[發明專利]一種用于火車輪轂加工的涂層刀具的制備方法

有效

• 申請號: 201611144712.6
• 申請日: 2016-12-13
• 公開（公告）號: CN106583731B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 李克林
• 申請（專利權）人: 成都邦普切削刀具股份有限公司
• 主分類號: B22F3/14
• 分類號: B22F3/14;C23C16/40;C23C16/56;B22F1/00
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙)51229
• 代理人: 李蕊

技術領域

本發明屬于機械切削刀具制造技術領域，具體涉及一種用于火車輪轂加工的涂層刀具的制備方法。

背景技術

高速鐵路的開建和營運為國家經濟的發展做出了突出貢獻，對火車輪轂的要求也與日俱增，這不僅僅體現在輪轂數量方面，更體現在高精度、高強度、高耐磨性及可修復的高壽命方面，這類輪轂材質由于加入了合金元素(如V)且采用干式高速切削，加工余量大，刀具的消耗也較大。

針對高強度合金鋼輪轂的特點，先進制造廠家率先采用數控仿形刀具進行加工，取得了較好的加工表面光潔度效果。隨著機床制造業的發展，數字化、柔性化已融入CNC機床，切削刀具也向著高強度、高耐磨性、高紅硬性的數控涂層刀具發展，加工高強度合金鋼輪轂的數控刀具也就應運而生。

加工火車輪轂的硬質合金刀具主要為高精度的數控涂層刀具，它是由具有梯度富鈷結構的P類硬質合金作為涂層基體，結合TiN、AL₂O₃、MT-TiCN的化學涂層(CVD)組成，適用于輪轂的精加工到半精加工的范圍。

火車輪轂鋼的材質是含碳量從0.60％至1.70％高碳鋼，由于可以淬硬和回火，其金相組織、機械性能和金屬利用率等方面均優于鑄造車輪。在進行仿形車削加工輪轂鋼時會產生較大的切削力和較高的切削溫度，刀具主要的失效形式有在切削力和切削溫度作用下導致的刃口塑性變形，也有高溫下工件材料與刀具材料粘結導致的粘結磨損、擴散磨損和氧化磨損，表現形式有崩刃、碎裂、剝落、裂紋破損等。為此，刀片應當具有更高的韌性、高溫強度和高溫硬度。

當前，表面粘結相富集的涂層基體結合MT-CVD(中溫化學氣相沉積)技術的涂層刀具廣泛地應用于碳鋼、合金鋼的加工中。這類涂層刀具由于“具有有效阻止裂紋擴展的粘結相富集的基體、對基體影響較小的MT-CVD(沉積溫度相對較低)、有效地提高刀片耐磨性的含α-AL₂O₃的復合涂層”的特點，刀具的壽命得到有效地提高。

在刀具基體的制備方面，制造含有WC、立方相和粘結相富集表面區的硬質合金屬于梯度燒結技術，有專利文獻已經公開了粘結相含量梯度變化的硬質合金基體及其制備方法，可以獲得基本上不具有立方相的粘結相富集表面區，但在實際應用中不同程度地會出現刃口塑性變形和抗磨損能力差的現象。

在刀具涂層的制備方面，采用MT-CVD方法在切削刀片基體上沉積鈦的氮化物、碳化物、碳氮化物以及氧化鋁，這在現有的很多專利文獻中已經有描述。但現CVD涂層刀片普遍采用TiN++TiCN+α-AL₂O₃+TiCN+TiN的MTCVD復合結構，該復合結構雖具有一定的通用性，但也限制了其在某些特殊領域(例如輪轂鋼車削)的應用。

綜上所述，針對火車輪轂鋼的加工有必要對刀具基體和涂層進行必要的優化，以適應其加工條件有效提升刀具壽命。

發明內容

針對現有技術中的上述不足，本發明提供了一種用于火車輪轂加工的涂層刀具的制備方法，可有效解決現有技術中涂層刀具無法用于火車輪轂加工的問題。

一種用于火車輪轂加工的涂層刀具的制備方法，包括以下步驟：

(1)制備硬質合金基體

將WC粉、Co粉和MC_xN_y粉(多元固溶化合物)以重量比為81-87:6-10:7-9混合，置于無水乙醇中進行球磨，球磨48-72h，然后過濾，采用噴霧干燥器進行霧化干燥，制粒；其中M為ⅣB、ⅤB、ⅥB族元素中的4種或四種以上；M、C和N的質量比為83-89:8-12:3-5；x＝0.7-0.75，y＝1-x；無水乙醇與混合粉末的體積質量比為320-360mL/kg；

(2)制備涂層基體

將步驟(1)制得的硬質合金基體壓制成型后置于燒結爐中，利用依次梯度加壓燒結技術進行操作，即爐內溫度以2-5℃/min的速度從室溫升至370℃，保溫120-180min，爐內壓力≤1000Pa，保溫結束后，繼續以2-5℃/min的速度將溫度升至450℃，保溫180-240min，爐內壓力≤2000Pa，保溫結束后，以3-6℃/min的速度將溫度升至1350℃，保溫60-90min，爐內壓力為30-100Pa，保溫結束后，再以3-6℃/min的速度將溫度升至1460℃，保溫60-120min，同時充入惰性氣體，使爐內壓力保持5-6Pa，保溫結束后將其冷卻至室溫，得涂層基體；

(3)涂層刀具的制備