一种利用高温辅助预切削法制备硬涂层刀具的方法及设备技术

本发明专利技术公开了一种利用高温辅助预切削法制备硬涂层刀具的方法及设备，其技术方案为：以低硬度的涂层材料作为预切削工件，通过刀具对预切削工件进行预切削；并在预切削过程中对切削区域进行高温加热和气体射流，使涂层材料在刀具表面形成均匀分布的硬涂层。本发明专利技术在切削淬硬难加工材料之前，使用刀具预先切削低硬度材料，且在预切削过程中辅以高温加热和氧气射流，使切削过程中粘附于刀具表面的土层材料被迅速高温氧化并沉积形成一层氧化薄膜，从而实现涂层刀具的制备。

【技术实现步骤摘要】
一种利用高温辅助预切削法制备硬涂层刀具的方法及设备
本专利技术涉及切削刀具涂层
，尤其涉及一种利用高温辅助预切削法制备硬涂层刀具的方法及设备。
技术介绍
随着先进材料技术和机械制造业的不断发展，具有高强度、高硬度和良好耐磨性等优异性能的新材料逐步获得应用，为提高机械装备零部件的服役性能和工作寿命提供了保障。然而，材料性能的提升导致其切削加工性变差，难加工材料及难加工结构始终存在加工效率低和缺陷率高等难题，是机械制造领域亟需解决的关键技术难题。先进涂层刀具成为实现难加工材料高质高效切削加工的有效技术手段。硬涂层刀具是目前用于切削难加工材料的主要刀具类型，常用的硬涂层种类包括氧化铝、氮化钛、碳氮化钛、氮铝钛、金刚石等。据统计，硬质合金涂层刀具使用的比例已在所有刀具中占比高达80％以上，而其中绝大多数为硬涂层刀具。硬涂层刀具以其高硬度、高耐磨性、良好的化学稳定性和热障性能等，适于加工淬硬钢和高强度合金等难加工材料。硬涂层刀具的制备方法主要包括物理气相沉积法和化学气相沉积法，所需设备昂贵，技术操作复杂，工艺处理时间长，成本高，导致机械零件制造过程中的刀具成本较高，成为制约生产成本难以降低的主要因素之一。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种利用高温辅助预切削法制备硬涂层刀具的方法及设备，在切削淬硬难加工材料之前，使用刀具预先切削低硬度材料，且在预切削过程中辅以高温加热和氧气射流，使切削过程中粘附于刀具表面的土层材料被迅速高温氧化并沉积形成一层氧化薄膜，从而实现涂层刀具的制备。为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：第一方面，本专利技术的实施例提供了一种利用高温辅助预切削法制备硬涂层刀具的方法，以低硬度的涂层材料作为预切削工件，通过刀具对预切削工件进行预切削；并在预切削过程中对切削区域进行高温加热和气体射流，使涂层材料在刀具表面形成均匀分布的硬涂层。作为进一步的实现方式，所述涂层材料选择工业纯铝。作为进一步的实现方式，切削过程中，在刀具的前刀面和后刀面分别布置加热装置。作为进一步的实现方式，在刀具上方设置气源装置，通过气源装置提供混合气体。作为进一步的实现方式，所述混合气体由氧气和氦气混合而成，且混合气体的射流量可调节。作为进一步的实现方式，预切削时采用高线速度、小进给速度和大切深的切削用量。作为进一步的实现方式，利用X射线能量色散谱或X射线光电子能谱测试刀具与预切削工件接触区域的涂层均匀分布情况。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种利用高温辅助预切削法制备硬涂层刀具的设备，包括：固定装置，用于夹持固定预切削工件；加热装置，设置于刀具两侧；气源装置，包括气体贮存罐，所述气体贮存罐连接射流喷嘴。作为进一步的实现方式，所述气体贮存罐通过管路与射流喷嘴相连，所述管路上安装有调节阀。作为进一步的实现方式，所述加热装置为石英加热器或陶瓷加热器。上述本专利技术的实施例的有益效果如下：(1)本专利技术的一个或多个实施方式在切削淬硬钢等难加工材料之前，使用硬质合金或高速钢等未涂层刀具预先切削低硬度、易加工的工业纯铝，且在预切削过程中辅以高温加热和氧气射流，使切削过程中粘附于刀具表面的纯铝被迅速高温氧化并沉积形成一层氧化铝薄膜，从而实现氧化铝涂层刀具的制备；工艺简单实用，无需复杂昂贵设备支持，制备成本低，易于推广；(2)本专利技术的一个或多个实施方式用工业纯铝作为预切削工件材料，具有低硬度、低熔点、高粘性、优异的延展性、以及与硬质合金刀具基体之间良好的化学相容性等特点，且在高温和氧气充足的条件下极易被氧化；(3)本专利技术的一个或多个实施方式预切削时采用高线速度、小进给速度和大切深深度的切削用量，其一是为了降低预切削过程切削力，避免刀具出现磨损；其二是使刀具切削刃、前刀面和后刀面与预切削材料之间形成更大的接触面积，在刀具表面涂覆更大面积的氧化铝涂层，以保证在使用处理好的涂层刀具切削难加工材料时发挥更佳的切削性能。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1是本专利技术根据一个或多个实施方式的工艺流程图；图2是本专利技术根据一个或多个实施方式的设备结构示意图；图3是图2中预切削变形区区域I的放大图；图4是本专利技术根据一个或多个实施方式的涂层刀具示意图；图5是本专利技术根据一个或多个实施方式的涂层分布示意图；其中，1、机床主轴；2、机床卡盘；3、未加工表面；4、已加工表面；5、气体贮存罐；6、调节阀；7、射流喷嘴；8、刀具；9、第一加热装置；10、第二加热装置；11、涂层刀具；12、氧化铝涂层；13、刀具基体。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；为了方便叙述，本申请中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。术语解释部分:本申请中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术的具体含义。实施例一：本实施例提供了一种利用高温辅助预切削法制备硬涂层刀具的方法，如图1所示，以低硬度的涂层材料作为预切削工件，通过刀具对预切削工件进行预切削；并在预切削过程中对切削区域进行高温加热和气体射流，使涂层材料在刀具表面形成均匀分布的硬涂层。具体的，选用整体硬质合金或高速钢刀具，如车削刀片、铣削刀片、整体铣刀或钻头等作为被涂覆对象。选用工业纯铝作为预切削工件材料，并在预切削过程中辅以高温加热和氧气射流作用。由于工业纯铝硬度低、粘性大，在高温加热作用下预切削材料被粘结涂覆在刀具表面并被迅速氧化，形成均匀分布的氧化铝涂层。利用相同方法，若在高温加热和氧气射流作用下预先切削多种软工件材料，可制备出多层复合氧化物涂层刀具。本实施例以氧化铝涂层刀具制备为例进行详述：在高温辅助和氧气射流条件下，多种牌号的工业本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用高温辅助预切削法制备硬涂层刀具的方法，其特征在于，以低硬度的涂层材料作为预切削工件，通过刀具对预切削工件进行预切削；并在预切削过程中对切削区域进行高温加热和气体射流，使涂层材料在刀具表面形成均匀分布的硬涂层。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用高温辅助预切削法制备硬涂层刀具的方法，其特征在于，以低硬度的涂层材料作为预切削工件，通过刀具对预切削工件进行预切削；并在预切削过程中对切削区域进行高温加热和气体射流，使涂层材料在刀具表面形成均匀分布的硬涂层。


2.根据权利要求1所述的一种利用高温辅助预切削法制备硬涂层刀具的方法，其特征在于，所述涂层材料选择工业纯铝。


3.根据权利要求1所述的一种利用高温辅助预切削法制备硬涂层刀具的方法，其特征在于，切削过程中，在刀具的前刀面和后刀面分别布置加热装置。


4.根据权利要求1所述的一种利用高温辅助预切削法制备硬涂层刀具的方法，其特征在于，在刀具上方设置气源装置，通过气源装置提供混合气体。


5.根据权利要求4所述的一种利用高温辅助预切削法制备硬涂层刀具的方法，其特征在于，所述混合气体由氧气和氦气混合而成，且混合气体的射流量可调节。


6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兵，刘战强，梁晓亮，蔡玉奎，马海峰，任小平，宋清华，万熠，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37