聚晶金刚石微细立铣刀制造技术研究

聚晶金刚石微细立铣刀制造技术研究

乔利锋

河南省长葛市黄河旋风股份有限公司  河南省 长葛市  461500

摘要：聚晶金刚石微细立铣刀是一种用于加工材料的刀具，特别适用于高硬度、脆性和难加工的材料，如陶瓷、复合材料、硬质合金等。文章旨在探究聚晶金刚石微细立铣刀制造技术。以PCD微细立铣刀制造技术为基础，详细阐述加工工艺，明确主要制造步骤。

关键词：金刚石；微细立铣刀；制造技术

引言：随着工业制造领域的不断发展，对于高效、精确加工工具的需求日益增加。聚晶金刚石微细立铣刀由于其硬度高、耐磨性好等特点，成为实现复杂工件高精度加工的重要工具。然而，制造这类刀具面临着工艺复杂、材料选择以及加工优化等挑战。本文旨在探究聚晶金刚石微细立铣刀的制造技术，为提升加工效率与质量提供技术支持。

1PCD微细立铣刀阐述

PCD 微细立铣刀是一种使用聚晶立方氮化硼（Polycrystalline Cubic Boron Nitride，简称 PCD）刀片制作的微细立铣刀。PCD 是一种人工合成的超硬材料，具有类似于天然金刚石的硬度和耐磨性，但在一些方面具有更好的性能。

PCD 微细立铣刀在需要高精度和高表面质量的加工任务中得到广泛应用。该刀具常用于加工硬质材料，如铸造模具、硬质合金、陶瓷、复合材料等。与传统的硬质合金刀片相比，PCD 微细立铣刀具有更高的切削速度、更长的寿命和更好的切削性能。由于 PCD 刀片具有优异的热导性，它们能够在高速切削时有效地散发热量，从而减少工件和刀具的热损伤[1]。

2 PCD微细立铣刀制造方案总体阐述

聚晶金刚石具备高硬度，在进行精密磨削中，加工难度较大且效率低下。基于此，在利用该材料加工微细立铣刀时面临更多挑战。

2.1PCD微细立铣刀整体结构确定

传统的微细立铣刀制造过程中，一般是借助精密磨削硬质合金棒的方式获取，也就是通过磨削特定材料，获得所需刀具。但对于PCD微细立铣刀而言，该种方法难以达到目的，通常是采用PCD复合片和硬质合金棒高频焊接的方式获取，然后再借助电火花线切割方式加工成特定形状。

2.2PCD微细立铣刀加工方案确定

具体来看，该刀具加工主要包括三个步骤：第一是PCD复合片和硬质合金棒切割，也就是在PCD复合片上，借助电火花线技术切割成指定尺寸、形状的PCD刀片，切割出25mm长的硬质合金棒；第二是确保切割出来的特定PCD刀片和硬质合金刀柄结合，通过化学、机械等方法处理，确保刀片和刀柄在高频感应钎焊工艺下实现焊接；第三，PCD微细立铣刀刀刃成形，借助电火花线技术，对整体形成成型的毛坯刀具进行精细加工，促使其满足结构参数要求。

3主要步骤阐述

3.1PCD复合片和硬质合金棒的电火花切割

现今可以完成PCD复合片切割的方法有多种，如PCD复合片精密磨削、PCD复合片电火花线切割、激光切割等。文章以电火花线切割技术为基础进行阐述。

3.1.1材料和设备

文章应用的PCD复合片型号为BDM004，是由美国邦德公司生产的，该复合片平均粒径为4，导电性能优良，便于采用电火花线方法切割。应用的硬质合金棒型号为YL10.2（D3×L100），是由株洲硬质合金集团有限公司生产的。电火花线切割设备选择型号为CHALLENGE ECUT 2F的慢走丝线切割机床，该机床加工精度可达到2，足以满足微细立铣刀具加工要求。

3.1.2PCD刀片和硬质合金刀柄的切割过程

加工过程中，以直径为3mm的硬质合金棒为基础材料，进行电火花线切割时，按照规格为3mm×3mm的正方形或者直径为3mm的圆形为基础。机床加工时，需要考虑包括电极丝直径和放电间隙在内的走丝轨迹间隔，具体如下公式进行计算：。

其中D代表电极丝直径和放电间隙在内的走丝轨迹间隔，代表电火花线切割正方形的边长；代表电极丝的直径；L代表电极丝放电间隙。

3.2PCD刀片和硬质合金棒的高频焊接

PCD复合片的基体是硬质合金材料，该材料在进行钎焊时对钎料的浸润性较差，因此，焊接时难以保证质量。镍铬钎料在浸润性方面占据优势，但是PCD层的耐热温度在700℃，而镍铬钎料融化温度在1000℃，因此，应用镍铬钎料时，很容易会导致PCD层和硬质合金层之间，由于热膨胀系数差异产生焊接应力，进而影响焊接效果。基于此，文章采用高频钎焊工艺进行加工[2]。

3.2.1实验材料和设备

文章应用材料包括按照规范尺寸完成切割的PCD复合片、银基焊膏、银焊片、按规范尺寸切割完成的硬质合金刀柄、金相砂纸及无水乙醇几部分。

文章应用设备包括金相水磨机、超声波清洗器、专用PCD微细立铣刀刀柄焊接夹具（依据加工尺寸自制形成）、高频感应加入设备（自制的感应加热圈）及红外探测仪等。

3.2.2加工过程

该步骤加工过程包括三方面：第一，前置准备。在高频钎焊之前，需要做好PCD复合片和硬质合金刀柄机械打磨操作，同时需要进行超声波清洗，规范应用自制的夹具，为后续的焊接加工奠定基础。第二，高频钎焊。焊接过程中，按照从下到上的顺序进行操作。首先将涂有银基焊膏的PCD复合片（待结合面）、银基半片、硬质合金刀柄等规范固定到专用夹具上，注意保证PCD复合片中心位置与硬质合金刀柄的轴线保持重合，之后规范操作机床，在感应加热线圈辅助下，完成高频感应钎焊，焊接完成之后等到自然冷却后才可以接触。焊接过程中，注意温度和焊接时长。第三，后置处理。焊接完成之后，需要科学操作设备对加工的刀柄表面杂质及焊接缝隙附近的焊瘤进行清理

[3]。

3.3PCD微细立铣刀的刀刃成形

3.3.1加工设备

应用设备以电火花线切割设备为主。应用的设备最大切割速度为300mm2/min，定位精度低于0.005mm，丝径范围为0.03mm—0.3mm。

3.3.2加工过程

加工中，具体步骤包括以下几方面：刀片固定、加工、刃型设计、刀刃磨削、刀刃抛光。通过电火花线切割技术，完成切削。

结语

聚晶金刚石微细立铣刀制造技术的研究在现代高精度加工中具有重要作用。文章以PCD精细立铣刀制造技术为基础，通过详细阐述该刀具加工过程，总结制造技术要点、材料特点等。希望文章研究，可以为我国工业制造的创新和优化提供更多参考。

参考文献

[1]赵先锋,胡小龙,史红艳.悬链线结构微细立铣刀的动态性能研究[J].轻工机械,2021,39(1):12-16+22.

[2]刘伟,刘一波,曹彩婷，等.光电材料加工用套料钻头和研磨减薄砂轮关键制造技术[J].超硬材料工程,2019,31(2):39-44.

[3]吴昌,宋鹏涛,刘海华，等.多晶金刚石刀具的现状及发展研究[J].科技创新与应用,2019，9(9):80-81+84.

姓名：乔利锋（1987.06--）；性别：男，民族汉 籍贯：河南省长葛人，学历：大专，毕业于河南工业大学；现有职称：初级工程师；研究方向：无机非金属材料。