專利名稱：工具鋼刀片表面強化制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)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制備方法。
背景技術(shù)：
目前，我國的數(shù)控技術(shù)加工設備的研制越來越趨向成熟階段，然而相對數(shù)控機床設備的發(fā)展，我國的數(shù)控機床刀具的發(fā)展相對落后，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(nèi)生產(chǎn)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(xiàn)象時常發(fā)生，隨著刀具經(jīng)常性的蹦刃或磨損，其刀具質(zhì)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(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展。目前在造船業(yè)、汽車制造業(yè)、飛機飛船制造業(yè)、鐵路運輸業(yè)等領域使用的材料很多為難加工材料，其對刀具磨損較大，基于這種情況，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涂層法，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；涂層方法也有多種，有微弧氧化、激光熔覆等，這些方法存在涂層與母材結(jié)合是否牢固問題，在難加工材料加工時，或多或少涂層與刀具母材都會發(fā)生脫落，這不利于刀具的使用。而傳統(tǒng)的刀具主要選用工具鋼加工而成，有的甚至都不經(jīng)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(jīng)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，沖擊大的地方，刀片使用壽命還是較低。還有些要求較高的刀片，主要采用鎢錸合金刀具材料，但這種刀具加工工藝較復雜，成本高，很顯然不能得到廣泛應用。作為機加工制造行業(yè)，刀具是不可缺少的工具，實際生產(chǎn)過程中，既要求刀具質(zhì)量好，又要求其成本相對較低，這就成了當今刀具制造業(yè)所面臨的一個急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(fā)明一種能有效提高刀具使用壽命的工具鋼刀片表面強化制備方法。。本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種工具鋼刀片表面強化制備方法，其特征是它包括以下步驟
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范圍內(nèi)，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度后，放入鹽浴爐中進行熱處理，并在鹽浴爐中加入氧化鈰，并不斷攪拌鹽浴，控制氧化鈰的加入量為洲一5%的質(zhì)量比，并使鹽浴的溫度在56(T60(TC之間，保溫2-4小時后取出；最后，將經(jīng)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分鐘后隨爐冷卻至室溫即可。本發(fā)明還可用油浴爐代替氧化爐或在經(jīng)過氧化爐保溫后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(jié)束后取出空冷至室溫。本發(fā)明的有益效果
本發(fā)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，刀具制造方便，其工藝適宜大批量生產(chǎn)，這大大降低了刀具生產(chǎn)成本。


圖1是與本發(fā)明相配的成套制備設備的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。如圖1所示。一種工具鋼刀片表面強化制備方法，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，然后打開噴嘴，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(zhuǎn)或使刀片豎直放置，然后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，然后緩慢加熱真空爐，加熱溫度最終控制在120(Tl40(rC范圍內(nèi)，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，然后放入鹽浴爐中，加熱鹽浴爐，使其溫度控制在56(T60(TC范圍，保溫時間2、小時，取出后放入氧化爐氧化，控制氧化爐的溫度在320 380度之間，保溫15 30分鐘后隨爐冷卻。在進行鹽浴共滲時在鹽浴中加入了氧化鈰，氧化鈰含量占總鹽浴配料的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(jīng)過氧化爐保溫后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(jié)束后取出空冷至室溫即可。圖1是制備本發(fā)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(gòu)3、修復機構(gòu)4和控制裝置5，各部分之間的周轉(zhuǎn)主要依靠皮帶運輸機構(gòu)加以實現(xiàn)，如圖1所示，將刀具放在真空爐體1中滲入鈷元素，然后冷卻后通過皮帶運輸結(jié)構(gòu)3放入鹽浴共滲爐體2中進行鹽浴共滲，經(jīng)冷卻后送到修復機構(gòu)4中皮帶運輸機上的工作臺進行檢驗修復，整個過程采用自動化控制，其控制部分主要由控制系統(tǒng)5完成。其中真空爐體 1主要用于在刀片表面滲入鈷元素，真空爐的真空度不小于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，然后通過加熱絲1-6加熱真空爐1-10，氧化鈷滲透結(jié)束后，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主要用于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占總鹽浴配料的質(zhì)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(zhuǎn)軸組成，當?shù)镀?-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后再通過取料機械手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后，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，待冷卻后將刀片 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上的工作臺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(zhuǎn)軸2_6連接成一個能整體同步轉(zhuǎn)動的結(jié)構(gòu)；皮帶運輸機構(gòu)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(zhuǎn)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(gòu)4主要由第四滾筒4-1、工作臺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送到工作臺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，將工作臺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?？刂蒲b置5主要由控制器5-1、電腦5-2和數(shù)據(jù)線5-3組成，它全部可以采用現(xiàn)有的常規(guī)控制技術(shù)加以實現(xiàn)，控制器5-1通過數(shù)據(jù)線5-3控制各執(zhí)行部件的動作，并通過電腦5-2實時顯示。效果例1
選用20mm厚度的TC4材料，分別用常規(guī)方法、鹽浴共滲方法和本發(fā)明方法設計制造的工具鋼刀片加工，常規(guī)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(fā)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(guī)方法、鹽浴共滲方法和本發(fā)明方法設計制造的工具鋼刀片加工，常規(guī)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(fā)明方法加工的刀片加工的表面粗糙度平均為RaO. 5。本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種工具鋼刀片表面強化制備方法，其特征是它包括以下步驟 一種工具鋼刀片表面強化制備方法，其特征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范圍內(nèi)，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度后，放入鹽浴爐中進行熱處理，并在鹽浴爐中加入氧化鈰，并不斷攪拌鹽浴，控制氧化鈰的加入量為洲 5%的質(zhì)量比，并使鹽浴的溫度在56(T60(TC之間，保溫2 4小時后取出；最后，將經(jīng)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分鐘后隨爐冷卻至室溫即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工具鋼刀片表面強化制備方法，其特征是用油浴爐代替氧化爐或在經(jīng)過氧化爐保溫后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(jié)束后取出空冷至室溫。
全文摘要
一種工具鋼刀片表面強化制備方法，其特征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℃范圍內(nèi)，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度后，放入鹽浴爐中進行熱處理，并在鹽浴爐中加入氧化鈰，并不斷攪拌鹽浴，控制氧化鈰的加入量為2%-5%的質(zhì)量比，并使鹽浴的溫度在560~600℃之間，保溫2-4小時后取出；最后，將經(jīng)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分鐘后隨爐冷卻至室溫即可。本發(fā)明的刀片具有使用壽命長，生產(chǎn)成本低的優(yōu)點，能實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)，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(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者修磊, 方淼暉, 段杏林, 汪建利, 汪洪峰 申請人:黃山學院