CN103305741A - 硬质合金、硬质合金刀杆及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
硬质合金、硬质合金刀杆及其制造方法，硬质合金成分包含碳化钨80～90质量份、钴10～20质量份、碳化钽0.15～0.5质量份、碳化铬0.2～0.4质量份、碳化钒0.1～0.3质量份；由该硬质合金制成的刀杆，刀杆本体（2）具有安装切削刀具（4）的螺纹孔（3）；刀杆的制造方法包括以下步骤：按组份比例将碳化钨、钴、碳化钽、碳化铬、碳化钒放入球磨机中，加入酒精，混磨，卸料、干燥、过筛；加成型剂；压制成毛胚；毛胚在1360～1450℃的温度下烧结成硬质合金刀杆；对硬质合金刀杆作常规的表面磨光处理；电火花加工刀杆，烧灼出螺纹孔。
Description
技术领域
本发明涉及一种合金，特别是涉及一种硬质合金；本发明还涉及一种安装切削刀具的硬质合金刀杆，本发明还涉及该安装切削刀具的硬质合金刀杆的制造方法。
背景技术
传统的硬质合金，如YG6、YG8、YT等牌号，主要成分是碳化钨和钴，这种类型的硬质合金用于制作刀具时，普遍存在红硬性方面较差、耐磨性、刚度和强度方面不足等问题，其使用范围虽然广泛，但主要适宜使用在有色金属和低塑性铸铁等短切削材料的加工。不适宜制作细长的铣刀、膛刀和车刀，用于硬金属材料的加工。
随着技术的发展，机械加工技术广泛地应用于各个领域，并且要求越来越高，特别是对加工精度的要求也越来越严格。在很多情况下，为了满足对加工的要求，对刀具的性能提出了更高的要求，这种情况在装备制造业和汽车工业中体现得最为明显。决定产品性能和技术水平的大多数关键零、部件是通过刀具切削加工来完成的，并且，切削刀具的性能已成了提高关键零、部件自动生产线加工工艺技术水平、生产效率、制造精度和降低成本的重要保证。刀具方面的问题经常是长径比不够或动刚度不够，从而不能满足被加工工件的要求。最常见的疑难就是细长铣刀、膛刀和车刀。
在金属切削加工中，切削力的作用会使得刀杆产生弯曲和振动。在一定力的作用下，刀杆的弯曲程度主要取决于刀杆的静刚度，而刀杆振动的幅度和频率取决于刀杆的静刚度和动刚度。一般情况下，影响金属加工表面质量的因素有机床本身、刀具、被加工工件以及其它的外界干扰等。刀具方面的因素主要是刀具的动刚度和刀片的几何参数。对于一般的刀杆，在长径比(L/D)超过4倍时刀具自身将产生振动，使得加工无法进行。减少刀杆悬伸长度和增加刀杆的直径对于减少刀杆的变形量是有利的。但是，由于受加工工件尺寸的限制，改变这两个参数是不现实的。另外，通过降低切削力也可以达到减少刀杆变形量的目的，但这样势必会导致生产效率下降，而且在某些情况下，即使减小切削力也不能达到加工要求，所以这也不是最好的方法。
目前市场上的硬质合金刀具，因硬质合金具有硬度高、韧性差，机加工不可行的特性，特别是针对特型面的加工，难以通过磨削或机加工的方式来完成。因此市场上的硬质合金刀具多数将刀杆和刀头、刀片制成一体，制造过程中不仅难以加工，更因刀头和刀片属于磨损件，磨损后需整体对刀具进行更换，使用成本高。
发明内容
针对现有技术的不足，本项目提出一种方法，开发一种新型硬质合金材料，利用刀杆和刀头以及刀片组合而成的刀具可以有效的解决上述技术问题。
为了解决上述技术问题，一方面本发明提供一种硬质合金，本发明提供的硬质合金所含成分至少包含碳化钨80～90质量份、钴10～20质量份、碳化钽0.15～0.5质量份、碳化铬0.2～0.4质量份、碳化钒0.1～0.3质量份。硬质合金的生产包括以下步骤：粉料混合：将碳化钨80～90质量份、钴10～20质量份、碳化钽0.15～0. 5质量份、碳化铬0.2～0.4质量份、碳化钒0.1～0.3质量份放入球磨机中，加入碳化钨、钴、碳化钽、碳化铬以及碳化钒总质量0.25～0.3质量份的酒精，混磨24～72小时，卸料、干燥、过筛；加成型剂：在混磨好的粉料中加入成型剂；压制：将加了成型剂的粉料压制成毛胚；烧结：将压制成型的毛胚在1360～1450℃的温度下烧结成硬质合金。为了解决硬质合金生产过程中，在湿磨和干燥过程中粉未物料氧含量超标，影响产品质量的问题，所述混磨过程中还加入碳化钨、钴、碳化钽、碳化铬以及碳化钒总质量0.015wt%～0.025wt%的油酸或聚乙二醇4000。
作为本发明的优选方案，本发明提供的硬质合金，所述碳化钨是粒度为1.0～1.2μm，总碳含量为6.0%～6.3%，含氧量为0.15%～0.2%的碳化钨粉。
另一方面，本发明提供一种安装切削刀具的刀杆，本发明提供的安装切削刀具的刀杆由硬质合金制成，至少包括刀杆本体，所述刀杆本体的一端具有安装切削刀具的螺纹孔，所述硬质合金所含成分至少包含碳化钨80～90质量份、钴10～20质量份、碳化钽0.15～0.5质量份、碳化铬0.2～0.4质量份、碳化钒0.1～0.3质量份。
作为本发明的改进方案，本发明提供的安装切削刀具的刀杆，所述刀杆本体还具有轴向内冷却通孔。
作为本发明的优选方案，本发明提供的安装切削刀具的刀杆，所述碳化钨是粒度为1.0～1.2μm，总碳含量6.0%～6.3%，含氧量为0.15%～0.2%的碳化钨粉。
本发明还提供一种安装切削刀具的刀杆的制造方法，本发明提供的安装切削刀具的刀杆的制造方法，所述刀杆至少包括刀杆本体，所述刀杆本体的一端具有安装切削刀具的螺纹孔，制造方法包括以下步骤：
S1：粉料混合：将碳化钨80～90质量份、钴10～20质量份、碳化钽0.15～0. 5质量份、碳化铬0.2～0.4质量份、碳化钒0.1～0.3质量份放入球磨机中，加入碳化钨、钴、碳化钽、碳化铬以及碳化钒总质量0.25～0.3质量份的酒精，混磨24～72小时，卸料、干燥、过筛；
S2：加成型剂：在混磨好的粉料中加入成型剂；
S3：压制——将加了成型剂的粉料压制成毛胚；
S4：烧结——将压制成型的毛胚在1360～1450℃的温度下烧结成硬质合金刀杆；
S5：表面处理——对硬质合金刀杆作常规的表面磨光处理；
S6：电火花加工刀杆，烧灼出安装切削刀具的螺纹孔。
作为本发明的优选方案，本发明提供的安装切削刀具的刀杆的制造方法，所述碳化钨是粒度为1.0～1.2μm，总碳含量6.0%～6.3%，含氧量为0.15%～0.2%的碳化钨粉。
作为本发明的改进方案，本发明提供的安装切削刀具的刀杆的制造方法，所述成型剂至少包括油酸2.5质量份、四氢萘15质量份、乙基纤维素82.5质量份。
为了解决安装切削刀具的刀杆的制造过程中，在湿磨和干燥过程中粉未物料氧含量超标，影响产品质量的问题，本发明提供的安装切削刀具的刀杆的制造方法，所述混磨过程中还加入碳化钨、钴、碳化钽、碳化铬以及碳化钒总质量0.015wt%～0.025wt%的油酸或聚乙二醇4000。
为了解决硬质合金刀杆与刀片连接的螺纹孔，不能通过磨削或机加工的方式制得，同时解决硬质合金刀杆电火花加工过程中电极消耗量过多的技术问题。作为本发明的改进方案，本发明提供的安装切削刀具的刀杆的制造方法，所述电火花加工刀杆选用铜钨电极，作业时铜钨电极为电火花负极、刀杆为电火花正极。
为了解决硬质合金刀杆电火花加工螺纹过程中，工件表面易产生裂纹甚至崩角的技术问题，同时提高电火花加工时的工作效率，避免硬质合金刀杆微裂纹的产生。
作为本发明的改进方案，本发明提供的安装切削刀具的刀杆的制造方法，所述电火花加工刀杆的峰值电流为6～12A，脉宽为50～200us。
在不冲突的情况下，上述改进方案可单独或组合实施。
本发明带来的有益效果：在碳化钨、钴硬质合金的基础上，增加微量的碳化钽、碳化铬以及碳化钒，可以抑制在烧结过程中晶粒长大、夹粗，从而影响产品的硬度、强度及耐磨性能，改善了本硬质合金的红硬性、和高温强度、刚度等性能，经特殊工艺制成的硬质合金刀杆，与同类普通硬质合金刀头相比其强度提高10％，硬度提高6-9％，冲击韧性提高15-30％，长径比可超过15倍，具有良好的性能，适宜于用于深孔加工。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，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为实施例硬质合金刀杆的结构示意图。
具体实施方式
实施例1：本实施例的硬质合金所含成分至少包含碳化钨80质量份、钴20质量份、碳化钽0.15质量份、碳化铬0.4质量份、碳化钒0.1质量份。所述碳化钨是粒度为1.0～1.2μm，总碳含量为6.0%，含氧量为0.15%的碳化钨粉。本实施例的硬质合金制造方法包括以下步骤：将碳化钨80质量份、钴20质量份、碳化钽0.15质量份、碳化铬0.4质量份、碳化钒0.1质量份放入球磨机中，加入碳化钨、钴、碳化钽、碳化铬以及碳化钒总质量0.25质量份的酒精和0.015wt%油酸混磨24小时，卸料、干燥、过筛；在混磨好的粉料中加入成型剂，所述成型剂由油酸2.5质量份、四氢萘15质量份、乙基纤维素82.5质量份构成；将加了成型剂的粉料压制成毛胚；将压制成型的毛胚逐步升温，在1360℃的温度下烧结成硬质合金。
实施例2：本实施例的硬质合金所含成分至少包含碳化钨90质量份、钴10质量份、碳化钽0.5质量份、碳化铬0.2质量份、碳化钒0.3质量份。所述碳化钨是粒度为1.0～1.2μm，总碳含量为6.3%，含氧量为0.2%的碳化钨粉。本实施例的硬质合金制造方法包括以下步骤：将碳化钨90质量份、钴10质量份、碳化钽0.5质量份、碳化铬0.2质量份、碳化钒0.3质量份放入球磨机中，加入碳化钨、钴、碳化钽、碳化铬以及碳化钒总质量0.3质量份的酒精和0.025wt%的油酸混磨72小时，卸料、干燥、过筛；在混磨好的粉料中加入成型剂，所述成型剂由油酸2.5质量份、四氢萘15质量份、乙基纤维素82.5质量份构成；将加了成型剂的粉料压制成毛胚；将压制成型的毛胚逐步升温，在1450℃的温度下烧结成硬质合金。
实施例3：本实施例的硬质合金所含成分至少包含碳化钨85质量份、钴15质量份、碳化钽0.3质量份、碳化铬0.3质量份、碳化钒0.2质量份。所述碳化钨是粒度为1.0～1.2μm，总碳含量为6.15%，含氧量为0.18%的碳化钨粉。本实施例的硬质合金制造方法包括以下步骤：将碳化钨85质量份、钴15质量份、碳化钽0.3质量份、碳化铬0.3质量份、碳化钒0.2质量份放入球磨机中，加入碳化钨、钴、碳化钽、碳化铬以及碳化钒总质量0.28质量份的酒精和0.02wt%的聚乙二醇4000混磨48小时，卸料、干燥、过筛；在混磨好的粉料中加入SBS成型剂，将加了成型剂的粉料压制成毛胚；将压制成型的毛胚逐步升温，在1400℃的温度下烧结成硬质合金。
实施例4：本实施例的硬质合金所含成分至少包含碳化钨87质量份、钴16质量份、碳化钽0.4质量份、碳化铬0.25质量份、碳化钒0.15质量份。本实施例的硬质合金制造方法包括以下步骤：将碳化钨87质量份、钴16质量份、碳化钽0.4质量份、碳化铬0.25质量份、碳化钒0.15质量份放入球磨机中，加入碳化钨、钴、碳化钽、碳化铬以及碳化钒总质量0.27质量份的酒精混磨56小时，卸料、干燥、过筛；在混磨好的粉料中加入成型剂，将加了成型剂的粉料压制成毛胚；将压制成型的毛胚逐步升温，在1420℃的温度下烧结成硬质合金。
如图1所示安装切削刀具的硬质合金刀杆，它由上述实施例1-4的硬质合金制成，刀杆本体2由硬质合金制成，所述刀杆本体2具有轴向内冷却通孔1，刀杆本体2的一端具有安装切削刀具4的螺纹孔3。
上述实施例安装切削刀具的硬质合金刀杆的制造方法，包括以下步骤：
S1：粉料混合：将碳化钨80～90质量份、钴10～20质量份、碳化钽0.15～0. 5质量份、碳化铬0.2～0.4质量份、碳化钒0.1～0.3质量份放入球磨机中，加入碳化钨、钴、碳化钽、碳化铬以及碳化钒总质量0.25～0.3质量份的酒精，混磨24～72小时，卸料、干燥、过筛；必要时所述混磨过程中还加入碳化钨、钴、碳化钽、碳化铬以及碳化钒总质量0.015wt%～0.025wt%的油酸或聚乙二醇4000；
S2：加成型剂：在混磨好的粉料中加入成型剂；成型剂优选择由油酸2.5质量份、四氢萘15质量份、乙基纤维素82.5质量份组成的成型剂；
S3：压制——将加了成型剂的粉料压制成毛胚；
S4：烧结——将压制成型的毛胚逐步升温，在1360～1450℃的温度下烧结成硬质合金刀杆；
S5：表面处理——对硬质合金刀杆作常规的表面磨光处理；
S6：电火花加工刀杆，烧灼出安装切削刀具的螺纹孔。所述电火花加工刀杆选用铜钨电极，作业时铜钨电极为电火花负极、刀杆为电火花正极；电火花加工刀杆的峰值电流为6～12A，脉宽为50～200us。
测试结果表明：本发明制得的硬合金硬度为82.5～93.5HRA、抗弯强度≥2500N/mm2、密度13.9～14.9g/cm3。
对比测试结果表明：电火花加工过程中，若使用铜电极存在较大的损耗，一般粗加工损耗在50%－80%，精加工损耗在15%－40%。改用铜钨电极，电极损耗下降30%以上，采用铜钨电极的效率也更高。硬质合金电火花加工中调换工件和电极极性，将常用的正极性加工改为负极性加工，电火花电极用负极，可以最大限度减少电极的损耗，提高工件的材料去除率。
硬质合金材料硬度高、熔点高，电火花加工过程中需要采用大的放电能量，加之硬质合金导热率较小，就可能在表面形成比一般金属更大的温度梯度，达到热应力强度极限。热应力的释放形式主要有塑性变形和裂纹。电火花加工硬质合金时，一旦热应力超过强度极限，工件表面便产生裂纹甚至崩角。电火花加工刀杆的峰值电流为6～12A，脉宽为50～200us，一方面达到较高的工作效率，另一方面避免了微裂纹的产生。
显然，本发明不限于以上优选实施方式，还可在本发明权利要求书和说明书限定的精神内，进行多种形式的变换和改进，能解决同样的技术问题，并取得预期的技术效果，故不重述。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接或联想到的所有方案，只要在权利要求限定的精神之内，也属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种硬质合金，其特征在于：硬质合金所含成分至少包含碳化钨80～90质量份、钴10～20质量份、碳化钽0.15～0.5质量份、碳化铬0.2～0.4质量份、碳化钒0.1～0.3质量份。
2.根据权利要求1所述的硬质合金，其特征在于：所述碳化钨是粒度为1.0～1.2μm，总碳含量为6.0%～6.3%，含氧量为0.15%～0.2%的碳化钨粉。
3.一种安装切削刀具的刀杆，由硬质合金制成，至少包括刀杆本体（2），所述刀杆本体（2）的一端具有安装切削刀具（4）的螺纹孔（3），其特征在于：所述硬质合金所含成分至少包含碳化钨80～90质量份、钴10～20质量份、碳化钽0.15～0.5质量份、碳化铬0.2～0.4质量份、碳化钒0.1～0.3质量份。
4.根据权利要求3所述的安装切削刀具的刀杆，其特征在于：所述刀杆本体（2）还具有轴向内冷却通孔（1）。
5.根据权利要求3所述的安装切削刀具的刀杆，其特征在于：所述碳化钨是粒度为1.0～1.2μm，总碳含量6.0%～6.3%，含氧量为0.15%～0.2%的碳化钨粉。
6.一种安装切削刀具的刀杆的制造方法，所述刀杆至少包括刀杆本体，所述刀杆本体的一端具有安装切削刀具的螺纹孔，其特征在于，制造方法包括以下步骤：
S1：粉料混合：将碳化钨80～90质量份、钴10～20质量份、碳化钽0.15～0. 5质量份、碳化铬0.2～0.4质量份、碳化钒0.1～0.3质量份放入球磨机中，加入碳化钨、钴、碳化钽、碳化铬以及碳化钒总质量0.25～0.3质量份的酒精，混磨24～72小时，卸料、干燥、过筛；
S2：加成型剂：在混磨好的粉料中加入成型剂，所述成型剂至少包括油酸2.5质量份、四氢萘15质量份、乙基纤维素82.5质量份；
S3：压制——将加了成型剂的粉料压制成毛胚；
S4：烧结——将压制成型的毛胚在1360～1450℃的温度下烧结成硬质合金刀杆；
S5：表面处理——对硬质合金刀杆作常规的表面磨光处理；
S6：电火花加工刀杆，烧灼出安装切削刀具的螺纹孔。
7.根据权利要求6所述的安装切削刀具的刀杆的制造方法，其特征在于：所述碳化钨是粒度为1.0～1.2μm，总碳含量6.0%～6.3%，含氧量为0.15%～0.2%的碳化钨粉；优选：所述成型剂至少包括油酸2.5质量份、四氢萘15质量份、乙基纤维素82.5质量份。
8.根据权利要求6所述的安装切削刀具的刀杆的制造方法，其特征在于：所述混磨过程中还加入碳化钨、钴、碳化钽、碳化铬以及碳化钒总质量0.015wt%～0.025wt%的油酸或聚乙二醇4000。
9.根据权利要求6所述的安装切削刀具的刀杆的制造方法，其特征在于：所述电火花加工刀杆选用铜钨电极，作业时铜钨电极为电火花负极、刀杆为电火花正极。
10.根据权利要求6所述的安装切削刀具的刀杆的制造方法，其特征在于：所述电火花加工刀杆的峰值电流为6～12A，脉宽为50～200us。
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