适合数控加工中心用的超细硬质合金涂层刀片及制造方法
【专利摘要】本发明提供了适合数控加工中心用的超细硬质合金涂层刀片，所述刀片包括由重量百分比的组分制造：碳化钽0.5～2%，碳化铬0.5～2%，碳化铌0～0.5%，钴6～10%，其余为超细碳化钨；同时提供了一种制备该超细硬质合金涂层刀片的方法。本发明成本较低，生产出的超细硬质合金涂层刀片性能优良、质量稳定，适合数控加工中心使用，满足数控加工中心机械加工行业日益增长的市场需求，并逐步取代昂贵的进口产品。
【专利说明】适合数控加工中心用的超细硬质合金涂层刀片及制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种刀片及其制造方法，具体涉及一种适合数控加工中心用的超细硬质合金涂层刀片及制造方法。
【背景技术】
[0002]我国制造业飞速发展，如汽车制造、轨道交通、航空航天、机械设备、模具制造等行业的机械加工正由传统车床铣床等向数控加工中心升级，对刀具的性能和精度要求也越来越高。目前数控加工中心所使用的数控刀片大多数为进口刀片，虽然性能优越，但成本非常高，并且可能有交货周期长或供货不稳定，售后服务滞后等问题。
[0003]长期以来，数控刀片因为其生产工艺复杂且对生产设备要求很高，虽然其附加值较高，目前国内外只有几家大型的硬质合金厂家能够生产性能稳定的产品，其他小厂要么因为门槛过高放弃生产，要么因为作坊式生产的产品质量不太稳定，可能会因为刀片质量影响客户被加工产品的品质和合格率，甚至损坏高精密的加工中心。
【发明内容】
[0004]本发明所解决的技术问题在于提供一种适合数控加工中心用的超细硬质合金涂层刀片及制造方法，从而解决上述【背景技术】中的问题。
[0005]本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:
适合数控加工中心用的超细硬质合金涂层刀片，所述刀片包括由重量百分比的组分制造:碳化钽0.5?2%，碳化铬0.5?2%，碳化铌O?0.5%，钴6?10%，其余为超细碳化钨。
[0006]适合数控加工中心用的超细硬质合金涂层刀片的制造方法，包括如下步骤:
(1)球磨:将组分加入可倾式湿磨机，并加入无水酒精及白石蜡进行混合磨细磨匀；
(2)干燥制粒:通过真空干燥双Z螺旋型搅拌器制粒，或喷雾干燥塔进行干燥及喷雾制
粒;
(3)成型:用TPA双向自动压力机进行压制成型；
(4)烧结:使用真空脱蜡烧结一体炉或者多气氛烧结炉烧结；
(5)过压:使用过压烧结炉对毛坯进行再次处理；
(6)精磨:使用平面磨床、工具磨床、数控磨床、专用磨床进行平面、周边、倒角、倒圆、倒棱等磨削加工；
(7)喷砂:对未进行磨削加工的表面进行喷砂处理；
(8)钝化:对刃口进行钝圆处理；
(9)抛光:有断屑槽的需要对断屑槽进行抛光处理；
(10)涂层:对刀片表面特别是切削工作面进行涂层；
(11)深冷处理:对刀片进行低温深冷处理。
[0007]作为优选，所用的碳化钨粒度为Fsss0.3?1.2um,所用的钴粉粒度为Fsss0.6?1.2um,其它组分也使用尽可能细的粒度。[0008]作为优选，步骤(I)中，球磨时间为48?120小时，球料比> 3.5:1，介质为无水酒精，加入成型剂为白石蜡。
[0009]作为优选，步骤(2)中，通过真空干燥双Z螺旋型搅拌器制粒，或使用喷雾干燥塔进行干燥及喷雾制粒，能得到大小均匀且流动性好的空心圆球混合料颗粒，松装比更加准确，压制产品时颗粒更易压碎结合。
[0010]作为优选，步骤(3)中，使用TPA双向自动压力机，对混合料颗粒进行成型压制，能得到单重及尺寸一致、压坯上下密度均匀、无裂纹及分层、无未压好及无明显毛刺等无缺陷的压坯。
[0011 ] 作为优选，步骤(4)中，使用多气氛烧结炉进行烧结，用氢气气氛进行脱胶，用氮气和氩气气氛进行合金成分梯度控制，在高温状态通入高压氩气保护钴不气化流失并减少产品内部孔洞，最终烧结温度为1410?1450摄氏度，得到无脱碳渗碳且物理性能一致性好的刀片毛坯。
[0012]作为优选,步骤(5)中，使用过压烧结炉对刀片毛还进行6Mpa-10Mpa|S气过压烧结，可有效提高产品的致密度，减少孔洞等缺陷，提高产品性能；如果首次烧结因客观原因未经过过压烧结，可以将产品放入过压烧结炉进行二次过压，减少产品内部孔洞缺陷，增加产品致密性，改善产品性能指标。
[0013]步骤(6)中，使用各种磨床，采用金刚石砂轮对硬质合金刀片毛坯进行精磨加工，可除去性能较差的毛坯合金表皮，并达到需要的精度及光洁度要求，保证产品的一致性，及提高切削性能。
[0014]步骤(7)中，使用干式喷砂机或水喷砂机，采用白刚玉磨料对硬质合金刀片未精磨部分进行喷砂，可除去毛坯表面不良附着物，改善表面状态，有利于增强涂层的结合力。优选使用水喷砂机用320#白刚玉砂对未磨到的表面进行喷砂，能得到较好的表面质量。
[0015]作为优选，步骤(8)中，使用含金刚石磨料的尼龙钝化刷，对刀片刃口进行钝化，可得到R=0.01?0.05mm的1/4圆或抛物线状的刀片圆滑刃口，此种刃口形态可除去刀片本身磨痕微缺，提高刃口耐冲击性，并有利于提高刃口处涂层厚度和结合力，使刀片更耐磨和长寿命。
[0016]步骤(9)中，使用专用表面抛光机，对硬质合金刀片的断屑槽面进行抛光处理，可使断屑槽面接近或达到镜面效果，有利于加工排屑，特别是铝件和铜件等易粘刀材质。
[0017]步骤(10)中，对处理好的精磨刀片进行超声波清洗除去表面杂质，再进行涂层处理。用于铣削的刀片，涂层优选PVD工艺的包含AlTiN或CrAlN或CrAlTiN复合涂层，涂层厚度2?5um ;用于车削的刀片，涂层优选CVD工艺的Al2O3复合涂层，涂层厚度4?20um。
[0018]作为优选，步骤(11)中，对涂层后的硬质合金刀片进行液氮深冷处理，处理温度为-100?-200摄氏度，可有利于刀片内部及涂层部分的应力消除，并可能提高产品硬度及抗弯强度，提高产品的抗崩刃性及使用寿命。
[0019]由于采用了以上结构，本发明具有以下有益效果:
利用价格适中的生产设备和较低的原料成本，易操作、重复性好、低成本的生产工艺，生产出具有高硬度、高抗弯强度、高冲击韧性、高红硬性、高精度，耐高温及耐磨损的数控刀片，提高数控加工中心切削加工效率，降低切削加工成本，提高被加工产品质量，为日益增长的数控机械加工行业需求提供优秀的数控刀片。[0020]总之，本发明成本较低，生产出的超细硬质合金涂层刀片性能优良、质量稳定，适合数控加工中心使用，满足数控加工中心机械加工行业日益增长的市场需求，并逐步取代昂贵的进口产品。
【具体实施方式】
[0021]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
[0022]实施例1
适合数控加工中心用的超细硬质合金涂层刀片，所述刀片包括由重量百分比的组分制造:碳化钽0.5%，碳化铬0.5%，钴6%，其余为超细碳化钨。所用的碳化钨粒度为Fsss0.3um,所用的钴粉粒度为Fsssl.2um，其它组分粒度为Fsssl.3um。
[0023]适合数控加工中心用的超细硬质合金涂层刀片的制造方法，包括如下步骤:
(1)球磨:将组分加入可倾式湿磨机，并加入无水酒精及白石蜡进行混合磨细磨匀，球磨时间为48小时，球料比为4:1;
(2)干燥制粒:通过真空干燥双Z螺旋型搅拌器制粒，通过真空干燥双Z螺旋型搅拌器制粒，能得到大小均匀且流动性好的空心圆球混合料颗粒，松装比更加准确，压制产品时颗粒更易压碎结合；
(3)成型:用TPA双向自动压力机进行压制成型，使用TPA双向自动压力机，对混合料颗粒进行成型压制，能得到单重及尺寸一致、压坯上下密度均匀、无裂纹及分层、无未压好及无明显毛刺等无缺陷的压坯；
(4)烧结:使用真空脱蜡烧结一体炉或者多气氛烧结炉烧结，使用多气氛烧结炉进行烧结，用氢气气氛进行脱胶，用氮气和氩气气氛进行合金成分梯度控制，在高温状态通入高压氩气保护钴不气化流失并减少产品内部孔洞，最终烧结温度为1410摄氏度，得到无脱碳渗碳且物理性能一致性好的刀片毛坯；
(5)过压:使用过压烧结炉对毛坯进行再次处理，使用过压烧结炉对刀片毛坯进行6Mpa氩气过压烧结，可有效提高产品的致密度，减少孔洞等缺陷，提高产品性能；如果首次烧结因客观原因未经过过压烧结，可以将产品放入过压烧结炉进行二次过压，减少产品内部孔洞缺陷，增加产品致密性，改善产品性能指标；
(6)精磨:使用平面磨床、工具磨床、数控磨床、专用磨床进行平面、周边、倒角、倒圆、倒棱等磨削加工，使用各种磨床，采用金刚石砂轮对硬质合金刀片毛坯进行精磨加工，可除去性能较差的毛坯合金表皮，并达到需要的精度及光洁度要求，保证产品的一致性，及提高切削性能；
(7)喷砂:对未进行磨削加工的表面进行喷砂处理，使用干式喷砂机或水喷砂机，采用白刚玉磨料对硬质合金刀片未精磨部分进行喷砂，可除去毛坯表面不良附着物，改善表面状态，有利于增强涂层的结合力，本实施例中使用水喷砂机用320#白刚玉砂对未磨到的表面进行喷砂，能得到较好的表面质量；
(8)钝化:对刃口进行钝圆处理，使用含金刚石磨料的尼龙钝化刷，对刀片刃口进行钝化，可得到R=0.0lmm的1/4圆或抛物线状的刀片圆滑刃口，此种刃口形态可除去刀片本身磨痕微缺，提高刃口耐冲击性，并有利于提高刃口处涂层厚度和结合力，使刀片更耐磨和长寿命；
(9)抛光:有断屑槽的需要对断屑槽进行抛光处理，使用专用表面抛光机，对硬质合金刀片的断屑槽面进行抛光处理，可使断屑槽面接近或达到镜面效果，有利于加工排屑，特别是铝件和铜件等易粘刀材质；
(10)涂层:对刀片表面特别是切削工作面进行涂层，对处理好的精磨刀片进行超声波清洗除去表面杂质，再进行涂层处理。用于铣削的刀片，涂层优选PVD工艺的包含AlTiN或CrAlN或CrAlTiN复合涂层，涂层厚度2um ；
(11)深冷处理:对刀片进行低温深冷处理，对涂层后的硬质合金刀片进行液氮深冷处理，处理温度为-100摄氏度，可有利于刀片内部及涂层部分的应力消除，并可能提高产品硬度及抗弯强度，提高产品的抗崩刃性及使用寿命。
[0024]本实施例生产的铣削用硬质合金数控刀片，硬度> HRA 92，抗弯强度> 2600Mpa，涂层硬度> HV 2800，抗加工高温性能> 600摄氏度，耐冲击，耐磨损，切削效率高，加工精度高且加工寿命长，达到甚至超过进口刀片使用效果，是理想的数控加工中心铣削用刀片。
[0025]实施例2
适合数控加工中心用的超细硬质合金涂层刀片，所述刀片包括由重量百分比的组分制造:碳化钽2%，碳化铬2%，碳化铌0.5%，钴10%，其余为超细碳化钨。所用的碳化钨粒度为Fsssl.2um,所用的钴粉粒度为Fsssl.2um，其它组分粒度为1.5 um。
[0026]适合数控加工中心用的超细硬质合金涂层刀片的制造方法，包括如下步骤:
(1)球磨:将组分加入可倾式湿磨机，并加入无水酒精及白石蜡进行混合磨细磨匀，球磨时间为120小时，球料比为3.7:1 ;
(2)干燥制粒:通过喷雾干燥塔进行干燥及喷雾制粒，能得到大小均匀且流动性好的空心圆球混合料颗粒，松装比更加准确，压制产品时颗粒更易压碎结合；
(3)成型:用TPA双向自动压力机进行压制成型，使用TPA双向自动压力机，对混合料颗粒进行成型压制，能得到单重及尺寸一致、压坯上下密度均匀、无裂纹及分层、无未压好及无明显毛刺等无缺陷的压坯；
(4)烧结:使用真空脱蜡烧结一体炉或者多气氛烧结炉烧结，使用多气氛烧结炉进行烧结，用氢气气氛进行脱胶，用氮气和氩气气氛进行合金成分梯度控制，在高温状态通入高压氩气保护钴不气化流失并减少产品内部孔洞，最终烧结温度为1450摄氏度，得到无脱碳渗碳且物理性能一致性好的刀片毛坯；
(5)过压:使用过压烧结炉对毛坯进行再次处理，使用过压烧结炉对刀片毛坯进行IOMpa氩气过压烧结，可有效提高产品的致密度，减少孔洞等缺陷，提高产品性能；如果首次烧结因客观原因未经过过压烧结，可以将产品放入过压烧结炉进行二次过压，减少产品内部孔洞缺陷，增加产品致密性，改善产品性能指标；
(6)精磨:使用平面磨床、工具磨床、数控磨床、专用磨床进行平面、周边、倒角、倒圆、倒棱等磨削加工，使用各种磨床，采用金刚石砂轮对硬质合金刀片毛坯进行精磨加工，可除去性能较差的毛坯合金表皮，并达到需要的精度及光洁度要求，保证产品的一致性，及提高切削性能；
(7)喷砂:对未进行磨削加工的表面进行喷砂处理，使用干式喷砂机或水喷砂机，采用白刚玉磨料对硬质合金刀片未精磨部分进行喷砂，可除去毛坯表面不良附着物，改善表面状态，有利于增强涂层的结合力，本实施例中使用水喷砂机用320#白刚玉砂对未磨到的表面进行喷砂，能得到较好的表面质量；
(8)钝化:对刃口进行钝圆处理，使用含金刚石磨料的尼龙钝化刷，对刀片刃口进行钝化，可得到R=0.05mm的1/4圆或抛物线状的刀片圆滑刃口，此种刃口形态可除去刀片本身磨痕微缺，提高刃口耐冲击性，并有利于提高刃口处涂层厚度和结合力，使刀片更耐磨和长寿命；
(9)抛光:有断屑槽的需要对断屑槽进行抛光处理，使用专用表面抛光机，对硬质合金刀片的断屑槽面进行抛光处理，可使断屑槽面接近或达到镜面效果，有利于加工排屑，特别是铝件和铜件等易粘刀材质；
(10)涂层:对刀片表面特别是切削工作面进行涂层，对处理好的精磨刀片进行超声波清洗除去表面杂质，再进行涂层处理。用于铣削的刀片，涂层优选PVD工艺的包含AlTiN或CrAlN或CrAlTiN复合涂层，涂层厚度5um ；
(11)深冷处理:对刀片进行低温深冷处理，对涂层后的硬质合金刀片进行液氮深冷处理，处理温度为-200摄氏度，可有利于刀片内部及涂层部分的应力消除，并可能提高产品硬度及抗弯强度，提高产品的抗崩刃性及使用寿命。
[0027]本实施例生产的铣削用硬质合金数控刀片，硬度> HRA 93，抗弯强度> 2700Mpa，涂层硬度> HV 2800，抗加工高温性能> 650摄氏度，耐冲击，耐磨损，切削效率高，加工精度高且加工寿命长，达到甚至超过进口刀片使用效果，是理想的数控加工中心铣削用刀片。
[0028]实施例3
适合数控加工中心用的超细硬质合金涂层刀片，所述刀片包括由重量百分比的组分制造:碳化钽1.5%，碳化铬1.4%，碳化铌0.3%，钴8%，其余为超细碳化钨。所用的碳化钨粒度为Fsss0.7um,所用的钴粉粒度为Fsss0.9um,其它组分粒度为1.0um。
[0029]适合数控加工中心用的超细硬质合金涂层刀片的制造方法，包括如下步骤:
(1)球磨:将组分加入可倾式湿磨机，并加入无水酒精及白石蜡进行混合磨细磨匀，球磨时间为70小时，球料比为3.7:1 ;
(2)干燥制粒:通过真空干燥双Z螺旋型搅拌器制粒，通过真空干燥双Z螺旋型搅拌器制粒，或使用喷雾干燥塔进行干燥及喷雾制粒，能得到大小均匀且流动性好的空心圆球混合料颗粒，松装比更加准确，压制产品时颗粒更易压碎结合；
(3)成型:用TPA双向自动压力机进行压制成型，使用TPA双向自动压力机，对混合料颗粒进行成型压制，能得到单重及尺寸一致、压坯上下密度均匀、无裂纹及分层、无未压好及无明显毛刺等无缺陷的压坯；
(4)烧结:使用真空脱蜡烧结一体炉或者多气氛烧结炉烧结，使用多气氛烧结炉进行烧结，用氢气气氛进行脱胶，用氮气和氩气气氛进行合金成分梯度控制，在高温状态通入高压氩气保护钴不气化流失并减少产品内部孔洞，最终烧结温度为1425摄氏度，得到无脱碳渗碳且物理性能一致性好的刀片毛坯；
(5)过压:使用过压烧结炉对毛坯进行再次处理，使用过压烧结炉对刀片毛坯进行SMpa氩气过压烧结，可有效提高产品的致密度，减少孔洞等缺陷，提高产品性能；如果首次烧结因客观原因未经过过压烧结，可以将产品放入过压烧结炉进行二次过压，减少产品内部孔洞缺陷，增加产品致密性，改善产品性能指标； (6)精磨:使用平面磨床、工具磨床、数控磨床、专用磨床进行平面、周边、倒角、倒圆、倒棱等磨削加工，使用各种磨床，采用金刚石砂轮对硬质合金刀片毛坯进行精磨加工，可除去性能较差的毛坯合金表皮，并达到需要的精度及光洁度要求，保证产品的一致性，及提高切削性能；
(7)喷砂:对未进行磨削加工的表面进行喷砂处理，使用干式喷砂机或水喷砂机，采用白刚玉磨料对硬质合金刀片未精磨部分进行喷砂，可除去毛坯表面不良附着物，改善表面状态，有利于增强涂层的结合力，本实施例中使用水喷砂机用320#白刚玉砂对未磨到的表面进行喷砂，能得到较好的表面质量；
(8)钝化:对刃口进行钝圆处理，使用含金刚石磨料的尼龙钝化刷，对刀片刃口进行钝化，可得到R=0.03mm的1/4圆或抛物线状的刀片圆滑刃口，此种刃口形态可除去刀片本身磨痕微缺，提高刃口耐冲击性，并有利于提高刃口处涂层厚度和结合力，使刀片更耐磨和长寿命；
(9)抛光:有断屑槽的需要对断屑槽进行抛光处理，使用专用表面抛光机，对硬质合金刀片的断屑槽面进行抛光处理，可使断屑槽面接近或达到镜面效果，有利于加工排屑，特别是铝件和铜件等易粘刀材质；
(10)涂层:对刀片表面特别是切削工作面进行涂层，对处理好的精磨刀片进行超声波清洗除去表面杂质，再进行涂层处理。用于车削的刀片，涂层优选CVD工艺的Al2O3复合涂层，涂层厚度12um ；
(11)深冷处理:对刀片进行低温深冷处理，对涂层后的硬质合金刀片进行液氮深冷处理，处理温度为-150摄氏度，可有利于刀片内部及涂层部分的应力消除，并可能提高产品硬度及抗弯强度，提高产品的抗崩刃性及使用寿命。
[0030]本实施例生产的铣削用硬质合金数控刀片，硬度> HRA 92，抗弯强度> 2600Mpa，涂层硬度> HV 2800，抗加工高温性能> 600摄氏度，耐冲击，耐磨损，切削效率高，加工精度高且加工寿命长，达到甚至超过进口刀片使用效果，是理想的数控加工中心铣削用刀片。
[0031]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。。
【权利要求】
1.适合数控加工中心用的超细硬质合金涂层刀片，其特征在于:所述刀片包括由重量百分比的组分制造:碳化钽0.5?2%，碳化铬0.5?2%，碳化铌O?0.5%，钴6?10%，其余为超细碳化鹤。
2.如权利要求1所述的适合数控加工中心用的超细硬质合金涂层刀片，其特征在于:所用的碳化钨粒度为Fsss0.3?1.2um,所用的钴粉粒度为Fsss0.6?1.2um。
3.—种如权利要求1或2所述的适合数控加工中心用的超细硬质合金涂层刀片的制备方法，其特征在于:包括如下步骤: (1)球磨:将组分加入可倾式湿磨机，并加入无水酒精及白石蜡进行混合磨细磨匀； (2)干燥制粒:通过真空干燥双Z螺旋型搅拌器制粒，或喷雾干燥塔进行干燥及喷雾制粒; (3)成型:用TPA双向自动压力机进行压制成型； (4)烧结:使用真空脱蜡烧结一体炉或者多气氛烧结炉烧结； (5)过压:使用过压烧结炉对毛坯进行再次处理； (6)精磨:使用平面磨床、工具磨床、数控磨床、专用磨床进行平面、周边、倒角、倒圆、倒棱等磨削加工； (7)喷砂:对未进行磨削加工的表面进行喷砂处理； (8)钝化:对刃口进行钝圆处理； (9)抛光:有断屑槽的需要对断屑槽进行抛光处理； (10)涂层:对刀片表面特别是切削工作面进行涂层； (11)深冷处理:对刀片进行低温深冷处理。
4.如权利要求3所述的适合数控加工中心用的超细硬质合金涂层刀片的制备方法，其特征在于:所述步骤(I)中，球磨时间为48?120小时，球料比> 3.5:1，介质为无水酒精，加入成型剂为白石蜡。
5.如权利要求3所述的适合数控加工中心用的超细硬质合金涂层刀片的制备方法，其特征在于:所述步骤(4)中，使用多气氛烧结炉进行烧结的最终烧结温度为1410?1450摄氏度。
6.如权利要求3所述的适合数控加工中心用的超细硬质合金涂层刀片的制备方法，其特征在于:所述步骤(5)中，使用过压烧结炉对刀片毛坯进行6Mpa-10Mpa氩气过压烧结。
7.如权利要求3所述的适合数控加工中心用的超细硬质合金涂层刀片的制备方法，其特征在于:所述步骤(8)中，使用含金刚石磨料的尼龙钝化刷，对刀片刃口进行钝化，得到R=0.01?0.05mm的1/4圆或抛物线状的刀片圆滑刃口。
8.如权利要求3所述的适合数控加工中心用的超细硬质合金涂层刀片的制备方法，其特征在于:所述步骤(10)中，对处理好的精磨刀片进行超声波清洗除去表面杂质，再进行涂层处理，其中用于铣削的刀片，涂层优选PVD工艺的包含AlTiN或CrAlN或CrAlTiN复合涂层，涂层厚度2?5um ;用于车削的刀片，涂层优选CVD工艺的Al2O3复合涂层，涂层厚度4 ?20um。
9.如权利要求3所述的适合数控加工中心用的超细硬质合金涂层刀片的制备方法，其特征在于:所述步骤(11)中，对涂层后的硬质合金刀片进行液氮深冷处理，处理温度为-100?-200摄氏度。
【文档编号】B23B27/00GK103801746SQ201210446330
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月9日 优先权日:2012年11月9日
【发明者】唐成徕, 唐盈峰 申请人:湖南锐锋硬质合金制品有限公司