CN103898388B - 一种高性能超细晶硬质合金新材料分条分切刀 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能超细晶硬质合金新材料分条分切刀，属于硬质合金刀具技术领域。本发明的一种高性能超细晶硬质合金新材料分条分切刀，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、85.0～85.5%WC、12.0～12.5%Co、0.4～0.6%Vc、0.7～0.9%Cr3C2、0.6～0.8%TaC、0.03～0.07%十八酸。本发明采用独创的超细晶材料新配方，从配料上有效解决因湿磨分散不良带来的孔隙和Co相分布不均等问题，从而制取优质混合料，生产出高性能高精度分切剪切刀具，刀具具备高硬度、高强度、强耐磨、韧性好，其质量和综合使用性能居国内领先地位。
Description
技术领域
本发明涉及硬质合金刀具技术领域，更具体地说，涉及一种高性能超细晶硬质合金新材料分条分切刀，适合用于锂电行业、金属薄膜、印刷包装业机床数控剪切刀具。
背景技术
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——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，被广泛地应用在汽车及零部件生产、模具制造、航空航天等重工业领域，但我国刀具企业却盲目地、大量地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。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，其中优质硬质合金刀具所占的比重不足25%，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。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。
我国锂电行业近几年虽然有突飞猛进的发展，但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和给后续带来的质量问题，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，未来给行业带来生存和发展危机。由此，锂电行业及有色薄膜分切的许多厂家试图改变现状，纷纷进口国外分切刀具，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，一些厂家也不得不放弃进口刀具，继续使用高速钢刀具。
近几年来，国内一些刀具厂家也曾试图开发硬质合金钨钢，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，由于刃口质量要求高，加工难度大，普通硬质合金晶粒度难于满足分切刀刃加工要求，无法制作优质的超细晶硬质合金材料刀具。
关于超细晶硬质合金材料刀具，尤其是选用超细晶粒硬质碳化物WC和粘结金属Co粉制造的刀具，其关键的技术难点在于以下几方面：（1）由于配料的不合理性，导致配料组分的分散不良带来的孔隙和Co相分布不均问题，从而无法制取优质混合料；（2）在压制成坯之前进行的布料工序不合理，现有的布料过程一般采用静止擀压法，即将混合料倒入刀具成型槽内，用钢尺对刀具成型槽内的混合料进行往返擀压，从而达到抹平的效果，但是这种静止擀压会造成布料不均匀，从而产生压坯密度差，无法保证刀坯在烧结后各点的高度差在0.2～0.5mm之间，导致最终产品产生隐裂纹和分层。基于上述问题，导致现有技术中的超细晶硬质合金材料刀具综合性能较差。
通过专利检索，关于粉末冶金刀具现有技术中已经相关技术方案公开，如中国专利申请号：201310550868.4，申请日：2013-11-09，发明创造名称为：一种高硬度超耐磨粉末冶金刀具及其制备方法，该申请案涉及一种高硬度超耐磨粉末冶金刀具，由下列重量份的原料制成：氮化硼70-72、硼1-2、铝3-4、金刚石粉9-12、铁20-21、钴1-2、钨4-5、石墨烯1-2、Ta2O51-2、Mn2O32-3、硫化钙1-2、硬酸酸锌2-3、分散相2-3；所述分散相由下列重量份的原料制成：铁粉30-40、硫酸铅1-2、氯化铁1-2、钾长石粉2-3、阳起石5-6、硫酸镁2-3、纳米二氧化硅1-2、N660炭黑2-3、甲基三乙氧基硅烷1-2；制备方法是将铁粉、硫酸铅、氯化铁、钾长石粉、阳起石、硫酸镁混合，研磨成200-300目粉末，然后加入甲基三乙氧基硅烷混合均匀，在10-15Mpa下压制成坯料，然后，送入920-950℃下煅烧3-4小时，冷却后，粉碎成300-400目粉末，与其它剩余成分混合，加热至60-70℃，在1200-1500转/分下搅拌1-2小时，即得。该申请案中的配料不尽合理，无法保证Co相分布不均问题。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中超细晶硬质合金材料刀具的Co相分布不均，及布料不均匀带来的压坯密度差问题，本发明提供了一种高性能超细晶硬质合金新材料分条分切刀，采用本发明的技术方案，能够从配料上有效解决因湿磨分散不良带来的孔隙和Co相分布不均等问题，从而制取优质混合料。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种高性能超细晶硬质合金新材料分条分切刀，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：
优选地，原料的各组分按如下质量百分比组成：
优选地，原料的各组分按如下质量百分比组成：
优选地，原料的各组分按如下质量百分比组成：
3.有益效果
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：
（1）本发明的一种高性能超细晶硬质合金新材料分条分切刀，采用独创的超细晶材料新配方，从配料上有效解决因湿磨分散不良带来的孔隙和Co相分布不均等问题，从而制取优质混合料，生产出高性能高精度分切剪切刀具，刀具具备高硬度、高强度、强耐磨、韧性好，其质量和综合使用性能居国内领先地位，与国外同类产品质量相当，却具有更好的通用性和绝对的价格优势。是完全可以取代进口分条分切刀具和高速钢刀具的产品，也是具备开发国外市场实力的产品；
（2）本发明的一种高性能超细晶硬质合金新材料分条分切刀，其抗弯强度大于4000N/mm2，抗裂强度大于565000psi，非化合碳孔隙度为A02B00C00，合金平均晶粒度小于0.5μm，本发明的分条分切刀不仅能有效解决分条分切产品卷边现象，同时保证切口无毛边，无塌边，使用寿命是普通硬质合金的5-10倍，是高速钢的几十倍，而价格比国外同类产品低50%以上。该技术产品材料也可作为生产有色金属﹑钢材、皮革、纺织、塑料、木材等行业的刀具工具使用，未来前景广阔。
附图说明
图1为本发明中转盘布料装置的主视结构示意图；
图2为本发明中转盘布料装置的的俯视结构示意图。
示意图中的标号说明：1、圆盘；2、外圆环；3、内圆环；4、中心圆环；5、旋转底座；51、旋转体；52、支撑体；61、第一垫块；62、第二垫块。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
本实施例的一种高性能超细晶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：0.45%CT、85.2%WC、12.3%Co、0.5%Vc、0.8%Cr3C2、0.7%TaC、0.05%十八酸。本实施例中的CT指邻苯二酚，WC指碳化钨粉，Co指钴粉，Vc指碳酸亚乙烯酯，Cr3C2指碳化铬，TaC指碳化钽。
本实施例的一种高性能超细晶硬质合金新材料分条分切刀，其步骤为：（1）配料：分条分切刀原料的各组分按上述组分配置；（2）将混合料进行研磨并干燥，干燥后进行旋转布料并压制成坯；（3）压制成坯之后，进行粉末冶金的烧结工序，烧结结束后进行冷却。本实施例中步骤（2）的旋转布料采用转盘布料装置进行（如图1和图2所示），该转盘布料装置包括圆盘1、外圆环2、内圆环3、中心圆环4、第一垫块61、第二垫块62和旋转底座5，其中，旋转底座5包括旋转体51和支撑体52，旋转体51位于旋转底座5的上部，支撑体52位于旋转底座5下部，所述的圆盘1位于旋转底座5顶端，且圆盘1下表面中心处开有凹槽，上述的旋转体51嵌入圆盘1凹槽内，旋转体51为水平放置的滚珠轴承，支撑体52与滚珠轴承的内环固连，圆盘1在转动时旋转体51与之同步转动，且支撑体52不动，这种转动布料方式使得布料速度更快且布料均匀。内圆环3外圈设置有外圆环2，且内圆环3的外圆周直径等于外圆环2的内圆周直径，内圆环3内圈设置有中心圆环4，且内圆环3的内周直径等于中心圆环4的外圆周直径。外圆环2与圆盘1之间设置有3块第一垫块61，且外圆环2的上表面高于内圆环3的上表面，中心圆环4与圆盘1之间设置有3块第二垫块62，且中心圆环4上表面高于外圆环2的上表面，使得中心圆环4外圆周面、外圆环2内圆周面与内圆环3上表面形成环形槽，三个面形成的环形槽用于布料时放入混合料，具体在擀料时，一边旋转圆盘1，一边用钢尺一端抵住中心圆环4进行擀料，这样的旋转擀料过程有效的避免了拱桥效应，克服了压制品布料不匀产生压坯密度差的问题，使刀坯在烧结后各点的高度差在0.2～0.5mm间，保证最终产品不产生隐裂纹和分层。
本实施例中创新设计的布料转盘在使用时，先根据所需刀片的规格挑选既定规格的圆盘1、外圆环2、内圆环3、中心圆环4、第一垫块61和第二垫块62，然后先将旋转底座5竖直放置在工作台上，再把圆盘1底部的凹槽对准旋转底座5上端的旋转体51，即完成圆盘1与旋转底座5的组装，接着把内圆环3放置在圆盘1中心处，随后在内圆环3的外圈外放置第一垫块61，并在其内圈内放置第二垫块62，然后在第一垫块61上安放外圆环2，在第二垫块62上放置中心圆环4，即组装完毕。在圆盘1底部中心设一转动轴承为圆周中点，无论圆刀直径多少，布料时围绕圆周中点转动一圈，圆刀表面积的每一个部位将布料一次，克服了因超细物料松装密度小压制布料不匀产生密度差导致产品隐裂纹和烧结变形。
本发明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（如Vc、Cr3C2、Tac等），同时根据研磨机理加入活化物质（如十八酸）。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，从而提高分散能力，增加钴在WC中分布均匀性；添加多种微量抑制剂，抑制合金晶粒长大；烧结后得到平均晶粒度≤0.5μm的合金材料（普通合金晶粒度为1.0μm～5.0μm间）；添加少量十八酸作湿磨活化物质，提高粉末颗粒的表面能，增加粉末湿磨时分散，有利于烧结时WC颗粒的致密性重排。
总所周知，在烧结过程中，由于局部碳含量或氧含量不均匀，会产生局部烧结液相点不同；如果局部碳含量过高，经1280℃-1300℃的条件下与WC（W、C、Co）的固溶体发生三元共晶反应后，多余的碳在1320℃时还会与钴发生二元共晶反应；导致液相烧结点降低，相对延长液相保持时间，为碳化钨的溶解析出提供过多的时间与空间；造成晶粒的过分长大，引起产品局部区域的脆性增加、裂纹易产生甚至扩展，这将大大影响着产品的整体强度；如果局部氧含量过高，产品局部氧化物在低温条件下无法还原，残余氧化物需要消耗部分化合碳进行还原，造成WC晶格缺陷，产生过量W2C；在进入1280℃-1300℃三元共晶条件下，由于局部化合碳量不足，影响三元共晶和液相数量，过早完成了液相中碳化钨和钴的溶解析出，给产品形成明显的收缩不均匀，局部没完成收缩条件将造成大量孔隙和钴偏析现象，形成钴池，引起产品局部区域的脆性增加，导致最终产品的整体强度大大降低。本实施例则通过原料的配置上以及布料均匀化上入手，严格控制压坯的物料均匀性，有效解决因湿磨分散不良带来的孔隙和Co相分布不均等问题，从而保证烧结过程中局部碳含量均匀化。
本实施例克服了传统硬质合金材料难于具有高硬度、高强度和强抗冲击韧性，采用本实施例的技术方案，能够满足锂电行业有色金属薄膜分切刀具产品的材质性能要求。本实施例的超细晶硬质合金分条分切刀片是针对现代机床为中国乃至国际锂电行业极片、有色金属薄膜及印刷包装业所开发的实用工业产品。本实施例的产品材料性能、刀具几何设计及制造加工参数均达到或超过了国内外同类产品水平。表1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。
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
综合采用新材料及独特刀具设计技术和加工工艺，制造出优质超细晶粒硬质合金分条分切刀，使该刀具不仅适合于锂电行业及有色金属薄膜分切设备使用，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。
实施例2
本实施例的一种高性能超细晶硬质合金新材料分条分切刀，其原料的各组分按如下质量百分比组成：0.40%CT、85.5%WC、12.0%Co、0.57%Vc、0.7%Cr3C2、0.8%TaC、0.03%十八酸。其它同实施例1。
实施例3
本实施例的一种高性能超细晶硬质合金新材料分条分切刀，其原料的各组分按如下质量百分比组成：0.50%CT、85.0%WC、12.5%Co、0.4%Vc、0.9%Cr3C2、0.63%TaC、0.07%十八酸。其它同实施例1。
Claims (2)
1.一种高性能超细晶硬质合金材料分条分切刀，其特征在于，分条分切刀采用粉末冶金工艺制成，
(1)配料，其原料的各组分按如下质量百分比组成：
(2)将混合料进行研磨并干燥，干燥后进行旋转布料并压制成坯；旋转布料采用转盘布料装置进行，该转盘布料装置包括圆盘、外圆环、内圆环、中心圆环、第一垫块、第二垫块和旋转底座，其中，旋转底座包括旋转体和支撑体，旋转体位于旋转底座的上部，支撑体位于旋转底座下部，所述的圆盘位于旋转底座顶端，且圆盘下表面中心处开有凹槽，上述的旋转体嵌入圆盘凹槽内，旋转体为水平放置的滚珠轴承，支撑体与滚珠轴承的内环固连，圆盘在转动时旋转体与之同步转动，且支撑体不动；内圆环外圈设置有外圆环，且内圆环的外圆周直径等于外圆环的内圆周直径，内圆环内圈设置有中心圆环，且内圆环的内周直径等于中心圆环的外圆周直径；外圆环与圆盘之间设置有第一垫块，且外圆环的上表面高于内圆环的上表面，中心圆环与圆盘之间设置有第二垫块，且中心圆环上表面高于外圆环的上表面，使得中心圆环外圆周面、外圆环内圆周面与内圆环上表面形成环形槽；
(3)压制成坯之后，进行粉末冶金的烧结工序，烧结结束后进行冷却。
2.根据权利要求1所述的一种高性能超细晶硬质合金材料分条分切刀，其特征在于：原料的各组分按如下质量百分比组成：
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Effective date of registration: 20141201 Address after: 243131 Anhui province Ma'anshan City District Bowang town Bowang Applicant after: Maanshan City Henglida Machine Blade Co., Ltd. Address before: 243131 Anhui city of Ma'anshan province Bowang District Bowang town science and Technology Park Applicant before: MAANSHAN HENGYONGLI MACHINERY TECHNOLOGY CO., LTD. |
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