CN105149894B - 一种微织构硬质合金刀片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微织构硬质合金刀片的制备方法，包括利用表面具有微织构形貌的立方氮化硼砂轮制备具有微织构形貌的硬质合金刀片成形模具，利用具有微织构形貌的硬质合金刀片成形模具压制硬质合金粉末形成微织构硬质合金坯料并通过真空烧结微织构硬质合金刀片坯料制备微织构硬质合金刀片的步骤。本发明所公开的制备方法具有制备工艺简单、成本低、可重复性好、实用性高的特点，可实现微织构硬质合金刀片的批量化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种微织构硬质合金刀片的制备方法，属于刀具制备与切削加工领域。
背景技术
在铝合金、不锈钢、钛合金等金属材料的切削加工过程中，常出现粘刀现象，严重影响加工质量与刀具的耐用度。
为了解决上述问题，目前国内外通常所用的解决方案是利用微织构降低切屑与刀具表面之间的摩擦，从而降低切削力与提高刀具的耐用度。常用的微织构构建方法为飞秒激光加工、细微电火花加工、电解加工方法等，利用这些方法在刀具表面形成微织构结构。
上述这些方法存在的一个显著缺陷是工艺设备昂贵，尤其是所用的飞秒激光设备、微细电火花加工设备是极其昂贵的，且这些设备生产效率低下，导致其只能用于开发微织构刀具样件，不适于微织构刀具的批量生产。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明公开了一种微织构硬质合刀片的制备方法，该制备方法能够批量、高效、低成本的制备微织构硬质合金刀片，适用于大规模的工业生产过程。
具体地说，本发明是通过如下技术方案实现的：
一种微织构硬质合金刀片的制备方法，包括利用表面具有微织构形貌的立方氮化硼砂轮制备具有微织构形貌的硬质合金刀片成形模具，利用具有微织构形貌的硬质合金刀片成形模具压制硬质合金粉末形成微织构硬质合金坯料并通过真空烧结微织构硬质合金刀片坯料制备微织构硬质合金刀片的步骤。
上述公开的制备方法，充分利用了模压成型技术，从而使得在同一模具下可高效生产形状尺寸一致具有微织构的合金刀片；同时，所得微织构模具可多次重复使用，提高了加工效率，降低了生产成本，可用于微织构硬质合金刀片的流水线生产。
其中，通过如下步骤获得立方氮化硼砂轮：根据所需微织构形貌参数，通过砂轮微整形在立方氮化硼砂轮的外圆表面加工出微织构，使立方氮化硼砂轮截面具有所需微织构形貌。
根据所需微织构的几何形态可以获得各种形貌的微织构。为了提高加工的准确性，降低生产耗损，上述所用的微织构优选其参数为微织构沟槽宽度为1-100μm、微织构沟槽深度为1-50μm、微织构沟槽的间距为1-300μm。
在上述基础上，为了进一步对微织构形貌进行精细调整，上述方法还包括利用金刚石笔对立方氮化硼砂轮进行微整形的步骤，所用金刚石笔的尖端圆弧半径为0.5-100μm。
利用上述获得的立方氮化硼砂轮，磨削硬质合金成形模具，从而在模具表面加工出与刀具微织构参数相同的微织构。由于二者在几何形态上的对应性，因此硬质合金刀片成形模具的微织构形貌参数优选为：微织构沟槽宽度为1-100μm、微织构沟槽深度为1-50μm、微织构沟槽的间距为1-300μm。
在本发明中，微织构硬质合金坯料的制备方法为将硬质合金粉末填充到硬质合金刀片成形模具内，利用压力机压制微织构硬质合金刀片毛坯。
上述所用的压力机可以是现有技术中任意可用的压力机构，优选是通过微织构模具在油压机上压制微织构硬质合金刀片坯料。
在本发明中，微织构硬质合金坯料的烧结方法为将压制好的微织构硬质合金刀片坯料置于真空炉内烧结。
在上述过程中，压制和烧结的工艺参数根据所具体加工的硬质合金粉末进行调整即可。
进一步的，本发明的制备方法还包括对所得微织构硬质合金刀片进行磨削与钝化处理的步骤。
进一步的，本发明的制备方法还包括对所得微织构硬质合金刀片采用PVD或CVD法在微织构硬质合金刀片表面进行沉积涂层的步骤。
通过上述工艺，能提高合金刀片的安全性、耐磨性、耐氧化性等性能，提高产品的适用性。
本发明所公开的制备方法，加工效率高、成本低、可重复性好、实用价值高，具有较广阔的市场应用前景。
附图说明
图1、2为刀片压制成型示意图和剖视图，其中:1、模具压头；2、刀片毛坯；3、模具边框；4为模具底座；
图3(a)、(b)、(c)、(d)依次为砂轮表面形貌图、微整形后砂轮表面形貌图、磨削后模具压头表面形貌图、微织构刀片表面形貌图；
图4、5为模具压头表面图及其表面织构放大图；
图6、7为微织构刀具表面图及其表面织构放大图。
具体实施方式
为了说明本发明制备方法的具体实现过程，在下述实施中以YG10X钨钢合金为例具体解释了操作过程以及所涉及各种结构的附图。如下所提供的实施过程仅为示意性的，并不对本发明构成特别限定。
本发明的制备方法具体包括如下过程：
首先对立方氮化硼砂轮进行微整形，在立方氮化硼砂轮表面(如图3(a)所示)加工出微织构形貌(如图3(b)所示)；然后用微整形后的立方氮化硼砂轮磨削硬质合金成型模具，制备出具有微织构形貌的模具(如图3(c)所示)；然后将根据配方搅拌均匀后的硬质合金粉末填充至模具内，利用压力机压制微织构硬质合金刀片坯料(如图3(d)所示)；然后，在真空炉内烧结微织构硬质合金刀片坯料，制备微织构硬质合金刀片；最后对微织构硬质合金刀片进行刃口磨削与钝化处理以及采用PVD法或CVD法在微织构硬质合金表面沉积耐磨涂层。
以YG10X钨钢为例，制备基体材料为YG10X的微织构硬质合金刀片，硬质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织构，平行于主切削刃方向的微织构区域长度为5mm，垂直于主切削刃方向测得的微织构区域宽度为3mm，微织构沟槽宽为30μm，深15μm，沟槽中心距为150μm(如图6)。
上述合金刀片的制备方法如下：
1.采用尖端圆弧半径为3μm、顶角为90°的金刚石笔对立方氮化硼砂轮进行微整形，在砂轮磨削表面加工出宽度为30微米，深15微米，沟槽中心距为150微米的凹槽织构。
2.用修整后的立方氮化硼砂轮磨削模具压头，在模具表面加工出宽度为30微米，深15微米，沟槽中心距为150微米的微织构(如图4、图5)。
3.用具有微织构的模具微织构硬质合金刀片毛坯，在硬质合金表面形成相应的沟槽织构表面(如图6、图7)。
4.将压制好的微织构硬质合金刀片坯料置于真空炉内烧结，制备出微织构硬质合金刀片(如图6、图7)。
5.采用磨粒粒度为W5的金刚石砂轮对微织构硬质合金刀片的刃口进行精密磨削，并采用尼龙刷或喷沙处理对微织构硬质合金刀片刃口进行钝化处理，最后采用CVD法在微织构硬质合金刀具表面制备纳米氧化铝涂层。
对同样的钛合金样品，上述所得微织构硬质合金涂层刀片进行钛合金的切削加工，相比无织构的同样的硬质合金涂层刀具，微织构硬质合金涂层刀具的抗粘刀性能明显改善，切削力也显著降低。
Claims (7)
1.一种微织构硬质合金刀片的制备方法，其特征在于包括利用表面具有微织构形貌的立方氮化硼砂轮制备具有微织构形貌的硬质合金刀片成形模具，利用具有微织构形貌的硬质合金刀片成形模具压制硬质合金粉末形成微织构硬质合金坯料并通过真空烧结微织构硬质合金刀片坯料制备微织构硬质合金刀片的步骤；
通过如下步骤获得立方氮化硼砂轮：根据所需微织构形貌参数，通过砂轮微整形在立方氮化硼砂轮的外圆表面加工出微织构，使立方氮化硼砂轮截面具有所需微织构形貌。
2.根据权利要求1的制备方法，其特征在于微织构沟槽宽度为1-100μm、微织构沟槽深度为1-50μm、微织构沟槽的间距为1-300μm。
3.根据权利要求1的制备方法，其特征在于还包括利用金刚石笔对立方氮化硼砂轮进行微整形的步骤，所用金刚石笔的尖端圆弧半径为0.5-100μm。
4.根据权利要求1的制备方法，其特征在于微织构硬质合金坯料的制备方法为将硬质合金粉末填充到硬质合金刀片成形模具内，利用压力机压制微织构硬质合金刀片毛坯。
5.根据权利要求1的制备方法，其特征在于微织构硬质合金坯料的烧结方法为将压制好的微织构硬质合金刀片坯料置于真空炉内烧结。
6.根据权利要求1的制备方法，其特征在于还包括对所得微织构硬质合金刀片进行磨削与钝化处理的步骤。
7.根据权利要求1的制备方法，其特征在于还包括对所得微织构硬质合金刀片采用PVD或CVD法在微织构硬质合金刀片表面进行沉积涂层的步骤。
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