一種微織構硬質合金刀片的制備方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種微織構硬質合金刀片的制備方法，屬于刀具制備與切削加工領域。
【背景技術】
[0002]在鋁合金、不銹鋼、鈦合金等金屬材料的切削加工過程中，常出現粘刀現象，嚴重影響加工質量與刀具的耐用度。
[0003]為了解決上述問題，目前國內外通常所用的解決方案是利用微織構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。常用的微織構構建方法為飛秒激光加工、細微電火花加工、電解加工方法等，利用這些方法在刀具表面形成微織構結構。
[0004]上述這些方法存在的一個顯著缺陷是工藝設備昂貴，尤其是所用的飛秒激光設備、微細電火花加工設備是極其昂貴的，且這些設備生產效率低下，導致其只能用于開發微織構刀具樣件，不適于微織構刀具的批量生產。
【發明內容】
[0005]針對現有技術的不足，本發明公開了一種微織構硬質合刀片的制備方法，該制備方法能夠批量、高效、低成本的制備微織構硬質合金刀片，適用于大規模的工業生產過程。
[0006]具體地說，本發明是通過如下技術方案實現的:
[0007]—種微織構硬質合金刀片的制備方法，包括利用表面具有微織構形貌的立方氮化硼砂輪制備具有微織構形貌的硬質合金刀片成形模具，利用具有微織構形貌的硬質合金刀片成形模具壓制硬質合金粉末形成微織構硬質合金坯料并通過真空燒結微織構硬質合金刀片坯料制備微織構硬質合金刀片的步驟。
[0008]上述公開的制備方法，充分利用了模壓成型技術，從而使得在同一模具下可高效生產形狀尺寸一致具有微織構的合金刀片；同時，所得微織構模具可多次重復使用，提高了加工效率，降低了生產成本，可用于微織構硬質合金刀片的流水線生產。
[0009]其中，通過如下步驟獲得立方氮化硼砂輪:根據所需微織構形貌參數，通過砂輪微整形在立方氮化硼砂輪的外圓表面加工出微織構，使立方氮化硼砂輪截面具有所需微織構形貌。
[0010]根據所需微織構的幾何形態可以獲得各種形貌的微織構。為了提高加工的準確性，降低生產耗損，上述所用的微織構優選其參數為微織構溝槽寬度為1-100 μπκ微織構溝槽深度為1-50 μ m、微織構溝槽的間距為1-300 μ m。
[0011]在上述基礎上，為了進一步對微織構形貌進行精細調整，上述方法還包括利用金剛石筆對立方氮化硼砂輪進行微整形的步驟，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，磨削硬質合金成形模具，從而在模具表面加工出與刀具微織構參數相同的微織構。由于二者在幾何形態上的對應性，因此硬質合金刀片成形模具的微織構形貌參數優選為:微織構溝槽寬度為1-100 μπκ微織構溝槽深度為1-50 μ m、微織構溝槽的間距為1-300 μπι。
[0013]在本發明中，微織構硬質合金坯料的制備方法為將硬質合金粉末填充到硬質合金刀片成形模具內，利用壓力機壓制微織構硬質合金刀片毛坯。
[0014]上述所用的壓力機可以是現有技術中任意可用的壓力機構，優選是通過微織構模具在油壓機上壓制微織構硬質合金刀片坯料。
[0015]在本發明中，微織構硬質合金坯料的燒結方法為將壓制好的微織構硬質合金刀片坯料置于真空爐內燒結。
[0016]在上述過程中，壓制和燒結的工藝參數根據所具體加工的硬質合金粉末進行調整即可。
[0017]進一步的，本發明的制備方法還包括對所得微織構硬質合金刀片進行磨削與鈍化處理的步驟。
[0018]進一步的，本發明的制備方法還包括對所得微織構硬質合金刀片采用PVD或CVD法在微織構硬質合金刀片表面進行沉積涂層的步驟。
[0019]通過上述工藝，能提高合金刀片的安全性、耐磨性、耐氧化性等性能，提高產品的適用性。
[0020]本發明所公開的制備方法，加工效率高、成本低、可重復性好、實用價值高，具有較廣闊的市場應用前景。
【附圖說明】
[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放大圖；
[0024]圖6、7為微織構刀具表面圖及其表面織構放大圖。
【具體實施方式】
[0025]為了說明本發明制備方法的具體實現過程，在下述實施中以YGlOX鎢鋼合金為例具體解釋了操作過程以及所涉及各種結構的附圖。如下所提供的實施過程僅為示意性的，并不對本發明構成特別限定。
[0026]本發明的制備方法具體包括如下過程:
[0027]首先對立方氮化硼砂輪進行微整形，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合金成型模具，制備出具有微織構形貌的模具(如圖3(c)所示)；然后將根據配方攪拌均勻后的硬質合金粉末填充至模具內，利用壓力機壓制微織構硬質合金刀片坯料(如圖3(d)所示)；然后，在真空爐內燒結微織構硬質合金刀片坯料，制備微織構硬質合金刀片；最后對微織構硬質合金刀片進行刃口磨削與鈍化處理以及采用PVD法或CVD法在微織構硬質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的微織構硬質合金刀片，硬質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，平行于主切削刃方向的微織構區域長度為5mm，垂直于主切削刃方向測得的微織構區域寬度為3mm，微織構溝槽寬為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°的金剛石筆對立方氮化硼砂輪進行微整形，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。
[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(如圖4、圖5)。
[0032]3.用具有微織構的模具微織構硬質合金刀片毛坯，在硬質合金表面形成相應的溝槽織構表面(如圖6、圖7)。
[0033]4.將壓制好的微織構硬質合金刀片坯料置于真空爐內燒結，制備出微織構硬質合金刀片(如圖6、圖7)。
[0034]5.采用磨粒粒度為W5的金剛石砂輪對微織構硬質合金刀片的刃口進行精密磨肖|J，并采用尼龍刷或噴沙處理對微織構硬質合金刀片刃口進行鈍化處理，最后采用CVD法在微織構硬質合金刀具表面制備納米氧化鋁涂層。
[0035]對同樣的鈦合金樣品，上述所得微織構硬質合金涂層刀片進行鈦合金的切削加工，相比無織構的同樣的硬質合金涂層刀具，微織構硬質合金涂層刀具的抗粘刀性能明顯改善，切削力也顯著降低。
【主權項】
1.一種微織構硬質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形貌的立方氮化硼砂輪制備具有微織構形貌的硬質合金刀片成形模具，利用具有微織構形貌的硬質合金刀片成形模具壓制硬質合金粉末形成微織構硬質合金坯料并通過真空燒結微織構硬質合金刀片坯料制備微織構硬質合金刀片的步驟。2.根據權利要求1的制備方法，其特征在于通過如下步驟獲得立方氮化硼砂輪:根據所需微織構形貌參數，通過砂輪微整形在立方氮化硼砂輪的外圓表面加工出微織構，使立方氮化硼砂輪截面具有所需微織構形貌。3.根據權利要求2的制備方法，其特征在于微織構溝槽寬度為1-100μ m、微織構溝槽深度為1-50 μ m、微織構溝槽的間距為1-300 μ m。4.根據權利要求2的制備方法，其特征在于還包括利用金剛石筆對立方氮化硼砂輪進行微整形的步驟，所用金剛石筆的尖端圓弧半徑為0.5-100 μ m。5.根據權利要求1的制備方法，其特征在于微織構硬質合金坯料的制備方法為將硬質合金粉末填充到硬質合金刀片成形模具內，利用壓力機壓制微織構硬質合金刀片毛坯。6.根據權利要求1的制備方法，其特征在于微織構硬質合金坯料的燒結方法為將壓制好的微織構硬質合金刀片坯料置于真空爐內燒結。7.根據權利要求1的制備方法，其特征在于還包括對所得微織構硬質合金刀片進行磨削與鈍化處理的步驟。8.根據權利要求1的制備方法，其特征在于還包括對所得微織構硬質合金刀片采用PVD或CVD法在微織構硬質合金刀片表面進行沉積涂層的步驟。
【專利摘要】本發明公開了一種微織構硬質合金刀片的制備方法，包括利用表面具有微織構形貌的立方氮化硼砂輪制備具有微織構形貌的硬質合金刀片成形模具，利用具有微織構形貌的硬質合金刀片成形模具壓制硬質合金粉末形成微織構硬質合金坯料并通過真空燒結微織構硬質合金刀片坯料制備微織構硬質合金刀片的步驟。本發明所公開的制備方法具有制備工藝簡單、成本低、可重復性好、實用性高的特點，可實現微織構硬質合金刀片的批量化生產。
【IPC分類】B23P15/28
【公開號】CN105149894
【申請號】CN201510653803
【發明人】張高峰, 曾億江, 龍石山, 周后明, 朱科軍, 周里群, 馮建軍, 徐志強, 譚援強
【申請人】湘潭大學
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年10月10日