CN109663911A - 一种硬质合金三刃刀具烧结成形一体化模具及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种硬质合金三刃刀具烧结成形一体化模具及制备方法，本发明属于硬质合金刀具的制备领域,本发明为解决现有硬质合金刀具的制备方法生产流程多、生产成本高、生产周期长和生产效率低的问题，本设计方法主要采用真空放电等离子烧结的方法直接将硬质合金预合金粉末在复杂模具中烧结成形，待烧结成形后用线切割加工技术对其进行切割，从而得到所需的硬质合金三刃刀具,本发明主要用于较复杂型面的硬质合金三刃刀具短流程烧结成形的制备。
Description
技术领域
本发明属于硬质合金刀具的制备领域，特别是涉及一种硬质合金三刃刀具烧结成形一体化模具及制备方法。
背景技术
镀锌钢板是表面有热浸镀或电镀锌层的焊接钢板，因其良好的耐腐蚀性而广泛用于建筑、家电、车船、容器制造业、机电业等。镀锌钢板在进行电阻点焊时，镀锌层通常会渗入铜电极帽中，并在表面形成一种铜锌合金层，造成电极端面直径的增大，从而导致焊接质量的大幅下降。目前业界通常采用硬质合金刀具对铜电极帽进行及时的修磨，同时为了提高铜电极帽的修磨效率，硬质合金修磨刀具一般被设计成具有复杂型面的三刃结构。
目前硬质合金刀具的制备方法通常包括配料、球磨、干燥、擦筛、压坯、烧结等多种工艺流程，导致生产成本高，生产周期长，生产效率低。同时，由于硬质合金较高的烧结温度，对烧结设备提出了更为严苛的要求。特别是在真空热压烧结过程中，由于烧结温度通常由加热丝或加热棒来提供，导致硬质合金粉末长时间暴露在高温下，引起合金内部晶粒的快速长大，粗大的晶粒会严重影响硬质合金刀具的机械性能，大幅降低硬质合金刀具的硬度及韧性。对于具有复杂型面、高致密度的硬质合金刀具，通常是采用压坯成型和固化烧结的方法，但是固化过程中，金属粉末体积会因为致密化程度的提高而收缩，影响烧结产品的尺寸精度，且成型剂不易完全脱离，影响硬质合金刀具烧结质量；此外，还可以对硬质合金棒料进行切割和研磨，但会造成硬质合金原料的极大浪费，进一步增加生产成本。因此，对于提高硬质合金刀具的生产效率，降低生产成本，提升产品质量，特别是具有复杂型面的硬质合金三刃刀具，如何实现高质量的近净成型制备工艺，是一个急需解决的技术难题。
发明内容
本发明为解决现有硬质合金三刃刀具的制备方法生产流程多、生产成本高、生产周期长和生产效率低的问题。进而提出一种硬质合金三刃刀具烧结成形一体化模具及制备方法。
本发明的一种硬质合金三刃刀具烧结成形一体化模具及制备方法，其主要采取的技术方案：
一种硬质合金三刃刀具的烧结模具，包括烧结模具上压头、烧结模具下压头、三个烧结模具分瓣模和高强石墨加强套，高强石墨加强套上设有红外测温孔，烧结模具上压头为圆柱体，在烧结模具上压头的下端面设有一个凸起一，凸起一的横截面与待加工硬质合金三刃刀具坯料的横截面形状一致，烧结模具下压头为圆柱体，在烧结模具下压头的上端面设有一个凸起二，凸起二的横截面与待加工硬质合金三刃刀具坯料的横截面形状一致，每个烧结模具分瓣模的上部设置在烧结模具上压头的一个凹陷部中，每个烧结模具分瓣模的下部设置在烧结模具下压头的凹陷部中，高强石墨加强套套装在三个烧结模具分瓣模外部，烧结模具上压头作为模具的凸模，烧结模具下压头与三个烧结模具分瓣模组成的型腔作为模具的凹模。
通过上述的烧结模具提供的一种硬质合金三刃刀具烧结成形一体化模具及制备方法：
步骤一：根据硬质合金密度及成形刀具的体积，通过密度公式计算出相应硬质合金粉末的重量，量取硬质合金预合金粉末的质量要超过成形刀具的质量；
步骤二：选择制备设备，包括放电等离子烧结真空炉、液压机、红外测温仪、扩散泵及机械泵；
步骤三：将量取的硬质合金预合金粉末倒入烧结模具下压头和三个烧结模具分瓣模组成的型腔中后，将烧结模具上压头安放在三个烧结模具分瓣模中间，将硬质合金预合金粉末压实；
步骤四：将装有硬质合金粉末的模具放入放电等离子烧结真空炉内的高强石墨上垫块和高强石墨下垫块中间，开启红外测温仪，调整高强石墨下垫块的高度及烧结模具红外测温孔的角度，使红外线通过烧结模具红外测温孔直接测量烧结模具分瓣模的实时温度，而后打开液压机，下移液压机上压头，使上电极、高强石墨上垫块、烧结模具上压头、硬质合金预合金粉末、烧结模具分瓣模、烧结模具下压头、高强石墨下垫块及下电极紧密相连，但不施加压力；
步骤五：关闭放电等离子烧结真空炉的门，开启机械泵，待炉内真空度低于1Pa时，关闭电阻规管，开启电离规管测量高真空状态的真空度，开启扩散泵，使炉内真空度达到5×10-3Pa时，满足放电等离子烧结的要求；
步骤六：开启红外测温仪，开启液压机，根据烧结模具可使用的最高强度，调节油缸比例阀，对烧结模具上压头施加正压力以压紧烧结粉末，并保证在烧结过程中持续施加正压力；
步骤七：开启直流脉冲电源，逐步增加电源输出的电流值，同时通过红外测温仪观察烧结刀具的实时温度，待硬质合金刀具坯料的温度达到1200℃-1400℃后，保温，而后均匀减小电流值直至没有电流后，关闭电源；
步骤八：待烧结模具的温度降至室温后，关闭真空扩散泵及机械泵，打开放气阀使炉内真空度与大气压相同，取出硬质合金刀具坯料；
步骤九：采用电火花线切割的方法对硬质合金刀具坯料进行精加工，而后根据使用要求打磨硬质合金刀具表面。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
一、本发明的制备方法可以直接将硬质合金预合金粉在复杂型面模具中烧结成硬质合金三刃刀具，大幅缩短硬质合金三刃刀具制备的工艺流程；
二、本发明的制备方法整个烧结时间仅是传统热压烧结的4％左右，高温保压时间仅是传统热压烧结的7％，减少了硬质合金刀具的生产周期，提高了生产效率；
三、本发明的制备方法可以使加工成形后硬质合金三刃刀具硬度提高100％，提高了硬质合金三刃刀具的使用性能。
附图说明
图1为硬质合金复杂型面三刃刀具等轴测绘图；
图2为硬质合金复杂型面三刃刀具烧结成形一体化制备方法示意图；
图3为复杂型面烧结模具与硬质合金三刃刀具相对位置关系示意图；
图4为复杂型面烧结模具上压头形状示意图；
图5为复杂型面烧结模具分瓣模形状示意图；
图6为复杂型面烧结模具下压头形状示意图；
图7为烧结成型后硬质合金刀具的显微组织图。
图中：1液压机上压头；2上电极；3烧结模具上压头；4硬质合金刀具坯料；5烧结模具测温孔；6红外测温仪；7下电极；8放电等离子烧结真空炉；9高强石墨上垫块；10高强石墨加强套；11烧结模具下压头；12高强石墨下垫块；13液压机下压头和14烧结模具分瓣模。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图2说明，本实施方式所述的一种硬质合金三刃刀具的烧结模具包括烧结模具上压头3、烧结模具下压头11、三个烧结模具分瓣模14和高强石墨加强套10，高强石墨加强套10上设有红外测温孔5，烧结模具上压头3为圆柱体，在烧结模具上压头3的下端面设有一个凸起一，凸起一的横截面与待加工硬质合金三刃刀具坯料的横截面形状一致，烧结模具下压头11为圆柱体，在烧结模具下压头11的上端面设有一个凸起二，凸起二的横截面与待加工硬质合金三刃刀具坯料的横截面形状一致，每个烧结模具分瓣模14的上部设置在烧结模具上压头3的一个凹陷部中，每个烧结模具分瓣模14的下部设置在烧结模具下压头11的凹陷部中，高强石墨加强套10套装在三个烧结模具分瓣模14外部，烧结模具上压头3作为模具的凸模，烧结模具下压头11与三个烧结模具分瓣模14组成的型腔作为模具的凹模。
具体实施方式二：结合图1至6说明本实施方式，本实施方式所述的烧结模具提供的一种硬质合金三刃刀具烧结成形一体化制备方法的实现过程为：
步骤一：根据硬质合金密度及成形刀具的体积，通过密度公式计算出相应硬质合金预合金粉末的重量，量取硬质合金预合金粉末的质量要超过成形刀具的质量；
步骤二：选择制备设备，包括放电等离子烧结真空炉8、液压机、红外测温仪6、扩散泵及机械泵；
步骤三：将量取的硬质合金预合金粉末倒入由烧结模具下压头11和三个烧结模具分瓣模14组成的型腔中后，将烧结模具上压头3安放在三个烧结模具分瓣模14中间，将硬质合金预合金粉末压实；
步骤四：将装有硬质合金粉末的模具放入放电等离子烧结真空炉8内的高强石墨上垫块9和高强石墨下垫块12中间，开启红外测温仪6，调整高强石墨下垫块12的高度及烧结模具红外测温孔5的角度，使红外线通过烧结模具红外测温孔5直接测量烧结模具分瓣模14的实时温度，而后打开液压机，下移液压机上压头1，使上电极2、高强石墨上垫块9、烧结模具上压头3、硬质合金预合金粉末、烧结模具分瓣模14、烧结模具下压头11、高强石墨下垫块12及下电极7紧密相连，但不施加压力；
步骤五：关闭放电等离子烧结真空炉8的门，开启机械泵，待炉内真空度低于1Pa时，关闭电阻规管，开启电离规管测量高真空状态的真空度，开启扩散泵，使炉内真空度达到5×10-3Pa时，满足放电等离子烧结的要求；
步骤六：开启红外测温仪6，开启液压机，根据烧结模具可使用的最高强度，调节油缸比例阀至安全压力下，对烧结模具上压头3施加正压力以压紧烧结粉末，并保证在烧结过程中持续施加正压力；
步骤七：开启直流脉冲电源，逐步增加电源输出的电流值，同时通过红外测温仪6观察烧结刀具的实时温度，待硬质合金刀具坯料4的温度达到1200℃-1400℃后，保温，而后均匀减小电流值直至没有电流后，关闭电源；
步骤八：待烧结模具的温度降至室温后，关闭真空扩散泵及机械泵，打开放气阀使炉内真空度与大气压相同，取出硬质合金刀具坯料4；
步骤九：采用电火花线切割的方法对硬质合金刀具坯料4进行精加工，而后根据使用要求打磨硬质合金刀具表面。
具体实施方式三：本实施方式在步骤一中所述的量取硬质合金预合金粉末的质量为刀具质量的120％，其他未公开技术及步骤与具体实施方式二相同。
如此设置可以有效避免在加工过程中因硬质合金预合金粉末的损耗而导致最终成品的质量不佳的问题。
具体实施方式四：本实施方式在步骤六中所述的烧结模具上压头3施加正压力以压紧烧结粉末中的正压力为50MPa-110MPa，其他未公开技术及步骤与具体实施方式二相同。
具体实施方式五：本实施方式在步骤六中所述的烧结过程中持续施正压力为50MPa-110MPa，其他未公开技术及步骤与具体实施方式二相同。
具体实施方式六：本实施方式在步骤六中所述的烧结过程中持续施加正压力为80MPa。其他未公开技术及步骤与具体实施方式二相同。
具体实施方式七，本实施方式在步骤七中所述的待硬质合金三刃刀具的温度达到1350℃后，保温的时间为3min-9min，其他未公开技术及步骤与具体实施方式二相同。
具体实施方式八，本实施方式在步骤九中所述的电火花线切割的方法对硬质合金刀具坯料4进行精加工中的电火花加工设备为慢走丝电火花加工设备，其他未公开技术及步骤与具体实施方式二相同。
在电火花加工中，慢走丝设备相比快走丝设备加工的更为细致，用慢走丝设备加工刀具，刀具表面质量会更好。
实施例
本实施例提供一种硬质合金三刃刀具烧结成形一体化制备方法，具体是按照以下步骤进行的：
步骤一：根据硬质合金密度及成形刀具的体积，通过密度公式计算出硬质合金预合金粉末的重量为15g，量取硬质合金预合金粉末的质量为18g；
步骤二：选择制备设备，包括放电等离子烧结真空炉8、液压机、红外测温系统、扩散泵及机械泵；
步骤三：将量取的硬质合金预合金粉末倒入由烧结模具下压头11和三个烧结模具分瓣模14组成的型腔中后，将烧结模具上压头3安放在三个烧结模具分瓣模14中间，将硬质合金预合金粉末压实；
步骤四：将装有硬质合金粉末的模具放入等离子烧结真空炉8内的高强石墨上垫块9和高强石墨下垫块12中间，开启红外测温仪6，调整高强石墨下垫块12的高度及烧结模具红外测温孔5的角度，使红外线通过烧结模具红外测温孔5直接测量烧结模具分瓣模14的实时温度，而后打开液压机，下移液压机上压头1，使上电极2、高强石墨上垫块9、烧结模具上压头3、硬质合金预合金粉末、烧结模具分瓣模14、烧结模具下压头11、高强石墨下垫块12及下电极7紧密相连，但不施加压力；
步骤五：关闭放电等离子烧结真空炉8的门，开启机械泵，待炉内真空度在0.9Pa时，关闭电阻规管，开启电离规管测量高真空状态的真空度，开启扩散泵(提前需要预热50min)，使炉内真空度达到5×10-3Pa时，满足放电等离子烧结的要求；
步骤六：开启红外测温仪6，开启液压机，根据烧结模具可使用的最高强度，调节油缸比例阀，对烧结模具上压头3施加80MPa的正压力以压紧烧结粉末，并保证在烧结过程中持续施加80MPa正压力；
步骤七：开启直流脉冲电源，逐步增加电源输出的电流值，同时通过红外测温仪6观察烧结刀具的实时温度，待硬质合金刀具坯料4的温度达到1350℃后，保温，而后均匀减小电流值直至没有电流后，关闭电源；
步骤八：待烧结模具的温度降至室温后，关闭真空扩散泵及机械泵，打开放气阀使炉内真空度与大气压相同，取出硬质合金刀具坯料4；
步骤九：采用慢走丝电火花线切割的方法对硬质合金刀具坯料4进行精加工，而后根据使用要求打磨硬质合金刀具表面。
本实施例制备的硬质合金三刃刀具，硬质合金原材料的高温保压时间减小了93％，整体烧结时间减少了96％，刀具的硬度提高了100％，可以适用于所需要的机械加工中。
本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。
Claims (8)
1.一种硬质合金三刃刀具的烧结模具，其特征在于：它包括烧结模具上压头(3)、烧结模具下压头(11)、三个烧结模具分瓣模(14)和高强石墨加强套(10)，高强石墨加强套(10)上设有红外测温孔(5)，烧结模具上压头(3)为圆柱体，在烧结模具上压头(3)的下端面设有一个凸起一，凸起一的横截面与待加工硬质合金三刃刀具坯料的横截面形状一致，烧结模具下压头(11)为圆柱体，在烧结模具下压头(11)的上端面设有一个凸起二，凸起二的横截面与待加工硬质合金三刃刀具坯料的横截面形状一致，每个烧结模具分瓣模(14)的上部设置在烧结模具上压头(3)的一个凹陷部中，每个烧结模具分瓣模(14)的下部设置在烧结模具下压头(11)的凹陷部中，高强石墨加强套(10)套装在三个烧结模具分瓣模(14)外部，烧结模具上压头(3)作为模具的凸模，烧结模具下压头(11)与三个烧结模具分瓣模(14)组成的型腔作为模具的凹模。
2.一种利用权利要求1中所述的烧结模具的硬质合金三刃刀具烧结成形一体化制备方法，其特征在于：
步骤一：根据硬质合金密度及成形刀具的体积，通过密度公式计算出相应硬质合金预合金粉末的重量，量取硬质合金预合金粉末的质量要超过成形刀具的质量；
步骤二：选择制备设备，包括放电等离子烧结真空炉(8)、液压机、红外测温仪(6)、扩散泵及机械泵；
步骤三：将量取的硬质合金预合金粉末倒入烧结模具下压头(11)和三个烧结模具分瓣模(14)组成的型腔中后，将烧结模具上压头(3)安放在三个烧结模具分瓣模(14)中间，将硬质合金预合金粉末压实；
步骤四：将装有硬质合金预合金粉末的模具放入放电等离子烧结真空炉(8)内的高强石墨上垫块(9)和高强石墨下垫块(12)中间，开启红外测温仪(6)，调整高强石墨下垫块(12)的高度及烧结模具红外测温孔(5)的角度，使红外线通过烧结模具红外测温孔(5)直接测量烧结模具分瓣模(14)的实时温度，而后打开液压机，下移液压机上压头(1)，使上电极(2)、高强石墨上垫块(9)、烧结模具上压头(3)、烧结模具分瓣模(14)、硬质合金预合金粉末、烧结模具下压头(11)、高强石墨下垫块(12)及下电极(7)紧密相连；
步骤五：关闭放电等离子烧结真空炉(8)的门，开启机械泵，待炉内真空度低于1Pa时，关闭电阻规管，开启电离规管测量高真空状态的真空度，开启扩散泵，使炉内真空度达到5×10-3Pa时；
步骤六：开启红外测温仪(6)，开启液压机，根据烧结模具可使用的最高强度，调节油缸比例阀至安全压力下，对烧结模具上压头(3)施加正压力以压紧烧结粉末，并保证在烧结过程中持续施加正压力；
步骤七：开启直流脉冲电源，逐步增加电源输出的电流值，同时通过红外测温仪(6)观察烧结刀具的实时温度，待硬质合金刀具坯料(4)的温度达到1200℃-1400℃后，保温，而后均匀减小电流值直至没有电流后，关闭电源；
步骤八：待烧结模具的温度降至室温后，关闭真空扩散泵及机械泵，打开放气阀使炉内真空度与大气压相同，取出硬质合金刀具坯料(4)；
步骤九：采用电火花线切割的方法对烧结模具进行精加工，而后根据使用要求打磨硬质合金刀具表面。
3.根据权利要求2中所述的一种硬质合金三刃刀具烧结成形一体化制备方法，其特征在于：步骤一中所述的量取硬质合金预合金粉末的质量为刀具质量的120％。
4.根据权利要求3中所述的一种硬质合金三刃刀具烧结成形一体化制备方法，其特征在于：步骤六中所述的烧结模具上压头(3)施加正压力以压紧烧结粉末中的正压力为50MPa-110MPa。
5.根据权利要求4中所述的一种硬质合金三刃刀具烧结成形一体化制备方法，其特征在于：步骤六中所述的烧结过程中持续施加正压力为50MPa-110MPa。
6.根据权利要求5中所述的一种硬质合金三刃刀具烧结成形一体化制备方法，其特征在于：步骤六中所述的烧结过程中持续施加正压力为80MPa。
7.根据权利要求6中所述的一种硬质合金三刃刀具烧结成形一体化制备方法，其特征在于：步骤七中所述的待硬质合金刀具坯料(4)的温度达到1350℃后，保温的时间为3min-9min。
8.根据权利要求7中所述的一种硬质合金三刃刀具烧结成形一体化制备方法，其特征在于：步骤九中所述的电火花线切割的方法对硬质合金刀具坯料(4)进行精加工中的电火花加工设备为慢走丝电火花加工设备。
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