CN104400035A - 一种耐用型镗刀及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耐用型镗刀及其制造方法，结构包括位于刀具横向轴线中部的切削层和位于切削层两侧的装夹层，装夹层的硬度大于切削层，刀具的刃口平面位于切削层上，加工方法包括一次加热过程、一次冷却过程、切削过程、装夹过程、二次加热过程和二次冷却过程和成形过程；通过在二次加热过程之前在毛胚上安装传热机构和热缓冲机构，使得在二次冷却过程中，可以局部淬火，达到中部与两边硬度不同的目的。

Description

一种耐用型镗刀及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种耐用型镗刀及其制造方法，属于机床用刀具领域。

背景技术

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。

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。

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

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。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种耐用型镗刀，包括位于刀具横向轴线中部的切削层和位于切削层两侧的装夹层，所述装夹层的硬度大于切削层，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。

一种耐用型镗刀的制造方法：包括一次加热过程、一次冷却过程、切削过程、装夹过程、二次加热过程和二次冷却过程和成形过程；

① 一次加热过程：将刀具的毛胚放入到低频电磁炉进行快速加热，加热温度稳定在800~1000℃；

② 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200~300℃时，进入切削过程；

③ 在毛胚的横向方向两侧各车削两条键槽，键槽的深度至少为毛胚横向宽度的五分之一，至多三分之一；

④ 装夹过程，在毛胚两侧的键槽内各安装一条导热条，导热条与键槽互相配合，所述导热条通过一个环绕在毛胚外部的固定框进行固定，在导热条内钻有导热孔，在导热孔内安装有加热棒；

⑤ 二次加热过程，将工件放入到热风炉，进行慢速加热，加热温度稳定在500~700℃；

⑥ 二次冷却过程，待工件表面温度稳定在500~700℃时，放入到机油池内进行分段淬火，同时接通加热棒的加热电炉，使得加热棒发热，工件外表面首先发生快速淬火，，待工件表面温度降低到200~300℃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；

⑦ 成形过程，拆除固定框，移出导热条，同时以键槽底部直线为基准，对毛胚进行切割，得到长方形的工件成品。

进一步的，在键槽与导热条的结合缝隙中填充有导热硅脂。

进一步的，所述键槽的截面积大小为毛胚横向截面积的三分之一到五分之一。

进一步的，所述键槽的截面为梯形。

进一步的，所述支架包括两个卡紧框，所述两个卡紧框之间通过螺杆组件连接，所述卡紧框包括一个截面为四边形的开口槽，在开口槽的底部设置有与导热条外壁对应的卡紧槽，所述毛胚的横向两侧嵌入到开口槽内，所述导热条的外壁卡入到卡紧槽内，转动螺杆上的螺母，将卡紧框朝向毛胚横向中部拉紧。

进一步的，所述卡紧框采用陶瓷制成。

更进一步的，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。

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。

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。

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。

2、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。

3、本发明的一次加热可以让毛胚本体转变成奥氏体，可以对毛胚内的晶体进行改良，以保证物理性能的稳定，同时在车削之前，本发明将毛胚降低到200℃左右而非冷却到室温，此时的毛胚未完全硬化，此时如果加工，不会因为加工时的应力，导致毛胚切削面的分子密布和晶体排布与毛胚内部产生差别，从而影响将来整个刀具产品的稳定性。

4、本发明在二次加热之前在毛胚上安装导热条和支架，支架和导热条与毛胚一起被二次加热，毛胚、支架、导热条之间同步受热膨胀，可以保证导热条与毛胚上键槽壁面的良好贴合性，防止非同步增温降温导致的键槽壁面和导热条之间缝隙过大，影响分段淬火冷却的效果；

慢速加热可以保证毛胚、支架、导热条之间以一个比较缓和的速度增温，并且膨胀，加热均匀度高；

二次加热的同时对加热棒进行同步加热，可以防止在分段淬火时，加热棒温度不够导致的毛胚中部过早淬火，影响产品质量；

5、成形过程将键槽部分进行切除，从而可以方便的对刀具进行表面处理。

6、陶瓷质的卡紧框不会在高温时，发生与毛胚件的粘黏，同时陶瓷材质的卡紧框可以防止二次加热时，毛胚的变形，可以对毛胚进行一定的束缚。

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。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是工件装夹完成后的示意图；

图2是工件产品切削前的示意图。

图中包括：切削层1、装夹层2、加热棒3、导热条4、导热硅脂5、卡紧框6、螺杆组件7。

具体实施方式

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。

一种耐用型镗刀，包括位于刀具横向轴线中部的切削层1和位于切削层1两侧的装夹层2，所述装夹层2的硬度大于切削层1，所述刀具的刃口平面位于切削层1上；

所述切削层1为回火马氏体，所述装夹层2为回火马氏体和马氏体的混合层。

如图1所示，一种耐用型镗刀的制造方法：包括一次加热过程、一次冷却过程、切削过程、装夹过程、二次加热过程和二次冷却过程和成形过程；

① 一次加热过程：将刀具的毛胚放入到低频电磁炉进行快速加热，加热温度稳定在800~1000℃，通过一次加热，使得毛胚内部奥氏体化，获得稳定性良好的毛胚料；

② 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200~300℃时，进入切削过程，200~300℃切削时，毛胚的表面硬度比较低，加工时的应力变化较小；

③ 在毛胚的横向方向两侧各车削两条键槽，键槽的截面积大小为毛胚横向截面积的三分之一到五分之一，为了保证良好的接触面积和稳定性，键槽的截面为梯形。

④ 装夹过程，在毛胚两侧的键槽内各安装一条导热条4，导热条4与键槽互相配合，所述导热条4通过一个环绕在毛胚外部的固定框进行固定，固定框包括两个卡紧框6，所述两个卡紧框6之间通过螺杆组件7连接，所述卡紧框6包括一个截面为四边形的开口槽，在开口槽的底部设置有与导热条4外壁对应的卡紧槽，所述毛胚的横向两侧嵌入到开口槽内，所述导热条4的外壁卡入到卡紧槽内，转动螺杆上的螺母，将卡紧框6朝向毛胚横向中部拉紧，卡紧框6采用陶瓷制成；

在导热条4内钻有导热孔，在导热孔内安装有加热棒3；

在键槽与导热条4的结合缝隙中填充有导热硅脂5；

⑤ 二次加热过程，将工件放入到热风炉，进行慢速加热，加热温度稳定在500~700℃；

⑥ 二次冷却过程，待工件表面温度稳定在500~700℃时，放入到机油池内进行分段淬火，同时接通加热棒3的加热电炉，使得加热棒3发热，工件外表面首先发生快速淬火，待工件表面温度降低到200~300℃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3的余热作用下进行回火，内部硬度低于工件表面硬度，加热棒3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5；

⑦ 成形过程，如图2，拆除固定框，移出导热条4，同时以键槽底部直线为基准，对毛胚进行切割，得到长方形的工件初成品，随后对工件表面进行抛光和防锈处理，获得成品；

⑧使用时，在本产品的横向表面加工刀刃口，刃口的切线位于切削层1的中部，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。

本产品的技术进步有：

1、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。

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。

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。

2、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。

3、一次加热可以让毛胚本体转变成奥氏体，可以对毛胚内的晶体进行改良，以保证物理性能的稳定，同时在车削之前，本发明将毛胚降低到200℃左右而非冷却到室温，此时的毛胚未完全硬化，此时如果加工，不会因为加工时的应力，导致毛胚切削面的分子密布和晶体排布与毛胚内部产生差别，从而影响将来整个刀具产品的稳定性。

4、在二次加热之前在毛胚上安装导热条4和支架，支架和导热条4与毛胚一起被二次加热，毛胚、支架、导热条4之间同步受热膨胀，可以保证导热条4与毛胚上键槽壁面的良好贴合性，防止非同步增温降温导致的键槽壁面和导热条4之间缝隙过大，影响分段淬火冷却的效果；

慢速加热可以保证毛胚、支架、导热条4之间以一个比较缓和的速度增温，并且膨胀，加热均匀度高；

二次加热的同时对加热棒3进行同步加热，可以防止在分段淬火时，加热棒3温度不够导致的毛胚中部过早淬火，影响产品质量；

5、成形过程将键槽部分进行切除，从而可以方便的对刀具进行表面处理。

6、陶瓷质的卡紧框6不会在高温时，发生与毛胚件的粘黏，同时陶瓷材质的卡紧框6可以防止二次加热时，毛胚的变形，可以对毛胚进行一定的束缚。

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5可以防止毛胚受热变形时，石英管受压破碎。

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。

Claims (9)

1.一种耐用型镗刀，其特征是：包括位于刀具横向轴线中部的切削层和位于切削层两侧的装夹层，所述装夹层的硬度大于切削层，所述刀具的刃口平面位于切削层上。

2.如权利要求1所述的一种耐用型镗刀，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。

3.一种如权利要求1所述的耐用型镗刀的制造方法：包括一次加热过程、一次冷却过程、切削过程、装夹过程、二次加热过程和二次冷却过程和成形过程；

一次加热过程：将刀具的毛胚放入到低频电磁炉进行快速加热，加热温度稳定在800~1000℃；

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200~300℃时，进入切削过程；

在毛胚的横向方向两侧各车削两条键槽，键槽的深度至少为毛胚横向宽度的五分之一，至多三分之一；

装夹过程，在毛胚两侧的键槽内各安装一条导热条，导热条与键槽互相配合，所述导热条通过一个环绕在毛胚外部的固定框进行固定，在导热条内钻有导热孔，在导热孔内安装有加热棒；

二次加热过程，将工件放入到热风炉，进行慢速加热，加热温度稳定在500~700℃；

二次冷却过程，待工件表面温度稳定在500~700℃时，放入到机油池内进行分段淬火，同时接通加热棒的加热电炉，使得加热棒发热，工件外表面首先发生快速淬火，，待工件表面温度降低到200~300℃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，拆除固定框，移出导热条，同时以键槽底部直线为基准，对毛胚进行切割，得到长方形的工件成品。

4.如权利要求3所述的一种耐用型镗刀的制造方法，其特征在于：在键槽与导热条的结合缝隙中填充有导热硅脂。

5.如权利要求3所述的一种耐用型镗刀的制造方法，其特征在于：所述键槽的截面积大小为毛胚横向截面积的三分之一到五分之一。

6.如权利要求5所述的一种耐用型刀具的制造方法，其特征在于：所述键槽的截面为梯形。

7.如权利要求3所述的一种耐用型镗刀的制造方法，其特征在于：所述支架包括两个卡紧框，所述两个卡紧框之间通过螺杆组件连接，所述卡紧框包括一个截面为四边形的开口槽，在开口槽的底部设置有与导热条外壁对应的卡紧槽，所述毛胚的横向两侧嵌入到开口槽内，所述导热条的外壁卡入到卡紧槽内，转动螺杆上的螺母，将卡紧框朝向毛胚横向中部拉紧。

8.如权利要求7所述的一种耐用型镗刀的制造方法，其特征在于：所述卡紧框采用陶瓷制成。

9.如权利要求3所述的一种耐用型镗刀的制造方法，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。