一種微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片的制備方法，屬于刀具制備與切削加工領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在鋁合金、不銹鋼、鈦合金等金屬材料的切削加工過(guò)程中，常出現(xiàn)粘刀現(xiàn)象，嚴(yán)重影響加工質(zhì)量與刀具的耐用度。
[0003]為了解決上述問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)外通常所用的解決方案是利用微織構(gòu)降低切肩與刀具表面之間的摩擦，從而降低切削力與提高刀具的耐用度。常用的微織構(gòu)構(gòu)建方法為飛秒激光加工、細(xì)微電火花加工、電解加工方法等，利用這些方法在刀具表面形成微織構(gòu)結(jié)構(gòu)。
[0004]上述這些方法存在的一個(gè)顯著缺陷是工藝設(shè)備昂貴，尤其是所用的飛秒激光設(shè)備、微細(xì)電火花加工設(shè)備是極其昂貴的，且這些設(shè)備生產(chǎn)效率低下，導(dǎo)致其只能用于開(kāi)發(fā)微織構(gòu)刀具樣件，不適于微織構(gòu)刀具的批量生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明公開(kāi)了一種微織構(gòu)硬質(zhì)合刀片的制備方法，該制備方法能夠批量、高效、低成本的制備微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片，適用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程。
[0006]具體地說(shuō)，本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片的制備方法，包括利用表面具有微織構(gòu)形貌的立方氮化硼砂輪制備具有微織構(gòu)形貌的硬質(zhì)合金刀片成形模具，利用具有微織構(gòu)形貌的硬質(zhì)合金刀片成形模具壓制硬質(zhì)合金粉末形成微織構(gòu)硬質(zhì)合金坯料并通過(guò)真空燒結(jié)微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片坯料制備微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片的步驟。
[0008]上述公開(kāi)的制備方法，充分利用了模壓成型技術(shù)，從而使得在同一模具下可高效生產(chǎn)形狀尺寸一致具有微織構(gòu)的合金刀片；同時(shí)，所得微織構(gòu)模具可多次重復(fù)使用，提高了加工效率，降低了生產(chǎn)成本，可用于微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片的流水線生產(chǎn)。
[0009]其中，通過(guò)如下步驟獲得立方氮化硼砂輪:根據(jù)所需微織構(gòu)形貌參數(shù)，通過(guò)砂輪微整形在立方氮化硼砂輪的外圓表面加工出微織構(gòu)，使立方氮化硼砂輪截面具有所需微織構(gòu)形貌。
[0010]根據(jù)所需微織構(gòu)的幾何形態(tài)可以獲得各種形貌的微織構(gòu)。為了提高加工的準(zhǔn)確性，降低生產(chǎn)耗損，上述所用的微織構(gòu)優(yōu)選其參數(shù)為微織構(gòu)溝槽寬度為1-100 μπκ微織構(gòu)溝槽深度為1-50 μ m、微織構(gòu)溝槽的間距為1-300 μ m。
[0011]在上述基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步對(duì)微織構(gòu)形貌進(jìn)行精細(xì)調(diào)整，上述方法還包括利用金剛石筆對(duì)立方氮化硼砂輪進(jìn)行微整形的步驟，所用金剛石筆的尖端圓弧半徑為0.5-100 μmD
[0012]利用上述獲得的立方氮化硼砂輪，磨削硬質(zhì)合金成形模具，從而在模具表面加工出與刀具微織構(gòu)參數(shù)相同的微織構(gòu)。由于二者在幾何形態(tài)上的對(duì)應(yīng)性，因此硬質(zhì)合金刀片成形模具的微織構(gòu)形貌參數(shù)優(yōu)選為:微織構(gòu)溝槽寬度為1-100 μπκ微織構(gòu)溝槽深度為1-50 μ m、微織構(gòu)溝槽的間距為1-300 μπι。
[0013]在本發(fā)明中，微織構(gòu)硬質(zhì)合金坯料的制備方法為將硬質(zhì)合金粉末填充到硬質(zhì)合金刀片成形模具內(nèi)，利用壓力機(jī)壓制微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片毛坯。
[0014]上述所用的壓力機(jī)可以是現(xiàn)有技術(shù)中任意可用的壓力機(jī)構(gòu)，優(yōu)選是通過(guò)微織構(gòu)模具在油壓機(jī)上壓制微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片坯料。
[0015]在本發(fā)明中，微織構(gòu)硬質(zhì)合金坯料的燒結(jié)方法為將壓制好的微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片坯料置于真空爐內(nèi)燒結(jié)。
[0016]在上述過(guò)程中，壓制和燒結(jié)的工藝參數(shù)根據(jù)所具體加工的硬質(zhì)合金粉末進(jìn)行調(diào)整即可。
[0017]進(jìn)一步的，本發(fā)明的制備方法還包括對(duì)所得微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片進(jìn)行磨削與鈍化處理的步驟。
[0018]進(jìn)一步的，本發(fā)明的制備方法還包括對(duì)所得微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片采用PVD或CVD法在微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片表面進(jìn)行沉積涂層的步驟。
[0019]通過(guò)上述工藝，能提高合金刀片的安全性、耐磨性、耐氧化性等性能，提高產(chǎn)品的適用性。
[0020]本發(fā)明所公開(kāi)的制備方法，加工效率高、成本低、可重復(fù)性好、實(shí)用價(jià)值高，具有較廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1、2為刀片壓制成型示意圖和剖視圖，其中:1、模具壓頭；2、刀片毛坯；3、模具邊框；4為模具底座；
[0022]圖3 (a)、(b)、(c)、(d)依次為砂輪表面形貌圖、微整形后砂輪表面形貌圖、磨削后模具壓頭表面形貌圖、微織構(gòu)刀片表面形貌圖；
[0023]圖4、5為模具壓頭表面圖及其表面織構(gòu)放大圖；
[0024]圖6、7為微織構(gòu)刀具表面圖及其表面織構(gòu)放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為了說(shuō)明本發(fā)明制備方法的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程，在下述實(shí)施中以YGlOX鎢鋼合金為例具體解釋了操作過(guò)程以及所涉及各種結(jié)構(gòu)的附圖。如下所提供的實(shí)施過(guò)程僅為示意性的，并不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成特別限定。
[0026]本發(fā)明的制備方法具體包括如下過(guò)程:
[0027]首先對(duì)立方氮化硼砂輪進(jìn)行微整形，在立方氮化硼砂輪表面(如圖3 (a)所示)加工出微織構(gòu)形貌(如圖3(b)所示)；然后用微整形后的立方氮化硼砂輪磨削硬質(zhì)合金成型模具，制備出具有微織構(gòu)形貌的模具(如圖3(c)所示)；然后將根據(jù)配方攪拌均勻后的硬質(zhì)合金粉末填充至模具內(nèi)，利用壓力機(jī)壓制微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片坯料(如圖3(d)所示)；然后，在真空爐內(nèi)燒結(jié)微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片坯料，制備微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片；最后對(duì)微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片進(jìn)行刃口磨削與鈍化處理以及采用PVD法或CVD法在微織構(gòu)硬質(zhì)合金表面沉積耐磨涂層。
[0028]以YGlOX鎢鋼為例，制備基體材料為YGlOX的微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片，硬質(zhì)合金刀片前刀面具主切削刃0.2mm的位置，加工具有平行于主切削刃的微織構(gòu)，平行于主切削刃方向的微織構(gòu)區(qū)域長(zhǎng)度為5mm，垂直于主切削刃方向測(cè)得的微織構(gòu)區(qū)域?qū)挾葹?mm，微織構(gòu)溝槽寬為30 μπι，深15 μm，溝槽中心距為150 μπι(如圖6)。
[0029]上述合金刀片的制備方法如下:
[0030]1.采用尖端圓弧半徑為3 μπκ頂角為90°的金剛石筆對(duì)立方氮化硼砂輪進(jìn)行微整形，在砂輪磨削表面加工出寬度為30微米，深15微米，溝槽中心距為150微米的凹槽織構(gòu)。
[0031]2.用修整后的立方氮化硼砂輪磨削模具壓頭，在模具表面加工出寬度為30微米，深15微米，溝槽中心距為150微米的微織構(gòu)(如圖4、圖5)。
[0032]3.用具有微織構(gòu)的模具微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片毛坯，在硬質(zhì)合金表面形成相應(yīng)的溝槽織構(gòu)表面(如圖6、圖7)。
[0033]4.將壓制好的微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片坯料置于真空爐內(nèi)燒結(jié)，制備出微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片(如圖6、圖7)。
[0034]5.采用磨粒粒度為W5的金剛石砂輪對(duì)微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片的刃口進(jìn)行精密磨肖|J，并采用尼龍刷或噴沙處理對(duì)微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片刃口進(jìn)行鈍化處理，最后采用CVD法在微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀具表面制備納米氧化鋁涂層。
[0035]對(duì)同樣的鈦合金樣品，上述所得微織構(gòu)硬質(zhì)合金涂層刀片進(jìn)行鈦合金的切削加工，相比無(wú)織構(gòu)的同樣的硬質(zhì)合金涂層刀具，微織構(gòu)硬質(zhì)合金涂層刀具的抗粘刀性能明顯改善，切削力也顯著降低。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片的制備方法，其特征在于包括利用表面具有微織構(gòu)形貌的立方氮化硼砂輪制備具有微織構(gòu)形貌的硬質(zhì)合金刀片成形模具，利用具有微織構(gòu)形貌的硬質(zhì)合金刀片成形模具壓制硬質(zhì)合金粉末形成微織構(gòu)硬質(zhì)合金坯料并通過(guò)真空燒結(jié)微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片坯料制備微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片的步驟。2.根據(jù)權(quán)利要求1的制備方法，其特征在于通過(guò)如下步驟獲得立方氮化硼砂輪:根據(jù)所需微織構(gòu)形貌參數(shù)，通過(guò)砂輪微整形在立方氮化硼砂輪的外圓表面加工出微織構(gòu)，使立方氮化硼砂輪截面具有所需微織構(gòu)形貌。3.根據(jù)權(quán)利要求2的制備方法，其特征在于微織構(gòu)溝槽寬度為1-100μ m、微織構(gòu)溝槽深度為1-50 μ m、微織構(gòu)溝槽的間距為1-300 μ m。4.根據(jù)權(quán)利要求2的制備方法，其特征在于還包括利用金剛石筆對(duì)立方氮化硼砂輪進(jìn)行微整形的步驟，所用金剛石筆的尖端圓弧半徑為0.5-100 μ m。5.根據(jù)權(quán)利要求1的制備方法，其特征在于微織構(gòu)硬質(zhì)合金坯料的制備方法為將硬質(zhì)合金粉末填充到硬質(zhì)合金刀片成形模具內(nèi)，利用壓力機(jī)壓制微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片毛坯。6.根據(jù)權(quán)利要求1的制備方法，其特征在于微織構(gòu)硬質(zhì)合金坯料的燒結(jié)方法為將壓制好的微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片坯料置于真空爐內(nèi)燒結(jié)。7.根據(jù)權(quán)利要求1的制備方法，其特征在于還包括對(duì)所得微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片進(jìn)行磨削與鈍化處理的步驟。8.根據(jù)權(quán)利要求1的制備方法，其特征在于還包括對(duì)所得微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片采用PVD或CVD法在微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片表面進(jìn)行沉積涂層的步驟。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片的制備方法，包括利用表面具有微織構(gòu)形貌的立方氮化硼砂輪制備具有微織構(gòu)形貌的硬質(zhì)合金刀片成形模具，利用具有微織構(gòu)形貌的硬質(zhì)合金刀片成形模具壓制硬質(zhì)合金粉末形成微織構(gòu)硬質(zhì)合金坯料并通過(guò)真空燒結(jié)微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片坯料制備微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片的步驟。本發(fā)明所公開(kāi)的制備方法具有制備工藝簡(jiǎn)單、成本低、可重復(fù)性好、實(shí)用性高的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)微織構(gòu)硬質(zhì)合金刀片的批量化生產(chǎn)。
【IPC分類】B23P15/28
【公開(kāi)號(hào)】CN105149894
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510653803
【發(fā)明人】張高峰, 曾億江, 龍石山, 周后明, 朱科軍, 周里群, 馮建軍, 徐志強(qiáng), 譚援強(qiáng)
【申請(qǐng)人】湘潭大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年10月10日