本发明涉及机床技术领域，更具体地，本发明涉及一种五轴联动加工的机床及其切削工具用合金。
背景技术：
机床在实际的切削加工过程中(尤其是加工铝材时)，常出现类似的问题(粘刀，断铣刀，断丝锥，烂牙等)，这与机床中所使用的刀具有着密不可分的关系，目前刀具的材料主要是高速钢和硬质合金，这两种合金硬度高、耐磨、红硬性好，而且保持一定韧性，但是电钻在使用过程中，经常出现折断、刀刃易磨损或者弯曲现象，刀具需要经常更换，主要是因为刀具材料的硬度、耐磨性、韧性等性能不能达到平衡。
钛合金经常用于切削加工中，但钛合金属于难加工材料，钛合金的高温强度高，切削过程中切削温度高，导热率小，刀具与切屑的接触长度短切削热难以传散，切削热大部分传导到刀具；由于钛化学活性高，在高温下易与空气中的物质产生反应，在加工过程会产生冷硬现象严重，加剧刀具的磨损；而且钛合金单位面积上切削力大、切削温度高，钛与大多数刀具合金元素亲和性大容易导致刀具合金元素的迅速流失，切削过程中摩擦较为严重，切削材料力学性能迅速下降、切削刃迅速钝化、刀具迅速磨损失效。
针对上述一些问题，本发明提供一种五轴联动加工的机床，其包括由合金制备得到的切削工具，该合金硬度高、抗弯强度大、抗冲击强度高、质量适中且不易磨损，具有较长的使用寿命，减少成本，且制备过程简单，适合工业化生产。
技术实现要素：
本发明第一个方面提供一种五轴联动加工的机床，其至少包括切削工具；所述切削工具由合金制备得到。
本发明第二个方面提供一种切削工具用合金，应用于制备所述五轴联动加工的机床的切削工具；所述合金的制备原料包括a组分、b组分以及c组分；其中，a组分为过度金属的氮化物和/或过度金属的碳化物，b组分为铁组金属，c组分选自tic、tin、ticn、立方氮化硼、al2o3、tinbn、mos2、ws中的任一种或多种的组合。
作为本发明的一种优选技术方案，其中，按重量份计，包括45～90份a组分、25～50份b组分以及3～15份c组分。
作为本发明的一种优选技术方案，其中，a组分包括tic、tin、wc以及tac。
作为本发明的一种优选技术方案，其中，tic、tin、wc以及tac的重量比为1：(0.5～3)：(1.5～5)：(0.5～3)。
作为本发明的一种优选技术方案，其中，铁组金属选自钴、镍、锰、镓、铁中的任一种或多种的组合。
作为本发明的一种优选技术方案，其中，铁组金属为钴、镍、锰、镓以及铁，其钴、镍、锰、镓以及铁的重量比为1：(0.5～1.3)：(0.2～0.6)：(0.2～0.5)：(0.05～0.3)。
作为本发明的一种优选技术方案，其中，c组分包括tin、al2o3、以及mos2。
作为本发明的一种优选技术方案，其中，tin、al2o3、以及mos2的重量比为1：(0.5～1.2)：(0.3～0.8)。
本发明第三个方面提供一种所述合金的制备方法，包括烧结和喷涂两个过程。
有益效果：本发明提供了五轴联动加工机床以及可用于制备五轴联动加工的机床的切削工具的合金材料，该体系的合金材料其克服了高硬易脆的力学缺陷，同时具有较高的硬度、韧性以及抗弯强度；其具有良好的耐摩擦性，不易损耗，提高了材料的使用期限，降低成本；此外，制备方法简单，适合工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明提供技术方案中的技术特征作进一步清楚、完整的描述，并非对其保护范围的限制。
本发明第一个方面提供一种五轴联动加工的机床，其至少包括切削工具；所述切削工具由合金制备得到。
本发明所述的五轴联动加工的机床的其他的部件为本领域技术人员熟悉的，不做特别限制。
本发明第二个方面提供一种切削工具用合金，应用于制备所述五轴联动加工的机床的切削工具；所述合金的制备原料包括a组分、b组分以及c组分；其中，a组分为过度金属的氮化物和/或过度金属的碳化物，b组分为铁组金属，c组分选自tic、tin、ticn、立方氮化硼、al2o3、tinbn、mos2、ws中的任一种或多种的组合。
优选地，按重量份计，所述合金包括45～90份a组分、25～50份b组分以及3～15份c组分。
进一步优选地，按重量份计，所述合金包括60～70份a组分、35～40份b组分以及5～10份c组分。
更优选地，按重量份计，所述合金包括65份a组分、38份b组分以及8份c组分。
在一种实施方式中，所述a组分包括tic、tin、wc以及tac。
tic：
碳化钛(tic)是典型的过渡金属碳化物。它的键型是由离子键、共价键和金属键混合在同一晶体结构中，在晶格位置上碳原子与钛原子是等价的，tic原子间以很强的共价键结合，具有类似金属的若干特性，如高的熔点、沸点和硬度，硬度仅次于金刚石，有良好的导热和导电性，在温度极低时甚至表现出超导性。因此，tic被广泛用于制造金属陶瓷，耐热合金、抗磨材料、高温辐射材料以及其它高温真空器件，用其制备的复相材料在机械加工、冶金矿产、航天和聚变堆等领域有着广泛的应用，但其在应用过程中易脆，且在高温下都容易被氧化。
在一种实施方式中，所述tic的粒径为300～700nm，优选地，所述tic的粒径为400～600nm，更优选地，所述tic的粒径为500～550nm，本发明对tic的购买厂家不做特别限定，本发明的tic购自上海超威纳米科技有限公司。
tin：
氮化钛(tin)具有典型的nacl型结构，属面心立方点阵；tin是非化学计量化合物，其稳定的组成范围为，氮的含量可以在一定的范围内变化而不引起tin结构的变化。tin粉末一般呈黄褐色，超细tin粉末呈黑色，而tin晶体呈金黄色，且其抗热冲击性好；tin熔点比大多数过渡金属氮化物的熔点高，而密度却比大多数金属氮化物低，因此是一种很有特色的耐热材料。
在一种实施方式中，所述tin的粒径为20～80nm，优选地，所述tin的粒径为30～70nm，更优选地，所述tin的粒径为45～55nm，本发明对tin的购买厂家不做特别限定，本发明的tin购自上海超威纳米科技有限公司。
wc：
碳化钨粉(wc)是生产硬质合金的主要原料，化学式wc。全称为wolframcarbide，也译作tungstencarbide，其为黑色六方晶体，有金属光泽，硬度与金刚石相近，为电、热的良好导体，熔点2870℃，沸点6000℃，相对密度15.63(18℃)。碳化钨不溶于水、盐酸和硫酸，易溶于硝酸－氢氟酸的混合酸中；纯的碳化钨易碎。
在一种实施方式中，所述wc的粒径为2～8μm；优选地，所述wc的粒径为5～6μm。
tac：
碳化钽(tac)是浅棕色金属状立方结晶粉末，属于氯化钠型立方晶系。目前也用碳化钽做硬质合金烧结晶粒长大抑制剂用，对抑制晶粒长大有明显效果，密度为14.3g/cm3；不溶于水，难溶于无机酸，能溶于氢氟酸和硝酸的混合酸中并可分解；抗氧化能力强，易被焦硫酸钾熔融并分解；用于粉末冶金、切削工具、精细陶瓷。
在一种实施方式中，所述tac的粒径为300～900nm；优选地，所述tac的粒径为500～700nm；更优选地，所述tac的粒径为550～600nm。
在一种实施方式中，所述tic、tin、wc以及tac的重量比为1：(0.5～3)：(1.5～5)：(0.5～3)；优选地，所述tic、tin、wc以及tac的重量比为1：(1～2)：(2～4)：(0.5～2)；更优选地，所述tic、tin、wc以及tac的重量比为1：1：3：0.8。
本发明中以wc为硬相体的基体材料，添加适量的tic、tin以及tac提高合金材料的硬度，通过实验发现，当tic、tin、wc以及tac的重量比为1：1：3：0.8时，所得合金材料的性能最佳，这可能由于tic、tin以及tac改变了wc已有的晶体排列，提高了合金体系抗变形能力，同时提高了基体材料彼此之间的粘合作用；此外，在加工过程中，tac、tin有利于保持各个晶型的稳定性，从而提高减震能力，减少使用过程中造成的摩擦；提高合金材料的使用期限。
此外，本发明人通过实验也发现，选择合适粒径的tic、tin、wc以及tac可以进一步优化合金体系的性能，可能在上述粒径范围下，可以使合金体系在制备过程中避免空穴的形成，降低材料的脆性，提高合金体系的硬度以及抗冲击强度；且利于热量传播，减少热破损。
铁组金属：
本发明所述“铁组金属”指的是与铁同一周期的金属元素。
在一种实施方式中，所述铁组金属为钴、镍、锰、镓以及铁；优选地，所述钴、镍、锰、镓以及铁的重量比为1：(0.5～1.3)：(0.2～0.6)：(0.2～0.5)：(0.05～0.3)；更优选地，所述钴、镍、锰、镓以及铁的重量比为1：0.8：0.5：0.35：0.1。
由实验结果可知在合金体系中添加钴、镍、锰、镓以及铁，可明显提高材料的韧性，降低脆性以及耐磨性能，且在钴、镍、锰、镓以及铁的重量比为1：(0.5～1.3)：(0.2～0.6)：(0.2～0.5)：(0.05～0.3)范围内时，合金材料的性能较佳，这可能由于钴、镍、锰、镓以及铁将合金组成中其它金属化合物晶粒结合在一起，使合金具更高的韧性，并减少对冲击的敏感性能，体系中的各个成分之间的粘合作用更大，使基体具有更高的抗变形能力；其良好的韧性可以吸收形成的裂纹扩展的能量，因而能够有效地阻止裂纹向合金内部扩展，从而提高合金材料工具的使用性能。
在一种实施方式中，所述c组分包括tin、al2o3、以及mos2。
mos2：
二硫化钼是辉钼矿的主要成分，黑色固体粉末，有金属光泽，其化学式为mos2，熔点1185℃，密度4.80g/cm3(14℃)，莫氏硬度1.0～1.5。二硫化钼不溶于水、稀酸和浓硫酸，一般不溶于其他酸、碱、有机溶剂中，但溶于王水和煮沸的浓硫酸。
在一种实施方式中，所述tin、al2o3、以及mos2的重量比为1：(0.5～1.2)：(0.3～0.8)；优选地，所述tin、al2o3、以及mos2的重量比为1：(0.8～1)：(0.5～0.6)；更优选地，所述tin、al2o3、以及mos2的重量比为1：0.9：0.55。
通过实验发现，申请人发现当合金体系同时含有tin、al2o3、以及mos2三种物质的时候，所得合金材料的硬度、韧性以及耐磨性较佳，这可能由于tin促进al2o3、以及mos2与硬相材料的粘合作用，形成不脱层，同时与al2o3、mos2协同作用，形成粘着力好、外表平滑、有一定厚度，并且内聚力好、组织缺陷少以及厚度均匀的涂层；此外，可能由于在使用过程中，合金体系形成多层保护层，避免了由摩擦、磨损、热量等因素造成的裂痕、空隙延展到合金内部，提高合金体系的力学强度以及耐磨损性能。
本发明第三个方面提供一种所述合金的制备方法，包括烧结和喷涂两个过程。
在一种实施方式中，所述烧结过程为：将tic、tin、wc以及tac粉末压制成坯料，再进烧结炉加热，并保持一定的时间，接着加入钴、镍、锰、镓以及铁，并保持一定时间，再冷却。
在一种实施方式中，所述合金的制备方法如下：
(1)烧结：将tic、tin、wc以及tac粉末压制成坯料，再进烧结炉加热，并保持一定的时间，接着加入钴、镍、锰、镓以及铁，并保持一定时间，再冷却，得到物质w；
(2)喷涂：将tin、al2o3、以及mos2馈入等离子焰流，在金属基材上均匀的喷涂。
优选地，在一种实施方式中，所述合金的制备方法如下：
(1)烧结：将tic、tin、wc以及tac粉末压制成坯料，再进烧结炉加热至1500～2000℃，并保持4～10h，接着加入钴、镍、锰、镓以及铁，并保持3～6h，再冷却2～3h，得到物质w；
(2)喷涂：将tin、al2o3、以及mos2馈入等离子焰流，在金属基材上均匀的喷涂；所述的电流450～650a，电压45～75v。
更优选地，在一种实施方式中，所述合金的制备方法如下：
(1)烧结：将tic、tin、wc以及tac粉末压制成坯料，再进烧结炉加热至1800～1850℃，并保持6h，接着加入钴、镍、锰、镓以及铁，并保持4.5h，再冷却2.5h，得到物质w；
(2)喷涂：将tin、al2o3、以及mos2馈入等离子焰流，在金属基材上均匀的喷涂；所述的电流550a，电压65v。
实施例1
本发明实施例1提供一种切削工具用合金，包括65份a组分、38份b组分以及8份c组分；
所述a组分包括tic、tin、wc以及tac，所述tic、tin、wc以及tac的重量比为1：1：3：0.8；
所述tac的粒径为550～600nm，所述wc的粒径为5～6μm，所述tin的粒径为45～55nm，所述tic的粒径为500～550nm；
所述b组分包括钴、镍、锰、镓以及铁，所述钴、镍、锰、镓以及铁的重量比为1：0.8：0.5：0.35：0.1；
所述c组分包括tin、al2o3、以及mos2，所述tin、al2o3、以及mos2的重量比为1：0.9：0.55；
所述合金的制备方法如下：
(1)烧结：将tic、tin、wc以及tac粉末压制成坯料，再进烧结炉加热至1800～1850℃，并保持6h，接着加入钴、镍、锰、镓以及铁，并保持4.5h，再冷却2.5h，得到物质w；
(2)喷涂：将tin、al2o3、以及mos2馈入等离子焰流，在金属基材上均匀的喷涂；所述的电流550a，电压65v。
实施例2
本发明实施例2提供一种切削工具用合金，包括90份a组分、50份b组分以及15份c组分；
所述a组分包括tic、tin、wc以及tac，所述tic、tin、wc以及tac的重量比为1：3：5：3；
所述tac的粒径为550～600nm，所述wc的粒径为5～6μm，所述tin的粒径为45～55nm，所述tic的粒径为500～550nm；
所述b组分包括钴、镍、锰、镓以及铁，所述钴、镍、锰、镓以及铁的重量比为1：1.3：0.6：0.5：0.3；
所述c组分包括tin、al2o3、以及mos2，所述tin、al2o3、以及mos2的重量比为1：1.2：0.8；
所述合金的制备方法如下：
(1)烧结：将tic、tin、wc以及tac粉末压制成坯料，再进烧结炉加热至1800～1850℃，并保持6h，接着加入钴、镍、锰、镓以及铁，并保持4.5h，再冷却2.5h，得到物质w；
(2)喷涂：将tin、al2o3、以及mos2馈入等离子焰流，在金属基材上均匀的喷涂；所述的电流550a，电压65v。
实施例3
本发明实施例3提供一种切削工具用合金，包括45份a组分、25份b组分以及
3份c组分；
所述a组分包括tic、tin、wc以及tac，所述tic、tin、wc以及tac的重量比为1：0.5：1.5：0.5；
所述tac的粒径为550～600nm，所述wc的粒径为5～6μm，所述tin的粒径为45～55nm，所述tic的粒径为500～550nm；
所述b组分包括钴、镍、锰、镓以及铁，所述钴、镍、锰、镓以及铁的重量比为1：0.5：0.2：0.2：0.05；
所述c组分包括tin、al2o3、以及mos2，所述tin、al2o3、以及mos2的重量比为1：0.5：0.3；
所述合金的制备方法如下：
(1)烧结：将tic、tin、wc以及tac粉末压制成坯料，再进烧结炉加热至1800～1850℃，并保持6h，接着加入钴、镍、锰、镓以及铁，并保持4.5h，再冷却2.5h，得到物质w；
(2)喷涂：将tin、al2o3、以及mos2馈入等离子焰流，在金属基材上均匀的喷涂；所述的电流550a，电压65v。
实施例4
本发明实施例4提供一种切削工具用合金，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，所述b组分的含量为0。
实施例5
本发明实施例5提供一种切削工具用合金，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，所述c组分的含量为0。
实施例6
本发明实施例6提供一种切削工具用合金，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，所述a组分中tin的含量为0。
实施例7
本发明实施例7提供一种切削工具用合金，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，所述a组分中tac的含量为0。
实施例8
本发明实施例8提供一种切削工具用合金，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，所述c组分中tin的含量为0。
实施例9
本发明实施例9提供一种切削工具用合金，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，所述c组分中al2o3的含量为0。
实施例10
本发明实施例10提供一种切削工具用合金，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，所述c组分中mos2的含量为0。
实施例11
本发明实施例11提供一种切削工具用合金，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，所述a组分中tin的粒径替换为100～200nm。
实施例12
本发明实施例12提供一种切削工具用合金，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，所述a组分中tac的粒径替换为100～200nm。
性能评估
1.抗弯强度测试
本实验中抗弯强度σb是按照gb-6569-86进行测试的，试样尺寸为30mm×5mm×5mm，各棱边倒角约0.3mm；常温下的抗弯强度测试采用三点弯曲法，跨距20mm，压头速度0.5mm/min；测试设备为岛津dcs-5000型万能材料实验机(shimadzudcs-5000universaltestingmachine；将实施例1～12所得样品每组同成分的试样均测试3个，然后取其算术平均值。
三点抗弯强度计算公式如下：σb＝3pl/(2bn2)
式中：p—最大断裂载荷(n)；
l—二支点间的跨距(mm)；
b—试样横截面的宽度(mm)；
h—试样横截面的高度(mm)。
2.硬度的测试
本实验采用维氏硬度，测试仪器为hv－120型维氏硬度仪，测试条件为30kg载荷，15秒保压时间。试样表面经研磨抛光处理，卸除载荷后，用硬度仪上附带的光学显微镜准确测量四方锥压痕两对角线的长度d1及d2，取对角线长度的平均值d＝(d1+d2)/2代入以下公式计算维氏硬度：
hv＝0.18544×(p/d2)
式中：p—施加载荷值(n)；
l—压痕对角长度的平均值(mm)。
3.断裂韧性测试
本实验测量硬度和断裂韧性是同时进行的，卸载后，在测量四方棱锥压痕两对角线的长度2a1和2a2时，同时测量压痕四个顶角的裂纹长度l1，l2，l3和l4，根据如下shetty公式计算kic：
kic＝0.0319×(p/al1/2)
式中：p—施加载荷值(n)；
l—压痕对角长度的一半(mm)；
l—压痕裂纹总长度的1/4，即l＝(l1+l2+l3+l4)/4(mm)。
4.表面耐磨性测试
环块磨损实验在m-2000环块磨损试验机上进行，试样尺寸为10mm×10mm×15mm，采用gcr15作为对磨环，载荷为600n，每个试样磨损30min，每组取3个试样，测量磨损前后的质量差，以3个试样的平均失重作为最终磨损量，采用tg328b分析天平测量质量，称量范围200g，精度为0.1mg。
表1性能测试结果
由表1可知本发明提供一种可以用于五轴联动加工机床的切削工具的合金材料，其具有a、b、c三种组分，在其共同作用下，所得的合金材料克服了高硬易脆的力学缺陷，即同时具有较高的硬度、韧性以及抗弯强度；a组分中的tin、tac的粒径控制可以进一步优化合金材料的使用性能；此外，其具有良好的耐摩擦性，不易损耗，提高了材料的使用期限，降低成本。
前述的实例仅是说明性的，用于解释本发明所述方法的一些特征。所附的权利要求旨在要求可以设想的尽可能广的范围，且本文所呈现的实施例仅是根据所有可能的实施例的组合的选择的实施方式的说明。因此，申请人的用意是所附的权利要求不被说明本发明的特征的示例的选择限制。在权利要求中所用的一些数值范围也包括了在其之内的子范围，这些范围中的变化也应在可能的情况下解释为被所附的权利要求覆盖。