一种耐用型刀具及其制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种耐用型刀具及其制造方法，包括位于刀具轴线中部的切削层和位于切削层外部的装夹层，装夹层的硬度大于切削层，在切削层的中部，与刀具轴线同轴设置有一个膨胀空腔，膨胀空腔内过盈配合有一个支撑棒，刀具的刃口平面位于切削层上；制造过程包括毛胚件制造过程、一次加热过程、一次冷却过程、二次加热过程和二次冷却过程和成形过程；通过对刀具中心回火，外围淬火以达到刀具内外不同的物理性能；因为表面的硬度较高，刚性更好，所以可以拥有更好的安装精度；同时刀具刃口处的硬度比较小，更加容易进行打磨，刃口本身在硬度较高的刀具外表面支撑下，可以保持一定的切削力，不会因为硬度过小而容易发生变形等情况。
【专利说明】一种耐用型刀具及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种耐用型刀具及其制造方法，属于机床用刀具领域。
【背景技术】
[0002]目前，切削不锈钢材料的切削刀具具有较高的强度要求，由于刀具与不锈钢材料之间的持续摩擦产生的切削废热，导致切削刃粘结、刀具磨损严重，产生加工硬化，且易产生屑瘤，不易断屑，这些因素会影响普通刀具切削精度和使用寿命，同时普通刀具不能高速高质量地切削不锈钢。现有技术中，常通过物理沉积和化学沉积的方法在刀具上涂制硬质涂层，这种方法在一定程度上能够提高刀具的强度、硬度、耐摩擦磨损性能以及使用寿命，然而，这类膜层疏松多孔，力学性能稍差，膜基结合强度低，而所述的切削用刀具对涂层与基体之间的结合力要求较高，一旦两者之间结合力不够，则容易出现涂层脱落，影响刀具的使用寿命。
[0003]ZL201110144780.3中提到了一种采用离子对刀具内部物理性能进行改良的到制造方案以及相关刀具，此种加工方法难度比较大，无法在多数的工厂内实现，成本比较高，且此种改良方式的性能指标在非切割状态下，很难进行检测；此外该专利中提到的刀具采用脉冲方式进行离子注入，很容易对刀具内部的晶相分布以及分子致密度带来影响，影响刀具内部的应力分布，使得刀具容易在使用时发生崩裂。
[0004]再如ZL97198792.0，其中提到了一种镶刃的刀具，此种刀具虽然通过材料改良达到了良好的物理性能，但其刀具是由两种材料粘合而成，一体性差，很容易在车削时因为刀具的受热、冷却而使得两种材料之间发生开裂，导致刀具的开裂。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是:克服现有技术中刀具在高速切削时，容易整天发生磨损且打磨难度较大的技术问题，提供一种耐用型刀具及其制造方法。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种耐用型刀具，包括位于刀具轴线中部的切削层和位于切削层外部的装夹层，所述装夹层的硬度大于切削层，在所述切削层的中部，与刀具轴线同轴设置有一个膨胀空腔，所述膨胀空腔内过盈配合有一个支撑棒，所述刀具的刃口平面位于切削层上；
作为本发明的进一步创新，所述支撑棒为钛合金材质；
作为本发明的进一步创新，所述切削层为回火马氏体，所述装夹层为回火马氏体和马氏体的混合层；
一种耐用型刀具的制造过程，包括毛胚件制造过程、一次加热过程、一次冷却过程、二次加热过程和二次冷却过程和成形过程；
①毛胚件制造过程:首先在条状的毛胚件上进行钻孔从而得到膨胀空腔，钻孔的轴线应该位于条状的毛胚件的轴线上；
②一次加热过程:在膨胀空腔内灌注固化物，待固化物硬化后放入到低频电磁炉进行快速加热，加热温度稳定在80(Tl000°C ；
③一次冷却过程:将整个毛胚件进行等温淬火，待工件表面温度降低至20(T30(TC时，将毛胚件装夹到钻床上，将膨胀空腔内的固化物进行破碎处理、并且清除；
④二次加热过程，在膨胀空腔内装入加热棒，随后将工件放入到热风炉，进行慢速加热，加热温度稳定在50(T70(rC ；
⑤二次冷却过程，待工件表面温度稳定在50(T70(TC时，放入到机油池内进行分段淬火，工件外表面首先发生快速淬火，待工件表面温度降低到20(T300°C时，进行风冷，工件表面在淬火的作用下快速硬化，工件内部在加热棒的余热作用下进行回火，内部硬度低于工件表面硬度；
⑥成形过程，在膨胀空腔内填充支撑棒，支撑棒的硬度应大于或者等于工件外表面的硬度，装入完成后，对工件表面进行切割，使得工件的相对表面之间互相平行；
进一步的，所述固化物为水泥；
进一步的，所述成形过程还包括硬化过程，所述硬化过程为:
首先将工件的周围四壁设置条状的压紧块，并且通过四爪卡盘进行卡紧；
随后将支撑棒通过静力压入到膨胀空腔内；
进一步的，所述硬化过程还包括对支撑棒进行加热的过程:将支撑棒加热到30(T40(TC后，经由空气锤压入到膨胀空腔内；
进一步的，所述加热棒包括石英外管和电热内管，所述石英外管套接在电热内管上，所述石英外管与膨胀空腔之间填充有导热硅脂。
[0007]本发明的有益效果是:
1、本发明通过差速、差温对工件进行局部冷却来改良刀具不同位置的物理特性。
[0008]刀具中部材料的硬度要小于刀具外部材料的硬度，首先使得刀具在装夹的时候，因为表面的硬度较高，刚性更好，所以可以拥有更好的安装精度；同时刀具刃口处的硬度比较小，更加容易进行打磨，刃口本身在硬度较高的刀具外表面支撑下，可以保持一定的切削力，不会因为硬度过小而容易发生变形等情况。
[0009]在切削进刀速度过快，刃口定压力过大的情况下，硬度较小的刃口会首先发生变形，相比于传统的整体刚度都比较高的刀具，本发明的刀具可以及时的发现前述问题，不会在整个刀具都变形或者开裂的情况下才发现，在刃口变形后，可以及时的减少进刀量，并且重新打磨刃口，防止工件和机床的损坏。
[0010]支撑棒可以为刀具提供良好的支撑性能和刚性，减少刀具在长时间的切削后，发生的变形等情况。
[0011]2、钛合金材质的支撑棒不仅利用了钛合金良好的刚性和表面硬度，同时也利用了钛合金良好的金属融合性能，相比于其他金属，钛合金一旦发生融合，就不容易脱落，稳定性得到了提高。
[0012]3、回火马氏体的硬度适中，非常适合本发明中所提到的低硬度刃口的加工。
[0013]4、本发明在毛胚一次加热之前，在毛胚中打孔并加入水泥，此种结构以及加工方式相比于直接加热，在水泥的支撑下，应力变形更小，而且水泥的传热系数接近于钢，不会因为水泥本身与钢变形量不同而导致刀具的毛胚件变形，同时一次加热也主要改善毛胚整体的金属晶体结构； 二次加热将水泥的固化物去除，替换为加热棒，加热棒与毛胚共同受热升温，防止升温不同、膨胀不同步，导致加热棒破碎和毛胚件的变形；
二次冷却通过加热棒对毛胚件的内部进行保温，使得淬火与退火同步进行，相比于传统的局部淬火，本发明的晶体的可控性更好；
5、本发明的硬化过程用于改善刀具内部分子的致密度，防止冷却不同步所产生的内部应力不均匀，刀具内部应力不均匀，很容易在使用时，发生刀具的崩裂，同时也可以防止支撑棒插入时，刀具表面因为变形而发生的开裂。
[0014]6、加热后的支撑棒其表面硬度更低，从而对因为热处理而变形的膨胀空腔进行良好的填充，增大其结合力，保证应力的均匀。
[0015]7、石英管与电热的加热管取材方便，且具有良好的防水、防油性能，不容易破损，可以反复使用，所填充的导热硅脂可以防止毛胚受热变形时，石英管受压破碎。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0017]图1是工件毛胚状态时的示意图；
图2是二次冷却完成后工件的纵向剖视图；
图3是二次冷却完成后工件的横向剖面图；
图4是成形过程完成后工件的的剖面图。
[0018]图中包括:装夹层1、膨胀空腔2、切削层3、毛胚件4、支撑棒5。
【具体实施方式】
[0019]现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0020]如图4所示，一种耐用型刀具，包括位于刀具轴线中部的切削层3和位于切削层3外部的装夹层1，所述装夹层I的硬度大于切削层3，在所述切削层3的中部，与刀具轴线同轴设置有一个膨胀空腔2，所述膨胀空腔2内过盈配合有一个钛合金材质的支撑棒5，所述刀具的刃口平面位于切削层3上；
所述切削层3为回火马氏体，所述装夹层I为回火马氏体和马氏体的混合层；
如图广3，耐用型刀具的制造过程包括毛胚件制造过程、一次加热过程、一次冷却过程、二次加热过程和二次冷却过程和成形过程；
①毛胚件制造过程:首先在条状的毛胚件4上进行钻孔从而得到膨胀空腔，钻孔的轴线应该位于条状的毛胚件4的轴线上，膨胀空腔的截面积应该为毛胚件截面积的四分之一甚至更小，膨胀空腔过大可能会使得切削层过大而影响刀具本体的刚性，如果膨胀空腔过小会使得切削层过小，会导致刃口变形不够明显，不易被观察；
②一次加热过程:在膨胀空腔内灌注水泥，待水泥硬化后放入到低频电磁炉进行快速加热，加热温度稳定在80(Tl00(TC，此时可以获得较为均匀的奥氏体，同时水泥表面的粘合力以及水泥本身的刚性，可以防止毛胚在加热时因为应力释放导致的毛胚变形；
③一次冷却过程:将整个毛胚件4进行等温淬火，待工件表面温度降低至20(T30(TC时，将毛胚件装夹到钻床上，将膨胀空腔内水泥的固化物进行破碎处理、并且清除，通过一次冷却可以对膨胀空腔进行二次的成形，防止膨胀空腔在一次加热时，因过度变形导致支撑棒插入时发生折断；
④二次加热过程，在膨胀空腔内装入加热棒，随后将工件放入到热风炉，进行慢速加热，加热温度稳定在50(T700°C，加热棒包括石英外管和电热内管，所述石英外管套接在电热内管上，所述石英外管与膨胀空腔之间填充有导热硅脂，慢速加热可以使得工件内部受热更加均匀，获得更加均匀的奥氏体；
⑤二次冷却过程，待工件表面温度稳定在50(T70(TC时，放入到机油池内进行分段淬火，工件外表面首先发生快速淬火，待工件表面温度降低到20(T300°C时，进行风冷，工件表面在淬火的作用下快速硬化，工件内部在加热棒的余热作用下进行回火，内部硬度低于工件表面硬度，此时就可以在工件内部或得硬度相对较低，但是韧性较好的切削层，同时也可以获得刚性较好，装夹精度更高的装夹层；
⑥成形过程，在膨胀空腔内填充支撑棒5，支撑棒5的硬度应大于或者等于工件外表面的硬度，装入完成后，对工件表面进行切割，使得工件的相对表面之间互相平行；
所述成形过程还包括硬化过程，所述硬化过程为:
首先将工件的周围四壁设置条状的压紧块，并且通过四爪卡盘进行卡紧，随后将支撑棒5通过静力压入到膨胀空腔内；
所述硬化过程还包括对支撑棒5进行加热的过程:将支撑棒加热到30(T400°C后，经由空气锤压入到膨胀空腔内。
[0021]加工完成后，在工件的中部，切出一个斜槽，进行刀刃的加工；
刀具中部材料的硬度要小于刀具外部材料的硬度，首先使得刀具在装夹的时候，因为表面的硬度较高，刚性更好，所以可以拥有更好的安装精度；同时刀具刃口处的硬度比较小，更加容易进行打磨，刃口本身在硬度较高的刀具外表面支撑下，可以保持一定的切削力，不会因为硬度过小而容易发生变形等情况。
[0022]在切削进刀速度过快，刃口定压力过大的情况下，硬度较小的刃口会首先发生变形，相比于传统的整体刚度都比较高的刀具，本发明的刀具可以及时的发现前述问题，不会在整个刀具都变形或者开裂的情况下才发现，在刃口变形后，可以及时的减少进刀量，并且重新打磨刃口，防止工件和机床的损坏。
[0023]支撑棒可以为刀具提供良好的支撑性能和刚性，减少刀具在长时间的切削后，发生的变形等情况。
[0024]以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
【权利要求】
1.一种耐用型刀具，其特征是:包括位于刀具轴线中部的切削层和位于切削层外部的装夹层，所述装夹层的硬度大于切削层，在所述切削层的中部，与刀具轴线同轴设置有一个膨胀空腔，所述膨胀空腔内过盈配合有一个支撑棒，所述刀具的刃口平面位于切削层上。
2.如权利要求1所述的，其特征是:所述支撑棒为钛合金材质。
3.如权利要求1所述的，其特征是:所述切削层为回火马氏体，所述装夹层为回火马氏体和马氏体的混合层。
4.一种如权利要求1所述的耐用型刀具的制造方法:包括毛胚件制造过程、一次加热过程、一次冷却过程、二次加热过程和二次冷却过程和成形过程； 毛胚件制造过程:首先在条状的毛胚件上进行钻孔从而得到膨胀空腔，钻孔的轴线应该位于条状的毛胚件的轴线上； 一次加热过程:在膨胀空腔内灌注固化物，待固化物硬化后放入到低频电磁炉进行快速加热，加热温度稳定在80(Tl000°C ； 一次冷却过程:将整个毛胚件进行等温淬火，待工件表面温度降低至20(T30(TC时，将毛胚件装夹到钻床上，将膨胀空腔内的固化物进行破碎处理、并且清除； 二次加热过程，在膨胀空腔内装入加热棒，随后将工件放入到热风炉，进行慢速加热，加热温度稳定在50(T70(TC ； 二次冷却过程，待工件表面温度稳定在50(T70(TC时，放入到机油池内进行分段淬火，工件外表面首先发生快速淬火，待工件表面温度降低到20(T30(TC时，进行风冷，工件表面在淬火的作用下快速硬化，工件内部在加热棒的余热作用下进行回火，内部硬度低于工件表面硬度； 成形过程，在膨胀空腔内填充支撑棒，支撑棒的硬度应大于或者等于工件外表面的硬度，装入完成后，对工件表面进行切割，使得工件的相对表面之间互相平行。
5.如权利要求4所述的一种耐用型刀具的制造方法，其特征在于:所述固化物为水泥。
6.如权利要求4所述的一种耐用型刀具的制造方法，其特征在于:所述成形过程还包括硬化过程，所述硬化过程为: 首先将工件的周围四壁设置条状的压紧块，并且通过四爪卡盘进行卡紧； 随后将支撑棒通过静力压入到膨胀空腔内。
7.如权利要求6所述的一种耐用型刀具的制造方法，其特征在于:所述硬化过程还包括对支撑棒进行加热的过程:将支撑棒加热到30(T40(TC后，经由空气锤压入到膨胀空腔内。
8.如权利要求4所述的一种耐用型刀具的制造方法，其特征在于:所述加热棒包括石英外管和电热内管，所述石英外管套接在电热内管上，所述石英外管与膨胀空腔之间填充有导热硅脂。
【文档编号】C21D9/22GK104400037SQ201410789665
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月19日 优先权日:2014年12月19日
【发明者】郭丽娟 申请人:苏州路路顺机电设备有限公司