一种两端带沉孔的内冷式硬质合金刀杆的制造方法与流程

本发明涉及了一种硬质合金刀杆的制造方法，特别是一种两端带沉孔的内冷式硬质合金刀杆的制造方法。

背景技术：

刀杆主要用于机械加工中固定切削刀头或刀片。在金属切削加工中，切削力的作用会使刀杆发生弯曲和振动，而刀杆的刚度决定了刀杆的振动幅度和频率。对于普通刀杆，当长径比(l/d)超过4倍时，刀杆的振动将引起刀具振动，使得加工无法正常进行。相比普通刀杆，硬质合金刀杆因硬度高和挠曲度低而具有更好的抗震性，加工过程不容易产生振刀，即使大悬长，偏摆也非常小，大大提高了加工效率和加工工件的尺寸精度和光洁度。然而，目前市场上的硬质合金刀杆在使用时常因韧性不足而断裂失效。

传统刀具在加工金属工件时易造成过热现象，容易损坏工件或使加工产品产生瑕疵，常用的冷却方式是在刀具外面通冷却液，不仅冷却液温度容易升高，而且其心部无法达到降温效果，造成刀具切削效果差，使用寿命低。为此，带孔的内冷式刀具因其内部带孔可以实现内部降温而引起人们的广泛关注和应用。然而，普通的实心刀杆夹持带孔刀具时因不能进行向刀具内孔通冷却液的操作而无法实现刀具内部降温的目的，因此，带通孔的内冷式硬质合金刀杆的制造研究具有重要意义。

传统工艺制造带内部冷却通孔和沉孔的硬质合金的方法是：先使用带芯杆的模具挤压出带通孔的毛坯，再根据毛坯直径大小将毛坯干燥8-17天，将干燥毛坯进行预烧，使其具备一定强度，再将预烧毛坯加工出沉孔，然后将加工后的预烧毛坯重新进行烧结，获得带沉孔的内冷式硬质合金。这种方法不仅增加了毛坯干燥工序、预烧工序和半加工序，增加了电耗，延长了交货期，而且预烧工序还会对合金的碳波动产生影响，进而影响合金的性能稳定性。

技术实现要素：

本发明的目的是针对目前刀杆无法实现刀具内部降温、带沉孔及通孔刀杆加工繁琐的不足，提供一种两端带沉孔的内冷式硬质合金刀杆的制造方法，旨在为内冷式刀具提供一种硬质合金刀杆，以实现刀具的内部冷却，提高刀具的加工质量、加工效率和使用寿命。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种两端带沉孔的内冷式硬质合金刀杆的制造方法，采用以下步骤：

（1）粉料混合：将硬质合金原料加入球磨机内，进行湿磨，湿磨结束前，加入成型剂，卸料、干燥、过筛，获得混合粉料；

（2）压制成型：模具中加入混合粉料，分阶段加压，卸压、脱模，制得带沉孔的内冷式硬质合金刀杆毛坯；

（3）烧结：将毛坯放入低压烧结炉内烧结，制得带沉孔的内冷式硬质合金刀杆。

所述成型剂的添加时间是湿磨结束0.5-2.5h前，优选0.5-1.5h前，添加方式是将湿磨机升温至50℃-60℃，再将成型剂加入到湿磨料浆中。

所述湿磨的时间为6-10h，优选7-9h。

所述硬质合金原料由wc、co和ni组成，wc含量为84%-90%，co含量为6%-10%，ni含量为4%-6%；所述wc是晶粒度为5-8μm，碳含量为6.0%-6.2%的碳化钨粉。

所述湿磨的介质是正己烷，其加入量为总料重的0.2%-0.3%。

所述成型剂是石蜡和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（sbp）的混合物，石蜡的添加量为总料重的1.5%-2.5%，sbp的添加量为总料重的0.5%-1.0%。

所述压制成型过程的分阶段加压的条件为10mpa加压10s，50mpa加压15s，90mpa加压30s。

所述烧结过程中在温度1250℃-1450℃的液相烧结阶段，通入5-10mpa的氩气，通气时间为1-3h。

所述的压制方法是干袋压机压制。

所述模具包括芯杆、端盖、橡胶环、塑胶外模套，所述芯杆尺寸与所述刀杆的通孔与沉孔尺寸相同；所述上、下端盖尺寸相同，且端盖的中心轴处设有一个通孔；所述橡胶环的高度与所述端盖高度一致，在芯杆和端盖之间，实现芯杆与端盖的紧密配合；所述塑胶外模套的内直径与刀杆外直径相同。

本发明制作的硬质合金刀杆，中间具有内冷却通孔，两端带有沉孔，通孔用于通入冷却液而对刀具内部进行冷却，沉孔用于夹持刀具。

本发明具有以下有益优点：

对于粉料混合工艺，相比传统的“混合料湿磨-料浆沉淀-湿磨料干燥-掺成型剂-过筛”工艺路线，本发明提供的工艺路线为“混合料湿磨+成型剂-湿磨料干燥-过筛”，本发明在湿磨过程中加入成型剂，不仅使成型剂在湿磨过程中将混合料包裹，缩短混合料与空气接触时间，降低混合料被氧化的可能性，还减少“料浆沉淀”和“掺成型剂”两道工序，大大节约了时间、电耗和人力耗费。

对于两端带沉孔的内冷式硬质合金刀杆的制造工艺，相比传统的“设计并制作带芯杆模具-挤压带通孔的毛坯-挤压毛坯干燥-毛坯进行800℃预烧-预烧毛坯半加工出两端沉孔-半加毛坯烧结”工艺路线，本发明提供的工艺路线为“设计并制作模具-干袋压机直接压出两端带沉孔、中间为通孔的硬质合金刀杆毛坯-毛坯进烧结炉进行烧结”，本发明提供的干袋压机成型方式不仅设计了不同厚度的弹性橡胶环，实现多个芯杆与一个端盖的紧密配合，减少了端盖制作数量，节省了模具制作成本，本发明提供的工艺路线还省去了“挤压毛坯干燥工序”、“预烧工序”和“半加工工序”，不仅节省10-23天时间，缩短交货期，节约电耗，还避免该三个环节对粉料的氧化，降低粉料碳含量的波动，提高合金性能的稳定性。相比普通刀杆，采用本发明方案制造的硬质合金刀杆抗弯强度提高13%-20%，冲击韧性提高25%-40%，满足刀杆的使用需求。

本发明提供的硬质合金刀杆制备方法，可制得高冲击韧性的内冷式硬质合金刀杆，不仅大大降低了刀杆的断裂失效率，延长了刀杆的使用寿命，刀杆的内冷特点还大幅度提高了刀具的加工质量、加工效率和刀具使用寿命。此外，与传统工艺相比，本发明提供的硬质合金刀杆制备方法简化了生产工艺，大大缩短了生产周期，降低了电耗和能耗，取得了良好的经济和社会效益。

附图说明

图1是实施例1两端带沉孔的内冷式硬质合金刀杆的结构示意图；

图2是实施例1两端带沉孔的内冷式硬质合金刀杆模具示意图。

其中，1-通孔，2-沉孔，3-芯杆，4-橡胶环，5-下端盖，6-外模套，7-上端盖。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明，但本发明不受下述实施例的限制。

实施例1硬质合金刀杆的制造

本发明提供的硬质合金刀杆，中间具有内冷却通孔1，两端带有沉孔2，通孔用于通入冷却液而对刀具内部进行冷却，沉孔用于夹持刀具，其制造方法采用以下步骤：

（1）粉料混合：将重量为87%的晶粒度为6μm，碳含量为6.18%的wc粉和重量为9%的co粉，重量为4%的ni粉倒入球磨机中，加入总料重的0.25%的正己烷，湿磨8小时，将湿磨机升温至55℃，加入2.5%的石蜡和0.5%的sbp胶，再湿磨0.5小时过筛卸料，湿磨料浆干燥、过筛，获得混合粉料。

（2）压制成型：采用干袋压机压制硬质合金刀杆毛坯的制备方法为：根据硬质合金刀杆的尺寸要求，设计并制作相应的芯杆3、橡胶环4、下端盖5、塑胶外模套6、上端盖7等模具组件。实施时，选择合适厚度的所述橡胶环4分别套在所述芯杆3的两个端面上，再将所述芯杆3插入所述下端盖5的通孔中，所述芯杆3和所述下端盖5紧密配合，套上所述塑胶外模套6，将组合整体放在干袋压机的底座上，加入混合粉料，盖上所述上端盖7，启动干袋压机将组合套装提升至压机的上挡板处，加压10mpa，50mpa，90mpa，加压时间分别为10秒，15秒，30秒，卸压、脱模，制得两端带沉孔的内冷式硬质合金刀杆毛坯。

（3）烧结：将压制刀杆毛坯放进低压烧结炉，在1250℃-1450℃液相烧结阶段，通入9mpa的氩气，通气2小时，制得高致密性、高强度、高冲击韧性的两端带沉孔的内冷式硬质合金刀杆样品s1。

实施例2硬质合金刀杆的制造

制造步骤与实施例1相同，不同之处在于co含量为8%，ni含量为5%，加入总料重的0.3%的正己烷，湿磨7小时，将湿磨机升温至50℃，加入2.0%的石蜡和1.0%的sbp，再湿磨1小时过筛卸料；通入5mpa氩气，通气时间为1.5h。获得样品为s2。

实施例3硬质合金刀杆的制造（常用传统方法）

将重量为92%的晶粒度为6μm，碳含量为6.18%的wc粉和重量为8%的co粉加入到湿磨机中，湿磨10h，卸料、酒精沉淀20h；对沉淀后湿磨料干燥4h，加入6.0%蜡，2h后卸料、过筛，得含蜡混合料；将混合料加入到安装有芯杆模具的挤压机中，挤压出中间带有通孔的刀杆毛坯，依据毛坯直径不同，将毛坯干燥13天，得干燥毛坯；将干燥后的毛坯放入烧结炉中升温至800℃进行预烧，得具备一定强度的预烧毛坯；对预烧后的毛坯进行半加工，加工出两端的沉孔，得两端带沉孔的内冷式刀杆毛坯；将半加后的毛坯放入烧结炉中烧结，得中间带通孔、两端带沉孔的内冷式硬质合金刀杆。所得样品为s3。

实施例4硬质合金刀杆的性能检测

采用gb/t3850-2015《致密烧结金属材料与硬质合金密度测定方法》测定各实施例中制得的硬质合金刀杆的密度；采用洛式硬度计以60kg载荷和钻石锥压入器，测定各实施例所得样品的硬度（hra）；采用gb/t3851-2015《硬质合金横向断裂强度测定方法》测定各实施例所得样品的抗弯强度；采用gb/t1817-2015《硬质合金常温冲击韧性的测定方法》测定各实施例所得样品的冲击韧性值，结果如表1所示。由表中数据可知，为85.0-86.0hra，抗弯强度≥2500n/mm²。相比普通刀杆，采用本发明方案制备的硬质合金刀杆抗弯强度提高13%-20%，冲击韧性提高25%-40%，满足刀杆的使用需求。

表1硬质合金刀杆性能测定结果