一种高性能硬质合金新材料分条分切刀及其加工方法

一种高性能硬质合金新材料分条分切刀及其加工方法
【专利摘要】本发明公开了一种高性能硬质合金新材料分条分切刀及其加工方法，属于硬质合金刀具技术领域。本发明的高性能硬质合金新材料分条分切刀采用粉末冶金工艺制成，其原料的各组分按如下质量百分比组成：0.40～0.50％CT、80.0～80.5％WC、17.0～17.5％Co、1.6～2.2％抑制剂、0.05～0.08％十八酸。本发明的分条分切刀的加工方法，包括以下步骤：配料；湿磨、压制、烧结及机加工。本发明的分条分切刀在保证刀片具有较高硬度和耐磨性的基础上，仍能保持优异的冲击韧性和抗断裂性能，能够满足各种金属板材对分条刀的分切要求，且刀片的使用寿命得到显著延长。
【专利说明】
一种高性能硬质合金新材料分条分切刀及其加工方法
技术领域
[0001] 本发明属于硬质合金刀具技术领域，更具体地说，涉及一种高性能硬质合金新材 料分条分切刀及其加工方法。
【背景技术】
[0002] 新世纪以来，随着我国制造业的快速发展，国产数控设备与流水线开始大量进入 各个领域，一个尖锐的矛盾很快浮出水面一一先进的设备，配不到先进的国产机械刀具，不 得不配洋刀。国际模具及五金塑胶产业供应商协会秘书长罗百辉表示，优质硬质合金切削 刀具在我国已经成为加工企业所需的主力刀具，被广泛地应用于汽车及零部件生产、模具 制造、航空航天等重工业领域，但我国刀具企业主要是大量生产高速钢刀以及一些低档标 准刀具，完全没有考虑到市场饱和度和企业所需，最终把具有高附加值、高科技含量的中高 端刀具市场拱手让给国外企业。
[0003] 在发达国家，目前硬质合金刀具已占刀具的主导地位，比重达70%，而高速钢刀具 正以每年1 %~2%的速度缩减，所占比例已降至30%以下。而在我国，有资料显示，国内刀 具目前的年销售额大约为145亿元，其中大部分刀具属于低端产品，仍是高速钢标准刀具， 加工效率和加工精度都较低，常用于传统机床和低精度机床上，而优质硬质合金刀具所占 的比重不足25%，与国外差距较大。但国内制造业所需的优质硬质合金刀具已经占到刀具 市场的50%以上，这种盲目生产已经严重满足不了国内制造业对优质硬质合金刀具日益增 长的需求，从而形成了中高端市场的真空状态，最终被国外企业所占据。
[0004] 除中高端市场空白，我国刀具制造企业还普遍存在产品附加值低，传统的加工方 式与个性化的市场需求相脱节，原材料热处理技术水平低，资源浪费等问题。虽然我国电工 钢近几年有了突飞猛进的发展，但仍普遍存在质量差而成本高的问题。除了材料质量外，使 用各种钢件刀具产生的切口质量及其给后续工序带来的质量问题，也是导致整体行业质量 低下的重要因素。生产效率低、产品质量差、利润薄，未来将会给我国刀具行业带来生存和 发展危机。因此，电机制造业及有色薄型金属加工业的许多厂家试图改变现状，纷纷进口国 外分切刀具，但有些进口刀具和原有国产设备不配套，同时后期修刀极其困难，而且价格昂 贵，迫使一些厂家也不得不放弃进口刀具，继续使用高速钢刀具。
[0005] 近几年来，国内一些刀具厂家也曾试图开发硬质合金分条刀，但因缺乏技术和关 键专业人员，目前只能开发生产普通的硬质合金刀具，而由于刀具刃口对质量要求较高，加 工难度大，普通硬质合金难以满足分切刀刃的加工要求，无法制作优质的硬质合金分条刀。
[0006] 如，中国专利申请（申请号201310485442.5,公开号CN103540823A)公开了一种适 用于制造高精加工用刀具的硬质合金材料，该硬质合金包括金属碳化物粉末和金属粘结剂 组成的硬质合金基体，还包括涂层，其中金属碳化物粉末选用各组分质量百分比为碳化钨 40~50%、碳化铬3~8%、碳化钛5~9%、碳化钒5~10%、碳化铌2~5%、碳化钽6~11%， 金属粘结剂选用钴，其质量百分比为12~18%，涂层选用金刚石CV0涂层。该申请案的硬质 合金具有高硬度、高耐磨性的特点，高速切削时磨损率较低，同时还具有良好的抗氧化性、 耐热性和化学稳定性，但该申请案的硬质合金与基体之间的润湿性相对较差，其所含碳化 铌、碳化钽含量较高，而碳化铌、碳化钽都是价格非常昂贵的稀有金属，且该申请案的涂层 技术要求高、设备昂贵，一台涂层设备需耗资上千万，不能广泛应用于一般企业。
[0007] 因此，基于我国硬质合金分条刀的性能相对较差，难以满足加工需求的现状，亟需 研究出一种综合性能良好且成本较低的硬质合金分条刀。发明人一直致力于高性能硬质合 金分条刀的研究，通过大量试验研究对现有硬质合金分条刀的原料组分及加工工艺进行优 化设计，并取得了优异成果，具体见发明人于201 4年04月21日申请的申请号为 201410161479.7的发明专利，该申请案在一定程度上从配料上有效解决了因湿磨分散不良 带来的孔隙和Co相分布不均等问题，从而制取了优质混合料，加工出高性能高精度分切剪 切刀具，该申请案的刀具具备高硬度、高强度、强耐磨等优点，其质量和综合使用性能均居 国内领先地位。但发明人在使用过程中发现，该申请案中最终所得硬质合金分条刀的使用 性能仍不能完全满足我国对分切刀刃的要求，还不能有效解决当加工一些对质量要求较高 的产品时需要进口国外刀具的问题，且刀片的使用寿命有待进一步提高。

【发明内容】

[0008] 1.发明要解决的技术问题
[0009] 本发明的目的在于克服我国现有硬质合金分条刀难以满足金属板材的加工要求， 优质硬质合金刀具主要依赖于从国外进口的不足，提供了一种高性能硬质合金新材料分条 分切刀及其加工方法。本发明的方法能够有效克服我国现有分条刀存在的上述不足，显著 改善了硬质合金分条分切刀的使用性能，使其能够满足各种金属板材的加工要求，保证金 属板的加工质量，且延长了分条刀的使用寿命。
[0010] 2.技术方案
[0011] 为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
[0012] 本发明的一种高性能硬质合金新材料分条分切刀，该分条分切刀采用粉末冶金工 艺制成，其原料的各组分按如下质量百分比组成：
[0015]更进一步地，所述的抑制剂为多元复合抑制剂，由如下质量百分比的组分组成： 0 · 5-0 · 8 % VC、0 · 6-1 · 0 % Cr3C2 和0 · 3-0 · 5 % TaC。
[0016]本发明的一种高性能硬质合金新材料分条分切刀的加工方法，该分条分切刀的加 工包括以下步骤：
[0017] 步骤一、配料:将分条分切刀的各组分分别按照质量百分比进行称量并混合；
[0018] 步骤二、湿磨、压制:将步骤一中得到的混合粉料进行湿磨、干燥并制粒，然后将混 合粉料压制成坯；
[0019] 步骤三、烧结:将压制成型后的坯料置于烧结炉中进行烧结，烧结结束后采用水冷 方式进行冷却即得分条分切刀的粉末冶金毛坯；
[0020] 步骤四、机加工:将烧结后得到的粉末冶金毛坯先后进行粗加工和精加工，即得本 发明的高性能硬质合金新材料分条分切刀。
[0021] 更进一步地，步骤二中的湿磨是将称好的混合料放入湿磨机中研磨68-72小时，湿 磨介质为无水酒精，且酒精与混合粉料的质量比为(3.2-3.5): 1。
[0022] 更进一步地，步骤二中混合粉料经湿磨、干燥并制粒后的粒度控制在80-140目之 间，松装密度控制在3.9-4.2g/cm2，然后采用500-630吨的四柱压力机将粉末压制成坯。 [0023]更进一步地，步骤三中坯料烧结的具体过程如下：
[0024] (1)室温~320°C :将坯料由室温加热至320°C，加热时间为75-90min;
[0025] (2)320~370°C:将坯料由320°C加热至370°C，控制加热时间为25-30min，然后于 370°C 进行保温 110_120min;
[0026] (3)370~450°C:将坯料由370°C加热至450°C，控制加热时间为55-60min，然后于 450°C 下保温 50-60min;
[0027] (4)450~800°C :将坯料由450°C加热至800°C，控制加热时间为110_115min;
[0028] (5)800~1200°C:将坯料由800°C加热至1200°C，控制加热时间为100-110min，然 后于1200°C下保温40-45min;
[0029] (6)1200~1350°C:将坯料由1200°C加热至1350°C，控制加热时间为50-60min，然 后于1350°C下保温20-27min;
[0030] (7) 1350 °C~最终烧结温度:将坯料由1350 °C加热至最终烧结温度，控制加热时间 为18-21min，最后于最终烧结温度下烧结35-45min;
[0031] (8)冷却阶段:烧结结束后，先自然冷却，用滑阀栗抽真空，当温度下降至1200Γ， 调节转子流量计，将Ar气流量调至最大，往炉膛充Ar气，当降温至800°C时，炉门汽缸打开， 启动快冷风机对坯料进行快速冷却，并控制炉膛压力在1~lOMPa。
[0032] 更进一步地，所述的最终烧结温度控制为1390°C~1410°C。
[0033] 更进一步地，步骤三中烧结所用烧结炉包括烧结炉炉体，烧结炉炉体内部由外向 内依次设有保温层和发热体，所述发热体内部设有石墨内胆，该石墨内胆通过脱蜡管道与 补蜡装置相连通，所述的补蜡装置内部填充有高导热金属环。
[0034]更进一步地，所述的补蜡装置包括依次相连的一级补蜡器、二级补蜡器和三级补 蜡器，其中，一级补蜡器和二级补蜡器内均填充有高导热金属环，三级补蜡器内部不含高导 热金属环，且三级补蜡器通过管道与滑阀真空栗相连。
[0035]更进一步地，所述的一级补蜡器为卧式结构，二级补蜡器为立式结构，且二级补蜡 器内部设有支架，沿支架高度方向设有交替分布的悬挂臂，所述的高导热金属环悬挂于所 述悬挂臂，且悬挂臂与支架之间的夹角为30-70°。
[0036] 3.有益效果
[0037]采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：
[0038] (1)本发明的一种高性能硬质合金新材料分条分切刀，通过对分条分切刀的原料 组分及配比进行优化设计，从而在保证刀片具有较高硬度和耐磨性的基础上，仍能保持优 异的冲击韧性和抗断裂性能，满足各种金属板材对分条刀的分切要求，能够有效避免当加 工一些对质量要求较高的产品时需要进口国外刀具的问题，且刀片的使用寿命得到显著延 长。
[0039] (2)本发明的一种高性能硬质合金新材料分条分切刀的加工方法，通过对刀片的 原料组分、配比及加工工艺进行优化设计，所得刀片的综合使用性能能够满足要求，刀片晶 粒尺寸细小，组织均匀致密，孔隙明显变小且减少，从而保证了金属板材的分切质量，提高 了分条分切刀的整体质量。
[0040] (3)本发明的一种高性能硬质合金新材料分条分切刀的加工方法，通过对刀片坯 料的烧结工艺进行优化设计，从而保证了烧结后坯料的致密性和均匀性，有效克服了粉末 冶金毛坯的金相组织中易出现孔洞，从而导致刀圈在后续加工中易出现缺口的不足。且通 过烧结工艺的优化有效保证了对烧结炉内石蜡气的脱除效果，有利于保证烧结炉的正常工 作。
[0041 ] (4)本发明的一种高性能硬质合金新材料分条分切刀的加工方法，通过对烧结炉 的结构进行优化设计，从而进一步改善了烧结炉内坯料烧结的均匀性以及其脱蜡、补蜡效 果，使刀片的烧结性能及质量得到有效保证。
【附图说明】
[0042] 图1为本发明的烧结炉的结构示意图；
[0043] 示意图中的标号说明：
[0044] 1、烧结炉炉体;2、保温层;3、发热体;4、石墨内胆;5、主真空管道;501、第一高真空 蝶阀；6、脱蜡管道;601、第二高真空蝶阀；701、一级补蜡器;702、二级补蜡器;703、三级补蜡 器;8、储蜡罐;9、高导热金属环;10、支架;101、悬挂臂；11、波纹管；12、滑阀真空栗。
【具体实施方式】
[0045] 为进一步了解本发明的内容，现结合附图和实施例对本发明作详细描述。
[0046] 实施例1
[0047]本实施例的一种高性能硬质合金新材料分条分切刀，该分条分切刀采用粉末冶金 工艺制成，其原料的各组分按如下质量百分比组成：
[0049] 上述抑制剂为多元复合抑制剂，由如下质量百分比的组分组成：0.7% VC、0.6% 〇3(：2和0 · 3 % TaC。其中，本实施例的Co指钴粉，VC指碳化钒，Cr3C2指碳化铬，TaC指碳化钽， CT指邻苯二酚，WC指碳化钨粉。本实施例根据粉末冶金工艺方式，精选超细晶粒硬质碳化物 WC和粘结金属Co粉，根据条件加入微量元素作为抑制剂(碳化物），同时根据研磨机理加入 十八酸作为活化物质，提高粉末颗粒的表面能，增加粉末湿磨时的分散性，有利于烧结时WC 颗粒的致密性重排;选择超细WC(BET > 1.5m2/g)和Co粉材料，并在配料上进行创新改进，从 而使硬质合金在烧结后得到组织致密均匀，且综合性能良好的坯料。
[0050] 值得说明的是，发明人于2014年04月21日申请的申请号为201410161479.7的发明 专利所公开的分条分切刀的原料组分虽然与本专利较为接近，但发明人在使用过程中发 现，上述申请案的刀片在使用过程中其硬度和耐磨性相对较好，但刀片的冲击韧性及抗裂 纹敏感性则较差，在冲击力的作用下易发生刀片变形及脆断现象，从而影响金属板材的分 切效果，使分条分切刀的使用寿命受到影响，仍难以满足我国加工业对分切刀刃的要求。此 外，上述申请案中刀片的组织及性能相对不均匀，从而使刀片质量及使用寿命受到影响。发 明人结合刀片的加工要求，通过大量实验研究对刀片的原料组分和配比以及加工工艺进行 优化设计，从而在保证刀片具有较高硬度和耐磨性的基础上，仍能保持优异的冲击韧性和 抗断裂性能，满足各种金属板材对分条刀的分切要求，能够有效避免当加工一些对质量要 求较高的产品时需要进口国外刀具的问题，且刀片的使用寿命得到显著延长。
[0051] 但在研究过程中，令发明人异常困扰的是，现有硬质合金刀具为了保证具有较高 的硬度和耐磨性，通常通过提高WC的含量来实现，从而导致刀具的脆性较大，在使用过程中 易发生脆断现象；而当WC含量相对较低时，刀具的硬度和耐磨性则难以满足使用要求。因 此，当发明人试图单纯通过降低WC的含量、提高Co的含量来提高分条刀的韧性及抗断裂性 能时效果并不是很理想，尤其是WC及Co含量的微小下调即可能会引起刀片硬度及耐磨性的 大幅下降，从而难以满足质量要求。基于以上问题的存在，发明人一方面通过对刀片原料的 组分配比进行优化设计，使各组分之间的协调作用得到更好发挥，另一方面还通过大量实 验对刀片的加工工艺进行优化，通过原料组分与工艺的配合，弥补了硬质合金刀片存在的 硬度、耐磨性与冲击韧性、抗断裂性能之间的矛盾，使所得分条分切刀的综合使用性能达到 最优状态，且所得刀片的组织及性能相对较均匀，其使用寿命得到显著延长。
[0052] 本实施例的上述高性能硬质合金新材料分条分切刀的加工方法，其特征在于：该 分条分切刀的加工包括以下步骤：
[0053]步骤一、配料:将分条分切刀的各组分分别按照质量百分比进行称量并混合；
[0054] 步骤二、湿磨、压制：将步骤一中称好的各组分混合后放入湿磨机中进行湿磨，湿 磨介质为无水酒精，且酒精与混合粉料的质量比为3.2:1，湿磨时间为68小时，且湿磨机使 用过程中每24小时放气一次，从而保证湿磨效果，使混合料充分混合均匀，保证了后续所得 刀片性能的均匀性。湿磨结束后，将混合料进行真空干燥并制粒，然后采用600吨的四柱压 力机将混合料压制成坯。上述混合粉料经真空干燥并制粒后，物料粒度控制在100目左右， 松装密度控制在3.9g/cm 2，从而能够有效抑制烧结过程中晶粒的长大，保证所得硬质合金 刀具的晶粒度满足分切要求，且同时有助于保证烧结后坯料的致密性，使孔隙明显变小且 减少，防止坯料组织分布不均匀，有利于使制备刀具的综合性能满足要求。
[0055] 步骤三、烧结:将压制成型后的坯料置于烧结炉中进行烧结，烧结结束后进行冷却 即得分条分切刀的粉末冶金毛坯。
[0056] 发明人在加工过程中发现，压制成型坯料的烧结工序能使多孔的毛坯脱蜡、收缩 致密成为具有一定组织和相应性能的制品，烧结工艺对最终制品的金相组织及硬质合金刀 具的硬度、耐磨性等使用性能至关重要。例如，采用现有烧结工艺进行烧结，所得粉末冶金 毛坯的金相组织中易出现孔洞，从而导致刀片在后续加工中易出现缺口，且当烧结工艺参 数选择不当时，易造成硬质合金物理性能参数不达标，Ms点偏高，从而使刀片硬度降低，难 以满足使用要求。因此，发明人通过大量实验对硬质合金刀片的烧结工艺进行优化设计。本 实施例中，分条分切刀坯料的烧结过程如下：
[0057] (1)室温~320°C :将坯料由室温加热至320°C，加热时间为75min;
[0058] (2)320~370°C:将坯料由320°C加热至370°C，控制加热时间为30min，然后于370 °〇进行保温120min;
[0059] (3)370~450°C:将坯料由370°C加热至450°C，控制加热时间为60min，然后于450 °C下保温53min;
[0060] (4)450~800°C :将坯料由450°C加热至800°C，控制加热时间为llOmin;
[0061 ] (5)800~1200°C :将坯料由800°C加热至1200°C，控制加热时间为1 lOmin，然后于 1200°C 下保温 45min;
[0062] (6)1200~1350°C:将坯料由1200°C加热至1350°C，控制加热时间为50min，然后于 1350°C 下保温 20min;
[0063] (7) 1350 °C~最终烧结温度:将坯料由1350 °C加热至最终烧结温度，控制加热时间 为21min，最后于最终烧结温度下烧结35min;最终烧结温度的具体数值根据原料的组分及 配比控制为1390°C~1410°C，本实施例中最终烧结温度取1400°C。
[0064] (8)冷却阶段:烧结结束后，先自然冷却，当温度下降至1200°C，调节转子流量计， 将Ar气流量调至最大，往炉膛充Ar气，当降温至800 °C时，炉门汽缸打开，启动快冷风机对坯 料进行快速冷却，并控制炉膛压力在7MPa。
[0065] 其中，室温~450°C属于脱蜡阶段，由于在刀片坯料压制过程中通常需要加入适量 的石蜡，而这些石蜡对最终产品的内部品质没有任何影响，因此需要在烧结工序中先将石 蜡脱除。如果脱除方法不当，或石蜡脱除不干净，残留的石蜡将附着在保温层和炉壁上产生 腐蚀，从而影响烧结炉的使用性能，且残留的石蜡在后续烧结过程会以碳或其化合物的形 式存在于制品当中，从而影响制品的总碳控制。因此，发明人通过大量实验及生产经验，对 该阶段的烧结工艺进行优化设计，采用分段加热，并严格控制各段的加热速率，从而保证了 对烧结炉内石蜡气的脱除效果。脱蜡阶段开始运行时，向烧结炉内通入氩气，并将氩气流量 控制为0.25M 3/h，从而能够进一步保证石蜡气的脱除效果，保证石蜡的完全脱除。此外，370 ~450°C阶段属于大量脱蜡时间段，刀片在该段加热时极易产生裂纹，因此该阶段的脱蜡效 果会直接影响刀片的质量，发明人根据实验研究结果及多年的实践经验，对该段加热速率 进行有效控制，从而能够有效防止产生裂纹，保证刀片的质量。
[0066] 450~最终烧结温度属于高真空烧结阶段，通过主真空管道进行抽真空，需控制此 阶段的真空度<80Pa以内，通过对该过程的烧结温度及加热时间进行优化控制，从而能够 进一步保证刀片组织的致密性及均匀性，且由于抑制剂碳化物在超微晶复合材料中分散极 为均匀，从而保证了烧结时WC晶粒长大得到了更加有效的控制，从而使刀片的硬度、耐磨性 及冲击韧性、抗断裂性能均满足加工需求，有效克服了现有硬质合金刀具粉末冶金毛坯的 金相组织中易出现孔洞，从而导致刀圈在后续加工中易出现缺口的不足。此外，烧结过程中 对烧结炉内石蜡的脱除效果也较好，从而保证了烧结炉以及所得坯料的使用性能。
[0067]为了进一步保证烧结炉内坯料烧结的均匀性以及脱蜡、补蜡效果，本实施例对烧 结炉的结构进行了优化设计。如图1所示，本实施例的烧结炉包括烧结炉炉体1，烧结炉炉体 1内部由外向内依次设有保温层2和发热体3，所述发热体3内部设有石墨内胆4，将待烧结还 料置于石墨内胆4中进行烧结，从而可以有效避免发热体3直接进行热辐射，防止坯料受热 不均匀，存在温度梯度，发生边缘粉化的现象，从而保证了刀具的烧结质量。上述石墨内胆4 通过脱蜡管道6与补蜡装置相连通，向烧结炉内通入氩气作为载气，从而可以将坯料烧结过 程中产生的石蜡气通过脱蜡管道6排出，且通过载气脱蜡可以使烧结炉内外形成压力差，有 利于保证炉内气氛的统一，进一步使坯料烧结性能保持均匀。本实施例中是在石墨内胆4及 对应的烧结炉炉体1、保温层2和发热体3底部对应开设供脱蜡管道6穿过的孔道，孔道的尺 寸与脱蜡管道6的外径向匹配，脱蜡管道6直接伸入到石墨内胆4内部，从而可以有效避免石 蜡气由石墨内胆4向外扩散至烧结炉炉体1，在炉壳表面发生粘接，且进一步保证了石墨内 胆4内气氛的统一。
[0068]本实施例中，所述烧结炉炉体1内部还通过主真空管道5与罗茨栗相连，从而可以 通过罗茨栗对烧结炉进行抽真空，保证烧结炉炉体1内部的真空度满足要求，从而保证烧结 质量。上述主真空管道5上设有第一高真空蝶阀501，脱蜡管道6上设有第二高真空蝶阀601， 从而可以对烧结炉内的抽真空及排蜡气过程进行开启、关闭。
[0069]本实施例的补蜡装置的器壁采用夹套结构，且夹套均与冷热水供应装置相连，从 而可以控制补蜡装置的工作状态，保证其补蜡效果。烧结炉内脱蜡过程中，坯料中逐步挥发 的石蜡蒸汽，在滑阀栗抽力及辅助气体氩气的作用下，通过脱蜡管道6连续不断的带入补蜡 装置，控制冷热水供应装置向补蜡装置的夹套内供应冷水，对石蜡气进行冷却和凝固，从而 对石蜡进行补集。上述补蜡装置内部还填充有高导热金属环9,该金属环可以选用铜环或铝 环，本实施例的高导热金属环9采用金属铜环，石蜡气穿过金属环之间的间隙进行冷却，从 而可以进一步加速石蜡气的冷却，且增大石蜡气在同一石蜡器内的传热接触面积，延长石 蜡气在同一石蜡器内的停留和冷却时间，防止由于气流流动过快，石蜡气来不及进行冷却 而随气流一起直接排放，造成石蜡气捕捉不完全。
[0070] 为了进一步保证补蜡完全，本实施例的补蜡装置包括依次相连的一级补蜡器701、 二级补蜡器702和三级补蜡器703(值得说明的是，补蜡器的个数并不局限于三个，具体个数 可根据实际需要进行设定），其中一级补蜡器701和二级补蜡器702内均填充有高导热金属 环9,三级补蜡器703内部不含高导热金属环9。所述一级补蜡器701采用卧式结构，二级补蜡 器702采用立式结构，且一级补蜡器701的底部设有出蜡孔，该出蜡孔通过管道与储蜡罐8相 连，从而可以使一级补蜡器701和二级补蜡器702内冷凝得到的液态石蜡通过出蜡孔进入储 蜡罐8,从而对石蜡进行存储。二级补蜡器702内部沿其中心轴向设有支架10,且沿支架10高 度方向设有交替分布的悬挂臂101，所述的高导热金属环9悬挂于所述悬挂臂101，悬挂臂 101与支架10之间的夹角可根据实际情况加工为30-70°，本实施例中为30°，从而改善了二 级补蜡器702内气流的流通状况，便于石蜡气的捕捉，大大提高了其捕捉效果，保证石蜡气 经过一级补蜡器701和二级补蜡器702后基本被捕捉完。所述的三级补蜡器703通过管道与 滑阀真空栗12相连，由于进入三级补蜡器703的石蜡气含量已较少，因此三级补蜡器703内 无需填充高导热金属环9。通过上述三个补蜡器的设置可以保证补蜡完全，阻止石蜡蒸汽进 入真空栗，污染真空栗，导致真空栗的抽力下降。本实施例中三级补蜡器703与滑阀真空栗 12之间的连接管道上设有波纹管11，从而能够有效防止上述连接管道随真空栗12-起震动 过程中发生脱落。
[0071] 当脱蜡阶段结束后，控制冷热水供应装置向补蜡装置的夹套内供应热水，开始对 捕蜡器融蜡，融蜡时间为130min，从而能够有效防止下次开炉发生堵蜡现象，保证补蜡效 果。
[0072] 步骤四、机加工:将烧结后得到的粉末冶金毛坯按照实际分切要求及图纸设计先 后进行粗加工和精加工，即得本发明的高性能硬质合金新材料分条分切刀。如表1所示是本 实施例1的产品与现在市场上锂电分切刀片使用的主要刀具综合性能对照表。由表中可以 看出，本实施例制备的硬质合金新材料分条分切刀的硬度与普通钨钢刀具相差不大，但其 抗弯强度、断裂韧性均明显高于普通钨钢刀具，且本实施例制备的硬质合金新材料分条分 切刀的使用寿命及切口质量也远远由于普通钨钢刀具及高速钢刀具。
[0073] 表1本实施例1的产品与普通钨钢刀具、高速钢刀具综合性能对照表
[0076] 综合采用新材料及独特刀具设计技术和加工工艺，制造出优质特高耐磨性和特高 强度的硬质合金新材料滚剪刀，使该刀具不仅适合于电工钢加工行业及有色金属薄型材料 的纵剪设备使用，同时能满足不同行业剪切纵切要求;而且有非常好的性价比。其使用寿命 分别是普通合金刀具的近数倍，高速钢刀具的数十倍，价格只高1倍和4倍。
[0077] 实施例2
[0078] 本实施例的一种高性能硬质合金新材料分条分切刀，该分条分切刀采用粉末冶金 工艺制成，其原料的各组分按如下质量百分比组成：
[0080] 上述抑制剂为多元复合抑制剂，由如下质量百分比的组分组成：0.5% VC、0.8% Cr3C2 和0.5%TaC。
[0081] 本实施例的上述高性能硬质合金新材料分条分切刀的加工方法，其特征在于：该 分条分切刀的加工包括以下步骤：
[0082] 步骤一、配料:将分条分切刀的各组分分别按照质量百分比进行称量并混合；
[0083] 步骤二、湿磨、压制：将步骤一中称好的各组分混合后放入湿磨机中进行湿磨，湿 磨介质为酒精，且酒精与所有原材料的质量比为3.3:1，湿磨时间为70小时，且湿磨机使用 过程中每22小时放气一次，从而保证湿磨效果，使混合料充分混合均匀，保证了后续所得刀 片性能的均匀性。湿磨结束后，将混合料进行真空干燥并制粒，然后采用550吨的四柱压力 机将球磨好的粉末压制成坯。本实施例中混合料经真空干燥并制粒后，物料粒度控制在110 目左右，松装密度控制在4g/cm 2 〇
[0084] 步骤三、烧结:将压制成型后的坯料置于烧结炉中进行烧结，烧结结束后进行冷却 即得分条分切刀的粉末冶金毛坯。本实施例中，分条分切刀坯料的烧结过程具体如下： [0085] (1)室温~320°C :将坯料由室温加热至320°C，加热时间为85min;
[0086] (2)320~370°C:将坯料由320°C加热至370°C，控制加热时间为28min，然后于370 °〇进行保温115111；[11;
[0087] (3)370~450°C:将坯料由370°C加热至450°C，控制加热时间为55min，然后于450 °C下保温57min;
[0088] (4)450~800°C :将坯料由450°C加热至800°C，控制加热时间为115min;
[0089] (5)800~1200°C:将坯料由800°C加热至1200°C，控制加热时间为108min，然后于 1200°C 下保温 40min;
[0090] (6)1200~1350°C:将坯料由1200°C加热至1350°C，控制加热时间为52min，然后于 1350°C 下保温 27min;
[0091] (7) 1350 °C~最终烧结温度:将坯料由1350 °C加热至最终烧结温度，控制加热时间 为20min，最后于最终烧结温度下烧结38min;本实施例中最终烧结温度为1390°C。
[0092] (8)冷却阶段:烧结结束后，先自然冷却，当温度下降至1200°C，调节转子流量计， 将Ar气流量调至最大，往炉膛充Ar气，当降温至800 °C时，炉门汽缸打开，启动快冷风机对坯 料进行快速冷却，并控制炉膛压力在1 OMPa。
[0093]本实施例中烧结炉的结构基本同实施例1，其区别在于：一级补蜡器701和二级补 蜡器702内均填充有金属铝环，且二级补蜡器702中悬挂臂101与支架10之间的夹角优选为 60°，从而保证了二级补蜡器702的最佳补蜡效果。脱蜡阶段开始运行时，向烧结炉内通入氩 气，并将氩气流量控制为〇.4M 3/h，当脱蜡阶段结束后，控制冷热水供应装置向补蜡装置的 夹套内供应热水，开始对捕蜡器融蜡，融蜡时间为130min，从而能够有效防止下次开炉发生 堵蜡现象，保证补蜡效果。本实施例所得分条分切刀的使用性能及使用寿命均优于实施例 1〇
[0094] 实施例3
[0095]本实施例的一种高性能硬质合金新材料分条分切刀，该分条分切刀采用粉末冶金 工艺制成，其原料的各组分按如下质量百分比组成：
[0097] 上述抑制剂为多元复合抑制剂，由如下质量百分比的组分组成：0.6 % VC、1.0 % Cr3C2 和0.4%TaC。
[0098] 本实施例的上述高性能硬质合金新材料分条分切刀的加工方法，其特征在于：该 分条分切刀的加工包括以下步骤：
[0099] 步骤一、配料:将分条分切刀的各组分分别按照质量百分比进行称量并混合；
[0100] 步骤二、湿磨、压制：将步骤一中称好的各组分混合后放入湿磨机中进行湿磨，湿 磨介质为无水酒精，且酒精与所有原材料的质量比为3.4:1，湿磨时间为72小时，且湿磨机 使用过程中每20小时放气一次，从而保证湿磨效果，使混合料充分混合均匀，保证了后续所 得刀片性能的均匀性。湿磨结束后，将混合料进行真空干燥并制粒，然后采用500吨的四柱 压力机将球磨好的粉末压制成坯。本实施例中混合料经真空干燥并制粒后，物料粒度控制 在140目左右，松装密度控制在4 · 2g/cm2 〇
[0101] 步骤三、烧结:将压制成型后的坯料置于烧结炉中进行烧结，烧结结束后进行冷却 即得分条分切刀的粉末冶金毛坯。本实施例中，分条分切刀坯料的烧结过程具体如下：
[0102] (1)室温~320°C:将坯料由室温加热至320°C，加热时间为90min;
[0103] (2)320~370°C:将坯料由320°C加热至370°C，控制加热时间为25min，然后于370 °〇进行保温11〇111；[11;
[0104] (3)370~450°C:将坯料由370°C加热至450°C，控制加热时间为58min，然后于450 °C下保温50min;
[0105] (4)450~800°C :将坯料由450°C加热至800°C，控制加热时间为113min;
[0106] (5)800~1200°C:将坯料由800°C加热至1200°C，控制加热时间为lOOmin，然后于 1200°C 下保温 42min;
[0107] (6)1200~1350°C:将坯料由1200°C加热至1350°C，控制加热时间为57min，然后于 1350°C 下保温 22min;
[0108] (7) 1350 °C~最终烧结温度:将坯料由1350 °C加热至最终烧结温度，控制加热时间 为18min，最后于最终烧结温度下烧结40min;本实施例中最终烧结温度为1410°C。
[0109] (8)冷却阶段:烧结结束后，先自然冷却，当温度下降至1200°C，调节转子流量计， 将Ar气流量调至最大，往炉膛充Ar气，当降温至800 °C时，炉门汽缸打开，启动快冷风机对坯 料进行快速冷却，并控制炉膛压力在IMPa。
[0110] 本实施例中烧结炉的结构基本同实施例1，其区别在于:一级补蜡器701和二级补 蜡器702内均填充有金属铝环，且二级补蜡器702中悬挂臂101与支架10之间的夹角为45°。 脱蜡阶段开始运行时，向烧结炉内通入氩气，并将氩气流量控制为〇. 5M3/h，当脱蜡阶段结 束后，控制冷热水供应装置向补蜡装置的夹套内供应热水，开始对捕蜡器融蜡，融蜡时间为 140min，从而能够有效防止下次开炉发生堵蜡现象，保证补蜡效果。本实施例所得分条分切 刀的使用性能较好，与实施例1接近。
[0111] 实施例4
[0112]本实施例的一种高性能硬质合金新材料分条分切刀，该分条分切刀采用粉末冶金 工艺制成，其原料的各组分按如下质量百分比组成：
[0114] 上述抑制剂为多元复合抑制剂，由如下质量百分比的组分组成：0.8%VC、0.9% Cr3C2 和0.5%TaC。
[0115] 本实施例的上述高性能硬质合金新材料分条分切刀的加工方法，其特征在于：该 分条分切刀的加工包括以下步骤：
[0116] 步骤一、配料:将分条分切刀的各组分分别按照质量百分比进行称量并混合；
[0117] 步骤二、湿磨、压制：将步骤一中称好的各组分混合后放入湿磨机中进行湿磨，湿 磨介质为酒精，且酒精与所有原材料的质量比为3.5:1，湿磨时间为69小时，且湿磨机使用 过程中每21小时放气一次，从而保证湿磨效果，使混合料充分混合均匀，保证了后续所得刀 片性能的均匀性。湿磨结束后，将混合料进行真空干燥并制粒，然后采用630吨的四柱压力 机将球磨好的粉末压制成坯。本实施例中混合料经真空干燥并制粒后，物料粒度控制在80 目左右，松装密度控制在4. lg/cm2〇
[0118] 步骤三、烧结:将压制成型后的坯料置于烧结炉中进行烧结，烧结结束后进行冷却 即得分条分切刀的粉末冶金毛坯。本实施例中，分条分切刀坯料的烧结过程具体如下：
[0119] (1)室温~320°C:将坯料由室温加热至320°C，加热时间为87min;
[0120] (2)320~370°C:将坯料由320°C加热至370°C，控制加热时间为30min，然后于370 °〇进行保温118111；[11 ;
[0121] (3)370~450°C:将坯料由370°C加热至450°C，控制加热时间为57min，然后于450 °C下保温60min;
[0122] (4)450~800°C :将坯料由450°C加热至800°C，控制加热时间为112min;
[0123] (5)800~1200°C:将坯料由800°C加热至1200°C，控制加热时间为105min，然后于 1200°C 下保温 44min;
[0124] (6)1200~1350°C:将坯料由1200°C加热至1350°C，控制加热时间为60min，然后于 1350°C 下保温 24min;
[0125] (7) 1350 °C~最终烧结温度:将坯料由1350 °C加热至最终烧结温度，控制加热时间 为21min，最后于最终烧结温度下烧结45min;本实施例中最终烧结温度为1395°C。
[0126] (8)冷却阶段:烧结结束后，先自然冷却，当温度下降至1200°C，调节转子流量计， 将Ar气流量调至最大，往炉膛充Ar气，当降温至800 °C时，炉门汽缸打开，启动快冷风机对坯 料进行快速冷却，并控制炉膛压力在4MPa。
[0127] 本实施例中烧结炉的结构基本同实施例1，其区别在于:一级补蜡器701和二级补 蜡器702内均填充有金属铝环，且二级补蜡器702中悬挂臂101与支架10之间的夹角为70°。 脱蜡阶段开始运行时，向烧结炉内通入氩气，并将氩气流量控制为〇. 3M3/h，当脱蜡阶段结 束后，控制冷热水供应装置向补蜡装置的夹套内供应热水，开始对捕蜡器融蜡，融蜡时间为 135min，从而能够有效防止下次开炉发生堵蜡现象，保证补蜡效果。本实施例所得分条分切 刀的使用性能较好，与实施例1接近。
[0128] 以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所 示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技 术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案 相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种高性能硬质合金新材料分条分切刀，其特征在于：该分条分切刀采用粉末冶金 工艺制成，其原料的各组分按如下质量百分比组成： CT 0.40-0.50%, WC 80.0 ~80.5%, Co 17.0-17.5%, 抑制剂 1.6-2.2%, 十八酸 0.05~0.08%。2. 根据权利要求1所述的一种高性能硬质合金新材料分条分切刀，其特征在于:所述的 抑制剂为多元复合抑制剂，由如下质量百分比的组分组成:〇. 5-0.8 % VC、0.6-1.0 % Cr3C2和 0.3-0.5%TaC〇3. 根据权利要求1或2所述的一种高性能硬质合金新材料分条分切刀的加工方法，其特 征在于:该分条分切刀的加工包括以下步骤： 步骤一、配料:将分条分切刀的各组分分别按照质量百分比进行称量并混合； 步骤二、湿磨、压制:将步骤一中得到的混合粉料进行湿磨、干燥并制粒，然后将混合粉 料压制成坯； 步骤三、烧结:将压制成型后的坯料置于烧结炉中进行烧结，烧结结束后进行冷却即得 分条分切刀的粉末冶金毛坯； 步骤四、机加工:将烧结后得到的粉末冶金毛坯先后进行粗加工和精加工，即得本发明 的高性能硬质合金新材料分条分切刀。4. 根据权利要求3所述的一种高性能硬质合金新材料分条分切刀的加工方法，其特征 在于:步骤二中的湿磨是将称好的混合料放入湿磨机中研磨68-72小时，湿磨介质为无水酒 精，且酒精与混合粉料的质量比为(3.2-3.5): 1。5. 根据权利要求3所述的一种镶嵌合金高性能剪切圆刀的加工方法，其特征在于:步骤 二中混合粉料经湿磨、干燥并制粒后的粒度控制在80-140目之间，松装密度控制在3. ΘΑ. 2g/cm2 ， 然后采用 500-630吨的四 柱压力机将粉末压制成坯。6. 根据权利要求3所述的一种镶嵌合金高性能剪切圆刀的加工方法，其特征在于:步骤 三中坯料烧结的具体过程如下： (1) 室温~320°C :将坯料由室温加热至320°C，加热时间为75-90min; (2) 320~370°C :将坯料由320°C加热至370°C，控制加热时间为25-30min，然后于370°C 进行保温110_120min; (3) 370~450°C :将坯料由370°C加热至450°C，控制加热时间为55-60min，然后于450°C 下保温50_60min; (4) 450~800°C :将坯料由450°C加热至800°C，控制加热时间为110-115min; (5) 800~1200°C :将坯料由800°C加热至1200°C，控制加热时间为100-110min，然后于 1200°C 下保温40-45min; (6) 1200~1350°(：:将坯料由1200°(：加热至1350°(：，控制加热时间为50-601^11，然后于 1350°C 下保温 20-27min; (7) 1350 °C~最终烧结温度：将坯料由1350 °C加热至最终烧结温度，控制加热时间为 18-21min，最后于最终烧结温度下烧结35-45min; (8) 冷却阶段:烧结结束后，先自然冷却，当温度下降至1200°C，调节转子流量计，将Ar 气流量调至最大，往炉膛充Ar气，当降温至800°C时，炉门汽缸打开，启动快冷风机对坯料进 行快速冷却，并控制炉膛压力在1~1 OMPa。7. 根据权利要求6所述的一种镶嵌合金高性能剪切圆刀的加工方法，其特征在于:所述 的最终烧结温度控制为1390 °C~1410 °C。8. 根据权利要求3-7中任一项所述的一种镶嵌合金高性能剪切圆刀的加工方法，其特 征在于:步骤三中烧结所用烧结炉包括烧结炉炉体（1)，烧结炉炉体（1)内部由外向内依次 设有保温层(2)和发热体(3)，所述发热体(3)内部设有石墨内胆(4)，该石墨内胆(4)通过脱 蜡管道(6)与补蜡装置相连通，所述的补蜡装置内部填充有高导热金属环(9)。9. 根据权利要求8所述的一种镶嵌合金高性能剪切圆刀的加工方法，其特征在于:所述 的补蜡装置包括依次相连的一级补蜡器(701)、二级补蜡器（702)和三级补蜡器（703)，其 中，一级补蜡器(701)和二级补蜡器(702)内均填充有高导热金属环(9)，三级补蜡器(703) 内部不含高导热金属环(9)，且三级补蜡器(703)通过管道与滑阀真空栗（12)相连。10. 根据权利要求9所述的一种镶嵌合金高性能剪切圆刀的加工方法，其特征在于:所 述的一级补蜡器(701)为卧式结构，二级补蜡器(702)为立式结构，且二级补蜡器(702)内部 设有支架（10)，沿支架（10)高度方向设有交替分布的悬挂臂（101)，所述的高导热金属环 (9)悬挂于所述悬挂臂（101)，且悬挂臂（101)与支架（10)之间的夹角为30-70°。
【文档编号】B22F3/10GK105950938SQ201610387466
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】张增明, 杨威, 谢敏, 徐本富, 张荣强
【申请人】马鞍山市恒利达机械刀片有限公司