专利名称：工具钢刀片表面强化制备方法
技术领域：
本发明涉及一种工具钢刀片的表面硬化方法，尤其是一种利用真空炉渗钴和盐浴炉渗铈的刀具表面强化处理方法，具体地说是一种工具钢刀片表面强化制备方法。
背景技术：
目前，我国的数控技术加工设备的研制越来越趋向成熟阶段，然而相对数控机床设备的发展，我国的数控机床刀具的发展相对落后，一些重要的零部件加工大多需从国外购买，费用相当昂贵。目前国内生产的刀具使用寿命低，且对难切削加工的材料切削时，刀具磨损大，蹦刃现象时常发生，随着刀具经常性的蹦刃或磨损，其刀具质量和尺寸都降低， 造成刀具的报废，造成刀具加工成本的增加，这将严重阻碍了我国的数控加工技术的发展。目前在造船业、汽车制造业、飞机飞船制造业、铁路运输业等领域使用的材料很多为难加工材料，其对刀具磨损较大，基于这种情况，就必须找出一种提高刀具性能的加工方法和设备，目前提高刀片性能的方法包括机械法和涂层法，机械方法中焊接方法是刀片和刀架焊接在一起，这本身就降低刀具性能，且熔化焊接方法造成的缺陷多，刀片和刀架的连接牢固度无法保证；涂层方法也有多种，有微弧氧化、激光熔覆等，这些方法存在涂层与母材结合是否牢固问题，在难加工材料加工时，或多或少涂层与刀具母材都会发生脱落，这不利于刀具的使用。而传统的刀具主要选用工具钢加工而成，有的甚至都不经过任何处理就直接使用，其使用过程中的寿命大大降低，而有的刀具经过了一些表面处理，如盐浴共渗法，但其效果仍是不佳，特别是针对工况条件较差的地方，如振动大，冲击大的地方，刀片使用寿命还是较低。还有些要求较高的刀片，主要采用钨铼合金刀具材料，但这种刀具加工工艺较复杂，成本高，很显然不能得到广泛应用。作为机加工制造行业，刀具是不可缺少的工具，实际生产过程中，既要求刀具质量好，又要求其成本相对较低，这就成了当今刀具制造业所面临的一个急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是针对目前刀具寿命低，强度不高，难以适应难加工材料加工的问题，发明一种能有效提高刀具使用寿命的工具钢刀片表面强化制备方法。。本发明的技术方案是
一种工具钢刀片表面强化制备方法，其特征是它包括以下步骤
首先，将工具钢刀片放入真空炉中，抽真空，使真空炉的真空度达到98%以上，通过喷嘴向刀片表面喷洒粒度为20 30纳米的氧化钴粉末，控制加热温度在120(Tl40(rC范围内，保温1 5小时，使刀片表面形成渗钴层，取出空冷至室温；
其次，将上述完成渗钴的刀片放入预热炉中预热至500 600度后，放入盐浴炉中进行热处理，并在盐浴炉中加入氧化铈，并不断搅拌盐浴，控制氧化铈的加入量为洲一5%的质量比，并使盐浴的温度在56(T60(TC之间，保温2-4小时后取出；最后，将经过盐浴处理的刀片放入氧化炉进行氧化处理，控制氧化炉的温度在320 380度之间，保温15 30分钟后随炉冷却至室温即可。本发明还可用油浴炉代替氧化炉或在经过氧化炉保温后再将刀片放入油浴炉中作进一步的处理，油浴炉的温度为120 200度，保温时间为20 40分钟，油浴结束后取出空冷至室温。本发明的有益效果
本发明在很大程度上降低了刀具加工难度，刀具的耐磨性、耐腐蚀性和抗疲劳性能得到大大提高，刀具制造方便，其工艺适宜大批量生产，这大大降低了刀具生产成本。
图1是与本发明相配的成套制备设备的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。如图1所示。一种工具钢刀片表面强化制备方法，它包括以下步骤
首先将真空炉中的空气抽空，保持真空炉的真空度在98%以上，然后打开喷嘴，通过控制喷嘴速度使氧化钴粉末均勻的喷洒在工具钢刀片上，喷洒过程中最好是使刀片能翻转或使刀片竖直放置，然后用两个喷嘴不断地向刀片的二面同时喷洒粒度为20 30纳米的氧化钴粉末，然后缓慢加热真空炉，加热温度最终控制在120(Tl40(rC范围内，保持此加热温度时间在广5小时。将刀片从真空炉中取出冷却至室温，放入预热炉中预热至500 600°C，然后放入盐浴炉中，加热盐浴炉，使其温度控制在56(T60(TC范围，保温时间2、小时，取出后放入氧化炉氧化，控制氧化炉的温度在320 380度之间，保温15 30分钟后随炉冷却。在进行盐浴共渗时在盐浴中加入了氧化铈，氧化铈含量占总盐浴配料的2飞％，以加速共渗速度和共渗厚度，最终获得的刀片具有耐磨性、耐腐蚀性、抗疲劳性能好等特性。具体实施时还可用油浴炉代替氧化炉或在经过氧化炉保温后再将刀片放入油浴炉中作进一步的处理，油浴炉的温度为120 200度，保温时间为20 40分钟，油浴结束后取出空冷至室温即可。图1是制备本发明的刀具所使用的成套设备，它包括真空炉体1、盐浴共渗炉2、皮带运输机构3、修复机构4和控制装置5，各部分之间的周转主要依靠皮带运输机构加以实现，如图1所示，将刀具放在真空炉体1中渗入钴元素，然后冷却后通过皮带运输结构3放入盐浴共渗炉体2中进行盐浴共渗，经冷却后送到修复机构4中皮带运输机上的工作台进行检验修复，整个过程采用自动化控制，其控制部分主要由控制系统5完成。其中真空炉体 1主要用于在刀片表面渗入钴元素，真空炉的真空度不小于98%，加热温度为120(Γ1400 ， 保温时间为广5小时。真空炉体1主要由真空炉底座1-1、夹持机械手1-2、控制阀1-3、抽气孔1-4、导料管1-5、加热丝1-6、窗口 1-7、真空炉1-10和扇门1_8组成，真空炉1-10安装在真空炉底座1-1上，刀片1-9安装在夹持机械手1-2上，通过抽气孔1-4抽取空气，使炉体真空度达到98%以上，打开控制阀1-3将氧化钴通过导料管1-5喷洒在刀片1-9上，然后通过加热丝1-6加热真空炉1-10，氧化钴渗透结束后，打开窗口 1-7上的扇门1-8，通过夹持机械手1-2将刀片1-9送到皮带3-6上；盐浴共渗炉2主要用于在刀片表面渗入氧化铈，盐浴炉2-2的加热温度为500-600°C，加入的氧化铈的含量占总盐浴配料的质量百分比为2飞％，盐浴共渗炉2它主要由预热炉2-1、盐浴炉2-2、氧化炉2-3、油炉2_4、取料机械手 2-5和转轴组成，当刀片1-9从真空炉1中送到皮带3-6上时，取料机械手2-5将刀片1_9 从皮带3-6取出，先放入预热炉2-1中，待预热至设定的温度后再通过取料机械手2-5将刀片1-9从预热炉2-1中取出放入盐浴炉2-2中，待加热到设定的温度后，再将刀片1-9通过取料机械手2-5从盐浴炉2-2中取出，分别放入氧化炉2-3或油炉2-4中，待冷却后将刀片 1-9通过取料机械手2-5从氧化炉2-3或油炉2-4中取出放入皮带4_10上的工作台4_2，所述的预热炉2-1、盐浴炉2-2、氧化炉2-3和油炉2-4通过转轴2_6连接成一个能整体同步转动的结构；皮带运输机构3由第一滚筒3-1、第二滚筒3-2、第三滚筒3-3、第一电机3-5、 第一传感器3-4和皮带3-6组成，刀片1-9从真空炉体1送出，放在皮带3-6上，通过第一电机3-5带动第三滚筒3-3转动，再通过第三滚筒3-3带动第一滚筒3-1和第二滚筒3_2 滚动，电机13-5通过第一传感器3-4控制；修复机构4主要由第四滚筒4-1、工作台4_2、探头4-3、第五滚筒4-4、修磨机械手4-5、金刚石砂轮4-6、第六滚筒4_7、第二电机4_8、第二传感器4-9和皮带4-10组成，刀片1-9送到工作台4-2上，通过第二电机4_8带动第六滚筒4-7滚动，第六滚筒4-7又带动第四滚筒4-1和第五滚筒4-4滚动，最终带动皮带4_10 运动，将工作台4-2逐渐移到探头4-3底下检测刀片1-9的刃磨情况，需要修磨就通过修磨机械手4-5上安装的金刚石砂轮4-6修磨达到使用要求，第二电机4-8是通过第二传感器 4-9控制。控制装置5主要由控制器5-1、电脑5-2和数据线5-3组成，它全部可以采用现有的常规控制技术加以实现，控制器5-1通过数据线5-3控制各执行部件的动作，并通过电脑5-2实时显示。效果例1
选用20mm厚度的TC4材料，分别用常规方法、盐浴共渗方法和本发明方法设计制造的工具钢刀片加工，常规方法加工的刀片工作仅2小时就需要重新磨刀刃，刀具磨损严重；用盐浴共渗方法获得的刀具，工作3小时就需要重新磨刀刃，磨损严重，还需重新盐浴共渗， 再刃磨；用本发明方法获得的刀具，工作10小时以上，且刀具磨损较小，只需稍稍修磨即可。效果例2:
选用20mm厚度的TC4材料，分别用常规方法、盐浴共渗方法和本发明方法设计制造的工具钢刀片加工，常规方法加工的刀片加工的表面粗糙度平均为RaI. 6 ；盐浴共渗方法加工的刀片加工的表面粗糙度平均为RaL 0 ；用本发明方法加工的刀片加工的表面粗糙度平均为RaO. 5。本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
权利要求
1.一种工具钢刀片表面强化制备方法，其特征是它包括以下步骤 一种工具钢刀片表面强化制备方法，其特征是它包括以下步骤首先，将工具钢刀片放入真空炉中，抽真空，使真空炉的真空度达到98%以上，通过喷嘴向刀片表面喷洒粒度为20 30纳米的氧化钴粉末，控制加热温度在120(Tl40(rC范围内，保温1 5小时，使刀片表面形成渗钴层，取出空冷至室温；其次，将上述完成渗钴的刀片放入预热炉中预热至500 600度后，放入盐浴炉中进行热处理，并在盐浴炉中加入氧化铈，并不断搅拌盐浴，控制氧化铈的加入量为洲 5%的质量比，并使盐浴的温度在56(T60(TC之间，保温2 4小时后取出；最后，将经过盐浴处理的刀片放入氧化炉进行氧化处理，控制氧化炉的温度在320 380度之间，保温15 30分钟后随炉冷却至室温即可。
2.根据权利要求1所述的工具钢刀片表面强化制备方法，其特征是用油浴炉代替氧化炉或在经过氧化炉保温后再将刀片放入油浴炉中作进一步的处理，油浴炉的温度为120 200度，保温时间为20 40分钟，油浴结束后取出空冷至室温。
全文摘要
一种工具钢刀片表面强化制备方法，其特征是它包括将工具钢刀片放入真空炉中，抽真空，使真空炉的真空度达到98%以上，通过喷嘴向刀片表面喷洒粒度为20-30纳米的氧化钴粉末，控制加热温度在1200~1400℃范围内，保温1-5小时，使刀片表面形成渗钴层，取出空冷至室温；将上述完成渗钴的刀片放入预热炉中预热至500-600度后，放入盐浴炉中进行热处理，并在盐浴炉中加入氧化铈，并不断搅拌盐浴，控制氧化铈的加入量为2%-5%的质量比，并使盐浴的温度在560~600℃之间，保温2-4小时后取出；最后，将经过盐浴处理的刀片放入氧化炉进行氧化处理，控制氧化炉的温度在320-380度之间，保温15-30分钟后随炉冷却至室温即可。本发明的刀片具有使用寿命长，生产成本低的优点，能实现全自动化生产，可大大降低劳动强度。
文档编号C23C10/30GK102296268SQ201110299009
公开日2011年12月28日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者修磊, 方淼晖, 段杏林, 汪建利, 汪洪峰 申请人:黄山学院