工具鋼刀片表面強化製備方法
2023-05-07 09:34:36 1
專利名稱：工具鋼刀片表面強化製備方法
技術領域：
本發明涉及一種工具鋼刀片的表面硬化方法，尤其是一種利用真空爐滲鈷和鹽浴爐滲鈰的刀具表面強化處理方法，具體地說是一種工具鋼刀片表面強化製備方法。
背景技術：
目前，我國的數控技術加工設備的研製越來越趨向成熟階段，然而相對數控工具機設備的發展，我國的數控工具機刀具的發展相對落後，一些重要的零部件加工大多需從國外購買，費用相當昂貴。目前國內生產的刀具使用壽命低，且對難切削加工的材料切削時，刀具磨損大，蹦刃現象時常發生，隨著刀具經常性的蹦刃或磨損，其刀具質量和尺寸都降低， 造成刀具的報廢，造成刀具加工成本的增加，這將嚴重阻礙了我國的數控加工技術的發展。目前在造船業、汽車製造業、飛機飛船製造業、鐵路運輸業等領域使用的材料很多為難加工材料，其對刀具磨損較大，基於這種情況，就必須找出一種提高刀具性能的加工方法和設備，目前提高刀片性能的方法包括機械法和塗層法，機械方法中焊接方法是刀片和刀架焊接在一起，這本身就降低刀具性能，且熔化焊接方法造成的缺陷多，刀片和刀架的連接牢固度無法保證；塗層方法也有多種，有微弧氧化、雷射熔覆等，這些方法存在塗層與母材結合是否牢固問題，在難加工材料加工時，或多或少塗層與刀具母材都會發生脫落，這不利於刀具的使用。而傳統的刀具主要選用工具鋼加工而成，有的甚至都不經過任何處理就直接使用，其使用過程中的壽命大大降低，而有的刀具經過了一些表面處理，如鹽浴共滲法，但其效果仍是不佳，特別是針對工況條件較差的地方，如振動大，衝擊大的地方，刀片使用壽命還是較低。還有些要求較高的刀片，主要採用鎢錸合金刀具材料，但這種刀具加工工藝較複雜，成本高，很顯然不能得到廣泛應用。作為機加工製造行業，刀具是不可缺少的工具，實際生產過程中，既要求刀具質量好，又要求其成本相對較低，這就成了當今刀具製造業所面臨的一個急需解決的問題。
發明內容
本發明的目的是針對目前刀具壽命低，強度不高，難以適應難加工材料加工的問題，發明一種能有效提高刀具使用壽命的工具鋼刀片表面強化製備方法。。本發明的技術方案是
一種工具鋼刀片表面強化製備方法，其特徵是它包括以下步驟
首先，將工具鋼刀片放入真空爐中，抽真空，使真空爐的真空度達到98%以上，通過噴嘴向刀片表面噴灑粒度為20 30納米的氧化鈷粉末，控制加熱溫度在120(Tl40(rC範圍內，保溫1 5小時，使刀片表面形成滲鈷層，取出空冷至室溫；
其次，將上述完成滲鈷的刀片放入預熱爐中預熱至500 600度後，放入鹽浴爐中進行熱處理，並在鹽浴爐中加入氧化鈰，並不斷攪拌鹽浴，控制氧化鈰的加入量為洲一5%的質量比，並使鹽浴的溫度在56(T60(TC之間，保溫2-4小時後取出；最後，將經過鹽浴處理的刀片放入氧化爐進行氧化處理，控制氧化爐的溫度在320 380度之間，保溫15 30分鐘後隨爐冷卻至室溫即可。本發明還可用油浴爐代替氧化爐或在經過氧化爐保溫後再將刀片放入油浴爐中作進一步的處理，油浴爐的溫度為120 200度，保溫時間為20 40分鐘，油浴結束後取出空冷至室溫。本發明的有益效果
本發明在很大程度上降低了刀具加工難度，刀具的耐磨性、耐腐蝕性和抗疲勞性能得到大大提高，刀具製造方便，其工藝適宜大批量生產，這大大降低了刀具生產成本。
圖1是與本發明相配的成套製備設備的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。如圖1所示。一種工具鋼刀片表面強化製備方法，它包括以下步驟
首先將真空爐中的空氣抽空，保持真空爐的真空度在98%以上，然後打開噴嘴，通過控制噴嘴速度使氧化鈷粉末均勻的噴灑在工具鋼刀片上，噴灑過程中最好是使刀片能翻轉或使刀片豎直放置，然後用兩個噴嘴不斷地向刀片的二面同時噴灑粒度為20 30納米的氧化鈷粉末，然後緩慢加熱真空爐，加熱溫度最終控制在120(Tl40(rC範圍內，保持此加熱溫度時間在廣5小時。將刀片從真空爐中取出冷卻至室溫，放入預熱爐中預熱至500 600°C，然後放入鹽浴爐中，加熱鹽浴爐，使其溫度控制在56(T60(TC範圍，保溫時間2、小時，取出後放入氧化爐氧化，控制氧化爐的溫度在320 380度之間，保溫15 30分鐘後隨爐冷卻。在進行鹽浴共滲時在鹽浴中加入了氧化鈰，氧化鈰含量佔總鹽浴配料的2飛％，以加速共滲速度和共滲厚度，最終獲得的刀片具有耐磨性、耐腐蝕性、抗疲勞性能好等特性。具體實施時還可用油浴爐代替氧化爐或在經過氧化爐保溫後再將刀片放入油浴爐中作進一步的處理，油浴爐的溫度為120 200度，保溫時間為20 40分鐘，油浴結束後取出空冷至室溫即可。圖1是製備本發明的刀具所使用的成套設備，它包括真空爐體1、鹽浴共滲爐2、皮帶運輸機構3、修復機構4和控制裝置5，各部分之間的周轉主要依靠皮帶運輸機構加以實現，如圖1所示，將刀具放在真空爐體1中滲入鈷元素，然後冷卻後通過皮帶運輸結構3放入鹽浴共滲爐體2中進行鹽浴共滲，經冷卻後送到修復機構4中皮帶運輸機上的工作檯進行檢驗修復，整個過程採用自動化控制，其控制部分主要由控制系統5完成。其中真空爐體 1主要用於在刀片表面滲入鈷元素，真空爐的真空度不小於98%，加熱溫度為120(Γ1400 ， 保溫時間為廣5小時。真空爐體1主要由真空爐底座1-1、夾持機械手1-2、控制閥1-3、抽氣孔1-4、導料管1-5、加熱絲1-6、窗口 1-7、真空爐1-10和扇門1_8組成，真空爐1-10安裝在真空爐底座1-1上，刀片1-9安裝在夾持機械手1-2上，通過抽氣孔1-4抽取空氣，使爐體真空度達到98%以上，打開控制閥1-3將氧化鈷通過導料管1-5噴灑在刀片1-9上，然後通過加熱絲1-6加熱真空爐1-10，氧化鈷滲透結束後，打開窗口 1-7上的扇門1-8，通過夾持機械手1-2將刀片1-9送到皮帶3-6上；鹽浴共滲爐2主要用於在刀片表面滲入氧化鈰，鹽浴爐2-2的加熱溫度為500-600°C，加入的氧化鈰的含量佔總鹽浴配料的質量百分比為2飛％，鹽浴共滲爐2它主要由預熱爐2-1、鹽浴爐2-2、氧化爐2-3、油爐2_4、取料機械手 2-5和轉軸組成，當刀片1-9從真空爐1中送到皮帶3-6上時，取料機械手2-5將刀片1_9 從皮帶3-6取出，先放入預熱爐2-1中，待預熱至設定的溫度後再通過取料機械手2-5將刀片1-9從預熱爐2-1中取出放入鹽浴爐2-2中，待加熱到設定的溫度後，再將刀片1-9通過取料機械手2-5從鹽浴爐2-2中取出，分別放入氧化爐2-3或油爐2-4中，待冷卻後將刀片 1-9通過取料機械手2-5從氧化爐2-3或油爐2-4中取出放入皮帶4_10上的工作檯4_2，所述的預熱爐2-1、鹽浴爐2-2、氧化爐2-3和油爐2-4通過轉軸2_6連接成一個能整體同步轉動的結構；皮帶運輸機構3由第一滾筒3-1、第二滾筒3-2、第三滾筒3-3、第一電機3-5、 第一傳感器3-4和皮帶3-6組成，刀片1-9從真空爐體1送出，放在皮帶3-6上，通過第一電機3-5帶動第三滾筒3-3轉動，再通過第三滾筒3-3帶動第一滾筒3-1和第二滾筒3_2 滾動，電機13-5通過第一傳感器3-4控制；修復機構4主要由第四滾筒4-1、工作檯4_2、探頭4-3、第五滾筒4-4、修磨機械手4-5、金剛石砂輪4-6、第六滾筒4_7、第二電機4_8、第二傳感器4-9和皮帶4-10組成，刀片1-9送到工作檯4-2上，通過第二電機4_8帶動第六滾筒4-7滾動，第六滾筒4-7又帶動第四滾筒4-1和第五滾筒4-4滾動，最終帶動皮帶4_10 運動，將工作檯4-2逐漸移到探頭4-3底下檢測刀片1-9的刃磨情況，需要修磨就通過修磨機械手4-5上安裝的金剛石砂輪4-6修磨達到使用要求，第二電機4-8是通過第二傳感器 4-9控制。控制裝置5主要由控制器5-1、電腦5-2和數據線5-3組成，它全部可以採用現有的常規控制技術加以實現，控制器5-1通過數據線5-3控制各執行部件的動作，並通過電腦5-2實時顯示。效果例1
選用20mm厚度的TC4材料，分別用常規方法、鹽浴共滲方法和本發明方法設計製造的工具鋼刀片加工，常規方法加工的刀片工作僅2小時就需要重新磨刀刃，刀具磨損嚴重；用鹽浴共滲方法獲得的刀具，工作3小時就需要重新磨刀刃，磨損嚴重，還需重新鹽浴共滲， 再刃磨；用本發明方法獲得的刀具，工作10小時以上，且刀具磨損較小，只需稍稍修磨即可。效果例2:
選用20mm厚度的TC4材料，分別用常規方法、鹽浴共滲方法和本發明方法設計製造的工具鋼刀片加工，常規方法加工的刀片加工的表面粗糙度平均為RaI. 6 ；鹽浴共滲方法加工的刀片加工的表面粗糙度平均為RaL 0 ；用本發明方法加工的刀片加工的表面粗糙度平均為RaO. 5。本發明未涉及部分均與現有技術相同或可採用現有技術加以實現。
權利要求
1.一種工具鋼刀片表面強化製備方法，其特徵是它包括以下步驟 一種工具鋼刀片表面強化製備方法，其特徵是它包括以下步驟首先，將工具鋼刀片放入真空爐中，抽真空，使真空爐的真空度達到98%以上，通過噴嘴向刀片表面噴灑粒度為20 30納米的氧化鈷粉末，控制加熱溫度在120(Tl40(rC範圍內，保溫1 5小時，使刀片表面形成滲鈷層，取出空冷至室溫；其次，將上述完成滲鈷的刀片放入預熱爐中預熱至500 600度後，放入鹽浴爐中進行熱處理，並在鹽浴爐中加入氧化鈰，並不斷攪拌鹽浴，控制氧化鈰的加入量為洲 5%的質量比，並使鹽浴的溫度在56(T60(TC之間，保溫2 4小時後取出；最後，將經過鹽浴處理的刀片放入氧化爐進行氧化處理，控制氧化爐的溫度在320 380度之間，保溫15 30分鐘後隨爐冷卻至室溫即可。
2.根據權利要求1所述的工具鋼刀片表面強化製備方法，其特徵是用油浴爐代替氧化爐或在經過氧化爐保溫後再將刀片放入油浴爐中作進一步的處理，油浴爐的溫度為120 200度，保溫時間為20 40分鐘，油浴結束後取出空冷至室溫。
全文摘要
一種工具鋼刀片表面強化製備方法，其特徵是它包括將工具鋼刀片放入真空爐中，抽真空，使真空爐的真空度達到98%以上，通過噴嘴向刀片表面噴灑粒度為20-30納米的氧化鈷粉末，控制加熱溫度在1200~1400℃範圍內，保溫1-5小時，使刀片表面形成滲鈷層，取出空冷至室溫；將上述完成滲鈷的刀片放入預熱爐中預熱至500-600度後，放入鹽浴爐中進行熱處理，並在鹽浴爐中加入氧化鈰，並不斷攪拌鹽浴，控制氧化鈰的加入量為2%-5%的質量比，並使鹽浴的溫度在560~600℃之間，保溫2-4小時後取出；最後，將經過鹽浴處理的刀片放入氧化爐進行氧化處理，控制氧化爐的溫度在320-380度之間，保溫15-30分鐘後隨爐冷卻至室溫即可。本發明的刀片具有使用壽命長，生產成本低的優點，能實現全自動化生產，可大大降低勞動強度。
文檔編號C23C10/30GK102296268SQ201110299009
公開日2011年12月28日 申請日期2011年9月28日 優先權日2011年9月28日
發明者修磊, 方淼暉, 段杏林, 汪建利, 汪洪峰 申請人:黃山學院