陶瓷切削刀片

申请号 CN200810083755.7 申请日 2008-03-12 公开(公告)号 CN101450862A 公开(公告)日 2009-06-10
申请人 山特维克知识产权股份有限公司; 发明人 托马斯·恩特巴卡;
摘要 本 发明 涉及一种加工陶瓷 切削刀片 的方法,该刀片基于 氧 化物陶瓷、氮化物陶瓷或混合陶瓷材料,还可能含有 纤维 状结晶,加工工艺包括以下粉末 冶金 步骤:提供待压制陶瓷粉末,把待压制粉末压制成所需形状的坯 块 ,把坯块 烧结 成致密的陶瓷坯件,随后通过滚动 抛光 陶瓷坯件去除烧结表层并形成倒圆刃。
权利要求

1.一种加工陶瓷切削刀片的方法,所述刀片基于化物陶瓷、氮 化物陶瓷或混合陶瓷材料,还可能含有纤维状结晶,加工工艺包括以 下粉末冶金步骤:提供待压制陶瓷粉末,把待压制粉末压制成所需形 状的坯,把所述坯块烧结成致密的陶瓷坯件,其特征在于,滚动抛 光所述陶瓷坯件,以去除烧结表层并形成倒圆刃。
2.根据上述权利要求所述的方法,其特征在于:滚动抛光所述坯 件直到它的倒圆刃的W值在30μm和70μm之间,H值在30μm和70μm 之间,W/H比在0.8和1.6之间,并且平均表面粗糙度值即MRa值≤ 0.3μm,优选MRa值≤0.25μm。
3.根据上述权利要求所述的方法,其特征在于:所述坯件为圆形;
4.根据上述权利要求所述的方法,其特征在于:所述陶瓷材料为 赛隆陶瓷等级;
5.根据上述权利要求所述的方法,其特征在于:所述滚动抛光进 行的时间≥300分钟;
6.根据上述权利要求所述的方法,其特征在于:在振动抛光机中 进行所述滚动抛光;
7.通过根据权利要求1所述的方法加工的陶瓷切削刀片,其特征 在于:其具有W值在30μm和70μm之间,H值在30μm和70μm之间, 并且W/H比在0.8和1.6之间的倒圆刃,并且具有MRa值≤0.3μm,优 选MRa值≤0.25μm的光滑表面。
8.根据权利要求7所述的陶瓷切削刀片,其特征在于:其为圆形
9.根据权利要求7或8所述的陶瓷切削刀片,其特征在于:其为 赛隆陶瓷等级的。

说明书全文

技术领域

发明涉及一种用于金属加工的陶瓷切削刀片的制作方法和一种 陶瓷切削刀片。

背景技术

陶瓷切削刀片通过粉末冶金法制成,包括研磨、压制和烧结过程。 通过烧结过程得到陶瓷刀片的坯件,作为压制操作的结果,坯件具有 相当锋利的切削刃,作为烧结过程的结果,形成烧结表层。但是,使 用时锋利的刀刃太容易断裂,烧结表层可能含有表面缺陷,其在操作 中充当刀片的裂缝开裂点。因此,烧结的坯件必需经过后烧结处理。 通常,为了得到具有合适的最终形状和尺寸公差的切削刀片,也需要 执行后烧结处理。
金属加工用的陶瓷刀片材料为硬而脆类型的,因此如果表面处理 方式不恰当,容易产生例如崩刃(chipping)等表面缺陷。因此,在后 烧结处理中,需注意不使刀片坯件表面造成损伤,特别是对于锐利的、 烧结的切削刃。在一些情况下,例如在对特定陶瓷材料级别进行表面 处理时,为了不产生不能接受的表面缺陷及因此使完工的刀片报废, 需要进行特殊测量。
使陶瓷刀片坯件成型并除去烧结表层的常方式是使用研磨摩擦工 具,如传统的砂轮。但是,为得到所需的最终形状,陶瓷坯件的研磨 公知是一种耗费很大的过程,其需要精密的研磨设备和大量的人工处 理,或者替代地,需要使用昂贵的设备进行自动处理。为了获得切削 刃的倒圆刃(edge rounding),还需要执行第二后烧结步骤,通常是以 擦刷操作的形式。
所得到的倒圆刃可以由W/H比来描述,其中W是倒圆刃沿前刀 面的宽度,H是倒圆刃沿间隙面的宽度。为达到切削刀片的理想寿命, 通过该处理获得的W/H比必须在一定的公差范围内。
滚动抛光法在金属和金属合金制品的表面预加工和处理中已有多 年的应用,比如用于实现如叶片、翼片、喷嘴燃气轮机部件的去毛 刺、修圆或抛光。
美国专利:4,869,329公开了一种钻孔用凿岩钻头刀片的处理方法, 该刀片包括复合材料,如化钨结合Co或者Ni-Fe合成物,该方法使 用了振动滚动抛光技术以提高刀片的断裂韧度。

发明内容

本发明的目的是提供一种减轻现有技术中存在的问题的加工陶瓷 切削刀片的方法。
本发明的另一目的是提供用于陶瓷切削刀片坯件的后烧结处理的 有效方法。
附图说明
图1示出根据本发明经后烧结处理的示例性陶瓷切削刀片的刀刃 的光学影像图。
图2示出根据本发明经后烧结处理的示例性陶瓷切削刀片的刀刃 的光学影像图。
图3示出经对比的后烧结处理的示例性陶瓷切削刀片的刀刃的光 学影像图。
图4示出经对比的后烧结处理的示例性陶瓷切削刀片的刀刃的光 学影像图。
图5示出根据本发明的示例性陶瓷切削刀片的磨损刀刃的光学影 像图。
图6示出根据现有技术的示例性陶瓷切削刀片的磨损刀刃的光学 影像图。

具体实施方式

令人惊奇地发现,可以通过陶瓷刀片坯件的一次后烧结过程完成 表面处理,去除烧结表层,以及使倒圆刃形成在所需公差范围内的W、 H和W/H比。
根据本发明,提供了一种加工陶瓷切削刀片的方法,该刀片基于 化物陶瓷、氮化物陶瓷或混合陶瓷材料,还可能含有(例如SiC的) 纤维状结晶。生产工艺包括以下粉末冶金步骤:提供待压制陶瓷粉末, 把待压制粉末压制成所需形状的坯,将坯块烧结成致密的陶瓷坯件, 以及滚动抛光陶瓷坯件,以去除烧结表层并提供倒圆刃。
更具体地讲,该方法的特征在于,进行滚动抛光处理步骤直到陶 瓷刀片切削刃的倒圆刃的W值在30μm和70μm之间,H值在30μm和 70μm之间,W/H比在0.8和1.6之间,表面平均粗糙度值即MRa值≤ 0.30μm,优选MRa≤0.25μm。
对于获得具有规定值的W、H、W/H比和MRa的所需倒圆刃,确 定所需的滚动抛光时间在熟练技术人员的能范围之内。
本发明在将该方法应用于具有圆形形状的切削刀片时尤其成功。
进一步证实,本发明在将该方法应用在赛隆陶瓷级别(sialon grade)的切削刀片上时尤其适用。
优选的是使用陶瓷片作为滚动抛光介质,优选是氧化片。
在一种实施方式中,滚动抛光时间≥300分钟,更优选≥360分钟, 但优选≤720分钟,更优选≤660分钟。
在一种优选的实施方式中,在振动抛光机中进行滚动抛光处理。
在一种实施方式中,滚动抛光处理包括把烧结的陶瓷坯件装入振 动式滚动抛光机,陶瓷片为滚动抛光介质,陶瓷片和坯件的重量比为3: 1到7:1,坯件总重5-13kg,加入1400-1800kg的研磨支撑化合物 (grinding support compound),流速度为1升/小时,进行滚动抛光 处理570-630分钟。
在一种实施方式中,滚动抛光的刀片进一步在所选表面上经受研 磨操作,例如圆形刀片的上和下表面,随后进行第二滚动抛光步骤以 提供光滑表面和/或倒圆刃。
根据本发明,还提供了一种陶瓷切削刀片,该刀片基于氧化物陶 瓷或氮化物陶瓷或混合陶瓷材料,还可能含有纤维状结晶,通过上述 方法加工生产,其中成品刀片的切削倒圆刃的W值在30μm和70μm 之间,H值在30μm和70μm之间,W/H比在0.8和1.6之间,并具有 光滑表面,其MRa值≤0.30μm,优选MRa≤0.25μm。
在一种优选的实施方式中,所述切削刀片为圆形。
在另一优选的实施方式中,切削刀片是赛隆陶瓷级别的。
例1(本发明)
圆形的、类型为RNGN120700的陶瓷切削刀片通过以下方式生 产,将68.62wt%的Si3N4、9.28wt%的Al2O3、17.11wt%的21R-F和 4.99%wt的Y2O3用赛隆研磨介质在水中研磨,制备原材料混合物。将 有机粘合剂混合到浆料中,然后再通过喷雾干燥法将其颗粒化。粉末 被单轴冷压以形成生坯,然后在650℃的温度下分离烧制。烧制的生坯 然后在最高烧结温度1810℃的氮压强下烧结。把烧结后的坯件和高研 磨效率类型的圆柱状陶瓷片(3x6mm)以陶瓷片:坯件重量比为5:1 装入200升的振动抛光机中。坯件总重10kg。加入总重2000克的化合 物,水流速度为1升/小时。振动抛光机的不平衡度设置为4/40/110°, 电动机转速为1700rpm,得到的振幅为2.5mm。在这种配置下,抛光机 分别运行360分钟和540分钟,生产出样品A和样品B两组刀片。
对样品A的表面状况测量(见图1)显示刀片的W值为67μm,H 值为65μm,因此倒圆刃的W/H比为1.03。进一步的测量显示表面区 去除厚度约8μm,留下光滑表面,其MRa值为0.253μm,如通过探针 技术(Mitutoyo Surtest 211)测量的,这表明表面的不规则性已经消除。 测量结果还表明刀片的圆形形状在抛光过程中没有发生变化。观测到 切削刃有轻微的崩刃倾向。
对样品B的表面状况测量(见图2)显示刀片的W值为51μm,H 值为62μm,因此倒圆刃的W/H比为0.82。进一步的测量显示表面区 去除厚度约10μm,留下光滑表面,其MRa值为0.223μm,这表明表面 的不规则性已经消除。测量结果还表明刀片的圆形形状在抛光过程中 没有发生变化。没有观测到切削刃有崩刃倾向。
例2(对比例)
制备与例1相同等级和类型的陶瓷切削刀片,但经历如下后烧结 处理。把烧结后的坯件和研磨效率比例1差的三形陶瓷片(6x6mm) 以陶瓷片:坯件重量比为5:1装入25升的离心圆盘精加工型抛光机 中。陶瓷片总重28kg。加入2vol%的化合物净化剂水溶液,流速为30 升/小时。在这种配置下,抛光机分别运行30分钟和60分钟,生产出 样品C(图3)和样品D(图4)两组刀片。
对样品C的表面状况测量(见图3)显示刀片的W值为30μm,H 值为179μm,因此倒圆刃的W/H比为0.16。进一步的测量显示表面区 去除厚度约14μm,留下光滑表面,其MRa值为0.561μm,如通过探针 技术测量的。测量结果还表明刀片的圆形形状在抛光过程中没有发生 变化。切削刃有严重的崩刃现象。
对样品D的表面状况测量(见图4)显示,刀片的W值为38μm, H值为200μm,因此倒圆刃的W/H比为0.19。进一步的测量显示表面 区去除厚度约21μm,留下光滑表面,其MRa值为0.503μm。测量结果 还表明刀片的圆形形状在抛光过程中没有发生变化。切削刃有严重的 崩刃现象。
例3
在烧结后又在车削操作中研磨成为最终形状以后,对例1中的样 品B和相同等级、相同类型的参考陶瓷刀片进行了试验和对比。
材料:沃斯帕洛伊合金
切削数据:
切削速度=230m/min
进给=0.28mm/rev
切削深度=2mm
切削时间=2min
每个变量选取5个刀刃进行试验。
结果:
在光学显微镜下观察磨耗图纹,发现在平均水平下,根据本发明 中样品B(见图5)的刀片的崩刃现象比参考刀片(图6)轻微。
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