[發(fā)明專(zhuān)利]脈沖磁場(chǎng)多位向批量再制造高性能刀具的生產(chǎn)線(xiàn)及其方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010087162.9
• 申請(qǐng)日: 2020-02-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111074062A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉劍;費(fèi)翰霖;陳喆;張琳
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C21D10/00
• 分類(lèi)號(hào): C21D10/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提供了一種在保證刀具（高速鋼、硬質(zhì)合金、涂層刀具、立方氮化硼、金剛石刀具等）外形尺寸不發(fā)生變化的情況下批量地顯著提高刀具切削性能和服役壽命的脈沖磁場(chǎng)再制造生產(chǎn)線(xiàn)及方法。該生產(chǎn)線(xiàn)由以下幾個(gè)模塊構(gòu)成：磁場(chǎng)發(fā)生器（雙扼結(jié)構(gòu)，包括動(dòng)鐵芯、固定鐵芯、線(xiàn)圈），脈沖電源（產(chǎn)生可控交變磁場(chǎng)）、機(jī)器人手臂、傳送帶，數(shù)字磁場(chǎng)控制平臺(tái)（控制系統(tǒng)和智能軟件）、退磁模塊、冷卻循環(huán)系統(tǒng)（冷卻水箱、泵）。該生產(chǎn)線(xiàn)涉及到將批量刀具置于脈沖磁場(chǎng)作用區(qū)域，通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖磁場(chǎng)頻率、強(qiáng)度大小以及刀具與磁場(chǎng)的相對(duì)位向，快速調(diào)控其缺陷和元素的密度和分布，再制造刀具組織，改善其切削性能，延長(zhǎng)刀具服役壽命從而降低生產(chǎn)成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于工業(yè)零部件改性技術(shù)領(lǐng)域，涉及金屬切削刀具再制造的生產(chǎn)線(xiàn)及方法。本發(fā)明涉及一種利用脈沖磁場(chǎng)多位向批量快速再制造刀具的方法和生產(chǎn)線(xiàn)，具體涉及到脈沖磁場(chǎng)對(duì)刀具（金屬、陶瓷、涂層刀具、立方氮化硼、金剛石刀具）缺陷的密度和分布、合金元素的擴(kuò)散及分布、應(yīng)力方向及大小的改變以及再制造刀具的裝備和生產(chǎn)線(xiàn)。

背景技術(shù)

刀具是工業(yè)的“牙齒”，在機(jī)械加工制造領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。刀具的切削性能和切削壽命直接影響著在裝備制造、精密儀器、電子信息等領(lǐng)域的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益。提高刀具切削性能，降低刀具的切削成本，延長(zhǎng)刀具服役壽命，保證刀具的切削精度是刀具發(fā)展的主要趨勢(shì)。

目前不同的制造工業(yè)領(lǐng)域?qū)Φ毒叩男阅芏加刑囟ǖ囊蟆鹘y(tǒng)的高速鋼、碳化鎢/鈷硬質(zhì)合金刀具主要用于粗精或者半精加工，且高速鋼和硬質(zhì)合金的缺陷的密度和分布與其加工性能和服役壽命密切相關(guān)；對(duì)于加工精度要求高或加工難度大的領(lǐng)域，涂層刀具、立方氮化硼、金剛石刀具的應(yīng)用更為廣泛。對(duì)于涂層刀具，涂層與基體的接合情況對(duì)涂層刀具的切削性能影響顯著，而涂層與基體的結(jié)合情況與合金元素在界面的梯度分布密切相關(guān)。目前通過(guò)氣相沉積法獲得的涂層與刀具基體形成的界面上，合金元素主要分布在界面兩側(cè)，在界面處沒(méi)有形成較好的連續(xù)梯度分布，因此界面結(jié)合相對(duì)較弱；對(duì)于立方氮化硼和金剛石刀具，由于兩種刀具材料結(jié)構(gòu)都是鍵能較高的共價(jià)鍵，在制備的過(guò)程中都經(jīng)過(guò)了高溫高壓的合成，內(nèi)部存在位錯(cuò)、層錯(cuò)、納米欒晶、空位等缺陷，缺陷的數(shù)量、種類(lèi)、分布對(duì)兩種刀具的切削性能影響尤其顯著，而傳統(tǒng)的合成手段和熱處理方法由于都是對(duì)整體刀具的長(zhǎng)時(shí)間處理，難以有效控制刀具（特別是刀刃）的缺陷的形成和演變。

磁場(chǎng)快速再制造技術(shù)是利用脈沖磁場(chǎng)在短時(shí)間內(nèi)在原子尺度上使零部件內(nèi)部的原子、分子的排列、匹配、遷移等行為發(fā)生變化，改變零部件內(nèi)部缺陷密度及分布，在微觀和宏觀上反應(yīng)為零部件組織和性能的變化。且由于加載的脈沖磁場(chǎng)具有較高的頻率，其對(duì)零部件產(chǎn)生的作用具有“趨膚效應(yīng)”，也就是脈沖磁場(chǎng)的影響效果主要聚焦在零部件的近表面區(qū)域，其改性效果具有表面和局部特征，因此相對(duì)于對(duì)零部件整體改性的傳統(tǒng)的熱處理，磁場(chǎng)快速再制造技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)零部件局部區(qū)域原子尺度的缺陷調(diào)控。且脈沖磁場(chǎng)對(duì)零部件的作用具有方向性，可根據(jù)需求定向調(diào)控原子運(yùn)動(dòng)及缺陷的數(shù)量和分布，定向再制造零部件性能。對(duì)于刀具體系，脈沖磁場(chǎng)的引入激活刀具（特別是刀刃）原子的運(yùn)動(dòng)，改變了位錯(cuò)、層錯(cuò)、納米欒晶、空位等缺陷的密度和分布，進(jìn)而提升刀具的切削效果和服役壽命，且改變刀具與脈沖磁場(chǎng)的相對(duì)位向可以定向改變刀具的切削性能。

脈沖磁場(chǎng)快速再制造技術(shù)是制造領(lǐng)域的新興技術(shù)，與其他新型的外場(chǎng)技術(shù)，如脈沖電場(chǎng)處理技術(shù)相比，其主要優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)在于：脈沖磁場(chǎng)快速再制造技術(shù)在處理零部件時(shí)，磁極與零部件屬于非直接接觸，不需要另外特殊設(shè)計(jì)接觸夾頭磁極；而在脈沖電場(chǎng)處理過(guò)程中，由于需要形成電流回路，零部件與電極需要直接接觸，因此，根據(jù)不同的零部件形狀，需要設(shè)計(jì)不同的電極夾頭。但是，夾頭與零部件的接觸面在電流通過(guò)時(shí)，會(huì)由于接觸電阻相對(duì)較大造成過(guò)熱的現(xiàn)象，從而造成零部件的變形。總體看來(lái)，利用脈沖磁場(chǎng)再制造刀具能夠提高刀具的切削性能和服役壽命，但是目前利用脈沖磁場(chǎng)再制造刀的生產(chǎn)線(xiàn)及其相關(guān)涉及到的裝備和技術(shù)鮮有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種在保證刀具外形尺寸不發(fā)生變化下批量地顯著提高其切削性能（提高刀具耐磨性能、降低切削溫度）和服役壽命的脈沖磁場(chǎng)再制造生產(chǎn)線(xiàn)及方法。