一种硬质合金或金属陶瓷可转位刀片及其制备方法

技术领域

本发明涉及切削刀具材料领域，更具体地，涉及一种硬质合金或金属陶瓷可转位刀片及其制备方法。

背景技术

传统的硬质合金或金属陶瓷可转位刀片的生产，一般是通过双向压机成型出毛坯，烧结后对毛坯进行磨削加工，达到最终所需要的形状和精度；但对于一些槽型与装配孔不在相同方向，形状复杂的可转位刀片，往往只能通过压机成型出大致毛坯，往往后续加工余量很大，时间长，砂轮损耗大。导致加工成本大幅增加。或者使用结构与控制程序复杂的多向电控压机成型，但设备复杂昂贵，模具成本高，生产效率低下。

为了解决上述问题，也可将可转位刀片设计成上下两个分块，再通过焊接的方式连接。但是焊接强度低，一般仅为300MPa左右；焊接层熔点低不耐高温，800℃左右即会融化。因此耐高温性能差，使用性能不稳定，使用寿命短。

CN104874797A公开了一种硬质合金将添加剂与不同合金原料混合后，得到不同混合料；通过混合料压制使整体硬质合金呈梯度设置，此种合金并未考虑到切削刀片的加工方式，并不适用形状复杂的可转位刀片的多方向加工。

CN108530956B一种有机与无机复合型粘接剂粘接的硬质合金烧结防粘涂料及其制备、使用方法，包括固体隔离层和液体粘接剂两部分，加大了硬质合金烧结防粘涂料的稳定性。此种结构不适用于可转位刀片，并未考虑不同角度成型加工的问题。

因此，研发一种对于一些槽型与装配孔不在相同方向，形状复杂的硬质合金或金属陶瓷可转位刀片，开发出生产成本较低，效率高，强度高，高温性能好的材料意义重大。

发明内容

本发明针对上述的不足，提供一种转位刀片用硬质合金，该硬质合金通过将可转位刀片的结构的调整，将上、下可转位刀片切削层通过粘结层的粘结，使上、下层形成一体，通过粘结层的成分调节，使上、下层与粘结层的粘结强度大，高温性能好，使用性能可靠。

本发明的硬质合金或金属陶瓷可转位刀片及其制备方法通过以下技术方案予以实现：

公开一种硬质合金或金属陶瓷可转位刀片，硬质合金为多层结构粘结；至少包括：

上、下可转位刀片切削层；

其中，上表面切削层、下表面可转位刀片基体层之间通过粘结层粘结，使上、下层形成一体；

所述粘结层采用含有上、下可转位刀片切削层的合金成分含有的成分的合金元素进行配比得到。

本发明摒弃了现有技术中两层材料通过焊接方式的固有技术思维，将上、下可转位刀片切削层通过粘结层进行粘结，由于粘结层的成分与上下层的合金成分有交叉元素，所以在相互两层的结合处，材料分子间扩散和相容性更好，使上下两层的粘结牢固，高温性好，使用性能可靠。

进一步地，所述上表面切削层为硬质合金或金属陶瓷。

进一步地，所述下表面可转位刀片基体层为硬质合金或金属陶瓷。

进一步地，所述粘结层采用钴、镍、铁或其他合金。

进一步地，所述粘结层厚度为1-5mm。

本发明的另一目的在于，公开上述硬质合金或金属陶瓷可转位刀片的制备方法，包括以下步骤：

S1.将制备好的硬质合金或金属陶瓷可转位刀片分块，以及粘结层进行清洗，以得到洁净的粘结面；

S2.选择上、下可转位刀片切削层，将粘结层放置在二者之间；

S3.在烧结炉内进行高温处理，通过合金化粘结在一起，得到可转位刀片，烧结温度为1300℃-1600℃；烧结时间为0.5-5小时，可采用真空烧结或压力烧结，优选为压力烧结，以便获得更低的孔隙。

粘接层的成分的调整需要符合以下条件：粘结层的成分与上、下可转位刀片切削层的成分相似，其粘结剂相的含量大于上、下可转位刀片切削层的粘结剂的含量，如粘结层的钴的含量大于上、下可转位刀片切削层的钴的含量的1~2.5倍。此种配比不但可以有效粘接上、下可转位刀片切削层，相同的成分元素间分子扩散性能更好。并且本发明的粘接层相当于根据上、下可转位刀片切削层的组分调整来对其进行粘接，为了刀片的使用性能的考量，将上、下可转位刀片切削层设计为相同的成分。使切削刀片的使用一致性佳。

进一步地，所述上、下可转位刀片切削层均为硬质合金时，粘结层采用钴合金材料，且粘结层中钴元素的质量分数大于硬质合金中的钴元素的质量分数。

进一步地，粘结层的钴元素的含量大于上、下可转位刀片切削层的钴元素的含量的1~2.5倍。

进一步地，所述上、下可转位刀片切削层均为金属陶瓷时，粘结层采用镍合金材料。且粘结层中镍元素的质量分数含量大于金属陶瓷中的镍元素的质量分数。

进一步地，粘结层的镍元素的含量大于上、下可转位刀片切削层的镍元素的含量的1~1.25倍。

进一步地，所述压力烧结的压力为不低于0.5MPa。

本发明相对现有技术具有以下有益效果：

本发明的硬质合金或金属陶瓷可转位刀片根据上表面切削层、下表面可转位刀片基体层的材料成分的性能，结合可转位刀片的结构特性，提供一种能有效结合上、下可转位刀片切削层的粘结层，粘结层的成分选择与上表面切削层、下表面可转位刀片基体层相容性和扩散性能好的元素成分，在相互两层的结合处，材料分子间扩散和相容性更好，使上下两层的粘结牢固，高温性好，使用性能可靠。

本发明的硬质合金或金属陶瓷可转位刀片提供一种用粘接片来粘接上、下可转位刀片切削层的技术思路，打破现有技术中用胶或者液体粘接剂粘接硬质合金或者金属陶瓷，尤其提供了适用于异形刀片加工的多角度成型的合金结构。能有效成本降低加工的成本。

本发明的硬质合金或金属陶瓷可转位刀片结合层与层之间的合金成分性能的差异，使用烧结炉内进行高温处理，使每层金属的结合处合金化粘结，使各层硬质合金成为一体，有助于可转位刀片的加工。

本发明公开了硬质合金或金属陶瓷可转位刀片的制备方法，通过各个参数的调整，使整个硬质合金达到可转位刀片的优良的使用性能。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明所述硬质合金或金属陶瓷可转位刀片上表面切削层。

图2为本发明所述硬质合金或金属陶瓷可转位刀片粘结层。

图3为本发明所述硬质合金或金属陶瓷可转位刀片下表面切削层。

图4为本发明所述硬质合金或金属陶瓷可转位刀片的合成示意图。

图5为本发明所述硬质合金或金属陶瓷可转位刀片的合成产品图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

如图1-图3所示，对可转位刀片沿中间位置一分为三，分为上可转位刀片切削层分块1、下可转位刀片切削层2和粘结层3。其中上、下可转位刀片切削层分块为硬质合金，由于硬质合金一般选用钴作为粘结相成分，粘结层成分为钴合金，合金元素优选采用上下层中含有的成分。粘结层厚度为1-5mm，本实施中，优选为3mm。

分别按照传统粉末冶金生产方法生产上下分块的烧结可转位刀片切削层毛坯和粘结层。具体成分与生产方法为本领域公知技术，如YG8成分为8wt%的钴和92wt%的碳化钨，采用配料→球磨→喷雾干燥→压制→烧结→磨加工等步骤生产得到。将粘结的三层清洗干净，以保证粘结面洁净。清洗方式可以采用常用的碳氢清洗，超声清洗，湿喷砂等方法。同时为了保证各粘结面的平直度与表面光洁度，还可以通过平面磨加工处理。

按照图4所示位置，组装固定成“三明治结构”。为了保证产品所需形位公差，装配过程中应通过特定的限位夹具定好位，并且固定好，防止后续转移与烧结过程中出现移动。

在烧结炉内进行高温处理，通过合金化粘结在一起，得到可转位刀片，如图3所示。为了提升粘结效果，粘结片中需形成一定的液相，烧结温度为1300℃-1600℃，烧结时间为0.5-5小时，本实施中的烧结温度为1300℃-1400℃，烧结时间为3-4小时。可采用真空烧结或压力烧结。优选采用压力烧结可减少孔隙的形成，提升结合强度。

后续可按要求进行精加工，以保证尺寸精度和所需光洁度。以及进行湿喷砂，刃口钝化，涂层等本领域公知技术。

实施例2

本实施例选用上下可转位刀片分块为金属陶瓷，由于金属陶瓷一般选用镍作为粘结相成分，粘结层成分为镍合金，合金元素优选采用上下层中含有的成分。

实施例2采用与实施例1大致相同的方法。其不同之处在于，烧结温度为1500℃-1600℃，烧结时间为1.5-2.5小时。具体成分与生产方法为本领域公知技术。

对比例1

下面为采用本发明和对比例实验结果。样品1和3为本发明实施例1和实施例2的可转位。样品2和4对比例为取消了中部粘结片。

其中样品1为硬质合金可转位刀片，由于硬质合金一般选用钴作为粘结相成分，故选用钴合金作为粘结片。样品3为金属陶瓷可转位刀片，由于金属陶瓷一般选用镍作为粘结相成分，故选用镍合金作为粘结片。

采用本发明制备可转位刀片方法。制备出标准抗弯强度试样条。依次进行清洗，组装，固定，高温处理等操作。其中烧结温度为1450℃，压力为5MPa。测量抗弯强度结果如下表1。

样品1硬质合金可转位刀片结合强度为1000MPa，远大于没有粘结片的样品2，同时结合强度也远大于焊接工艺的约300MPa。

样品3金属陶瓷可转位刀片结合强度为800MPa，而样品2未实现粘结。

同时本发明在1000℃时仍然具有较高的粘结强度，而焊接方法在800℃左右即会融化。

粘结片在烧结温度下，形成了较多的液相，能够很好地粘结上下两个可转位刀片分块，具有较高的结合强度。而取消粘结片后，由于硬质合金和金属陶瓷可转位刀片本身粘结相成分较少，液相数量显著降低，结合效果变差，甚至出现未粘结的现象。本发明具有设备简单，粘结强度大，耐高温，生产成本低，生产效率高等特点。

表1

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的包含范围之内。