，在單晶鉆石刀具行星型研磨機上采用3000#青銅基金剛石砂輪對金剛石刀頭進(jìn)行后刀面(10)的精加工，形成鋒利端刃，至此，完成對金剛石微銑刀的單銑刀刃的成型刃磨。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種單刃金剛石微銑刀的制造方法，其特征在于:步驟二中的回轉(zhuǎn)半徑減磨過程中，刃磨工藝參數(shù)設(shè)置為:鎢鋼刀柄自轉(zhuǎn)，砂輪盤附加往復(fù)運動，主軸轉(zhuǎn)速4200r/min,磨削壓力15N,單次磨削進(jìn)給量10 μ m,回轉(zhuǎn)半徑最小能減磨到0.4mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種單刃金剛石微銑刀的制造方法，其特征在于:步驟二中干涉面的刃磨；刃磨工藝參數(shù)設(shè)置為:鎢鋼刀柄無自轉(zhuǎn)，砂輪盤無往復(fù)運動，主軸轉(zhuǎn)速4200r/min,磨削壓力10N,單次磨削進(jìn)給量5 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種單刃金剛石微銑刀的制造方法，其特征在于:步驟二中對第一斜面(8)和第二斜面(9)的刃磨工藝參數(shù)設(shè)置為:鎢鋼刀柄無自轉(zhuǎn)，砂輪盤附加往復(fù)運動，主軸轉(zhuǎn)速4200r/min,磨削壓力10N,單次磨削進(jìn)給量5 μ m。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種單刃金剛石微銑刀的制造方法，其特征在于:步驟二中后刀面(10)刃磨工藝參數(shù)設(shè)置為:鎢鋼刀柄無自轉(zhuǎn)，砂輪盤附加往復(fù)運動，主軸轉(zhuǎn)速4200r/min,磨削壓力10N,單次磨削進(jìn)給量2 μ m。
【文檔編號】B23P15/34GK104128783SQ201410341803
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月17日
【發(fā)明者】宗文俊, 趙學(xué)森, 李增強, 陳俊, 孫濤 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)