CN107586116B - 一种基于冲击波传导理论的层状陶瓷刀具制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于切削刀具技术领域，特别涉及一种基于冲击波传导理论的层状陶瓷刀具制备方法。该刀具材料由氧化铝、硼化钛、碳化钨钴、氧化镁为原料制备而成，本发明的特征是：根据微叠层78～83％Al2O3+15～20％TiB2+1～2％MgO(层厚100μm)、基体层30～40％Al2O3+60～70％WC‑Co(层厚500μm)，用电子天平称取原料质量，去离子水为介质、氧化铝为磨球行星式强化球磨150～200h，真空烘干、过200目筛。根据微叠层和基体层的混合理论密度、层厚、石墨模具内径计算出每一层基体层和微叠层质量，用粉末压片机将微叠层和基体层压片，按顺序置于石墨模具中(层数21)，采用真空热压烧结工艺，温度1600～1700℃，压力28～35MPa，保温时间25～30min。本发明制备的层状陶瓷刀具，可广泛用于奥氏体不锈钢、冷作模具钢、马氏体不诱钢等难加工材料的加工。

Description

一种基于冲击波传导理论的层状陶瓷刀具制备方法
技术领域
本发明属于机械切削刀具制造技术领域，特别涉及一种基于冲击波传导理论的层状陶瓷刀具制备方法。
背景技术
陶瓷刀具在干切削刀具技术中扮演着比较重要的角色，国内外已投入大量人力和资金来解决陶瓷刀具不可避免的缺陷 (强度低、韧性低、抗热震性差，高速切削特别是断续切削时易崩刃等问题)。从最初的向陶瓷基体材料中加入颗粒、晶须、纤维、纳米管等增韧补强相到采用多层涂层 (Multilayered Coatings)、梯度功能+自润滑 (Graded Self-lubricating) 、微织构 (Microscale Texture)和仿生叠层 (Biomimetic laminate)等新技术，使得陶瓷刀具的研究发展到了一个新的高度。
国内外对仿生叠层陶瓷的研究表明，各层材料的选择、层厚比、界面结合强度、残余应力分布等对材料的性能都有重要的影响，这些参数的选择和确定仍然采用耗时的试差法，还没有形成完善的理论；而且国内外有关叠层刀具的研究，大多采用特定条件下的实验手段。因此，此类成果对于解决提高干切削刀具寿命的普遍性指导意义是有限的。
陶瓷刀具在切削工件过程中往往会受到冲击的作用而发生破损。这种破损正是由于冲击产生的外力 (压力脉冲) 作用于刀具上会产生应力波，应力波在刀具内部传播、反射、透射所造成的。追本溯源，物理上受到冲击荷载作用的结构损坏通常是由两个冲击波(拉伸波和压缩波) 和动压所引起的。由激波所引起的微小裂纹会导致大的裂纹，最终整个结构在随后的动压下崩溃。因此，目前迫切需要设计一种可以有效减少激波所诱发的微小裂纹的层状陶瓷刀具材料结构。一种可行的设计方法就是充分利用多层陶瓷刀具材料结构中入射波、反射波和透射波三者的关系。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于冲击波传导理论的层状陶瓷刀具制备方法。
本发明通过以下方式实现：
一种基于冲击波传导理论的层状陶瓷刀具，其特征是它由氧化铝(Al2O3)、硼化钛(TiB2)、碳化钨钴(WC-Co)、氧化镁(MgO)为原料制备而成，各原料的质量百分比(wt.%)为：微叠层(1)78~83%Al2O3+15~20% TiB2+1~2% MgO、层厚为100μm，基体层(2)30~40%Al2O3 + 60~70% WC-Co、层厚为500μm。
制备上述基于冲击波传导理论的层状陶瓷刀具材料的工艺步骤为：
(1)为提高层状陶瓷刀具的抗冲击性能，建立拉格朗日坐标系下层状陶瓷刀具材料中波的控制方程组，用间断Galerkin有限元 (DG) 方法来求解层状陶瓷刀具材料中波在传播过程中追赶碰撞问题以及波的性质探讨，利用保耗散率DG (dissipation-ratereserving DG) 格式数值模拟层状陶瓷刀具材料中波在传播过程中发生碰撞的细节，包括拉伸激波、压缩激波和稀疏波之间的碰撞。通过选取多组材料参数 (包括相邻两层材料的声速比和阻抗率)，比较碰撞之后拉伸波的幅值减小率来说明材料参数的影响，同时考虑初始应力脉冲 (刀具切削力) 的影响，选取合适的非线性材料来降低具有破坏性的拉伸波幅值。遴选符合要求的材料为Al2O3+TiB2+MgO (微叠层)和Al2O3 + WC-Co(基体层)。
(2)配料：根据微叠层(1)78~83%Al2O3+15~20%TiB2+1~2%MgO、基体层(2)30~40%Al2O3 + 60~70% WC-Co，用电子天平称取原材料的质量。将称好的原材料混合后以去离子水为介质、氧化铝为磨球行星式强化球磨150~200 h，真空干燥箱烘干、混合粉料过200目筛后待用。
(3)装模：根据微叠层和基体层的混合理论密度、层厚、石墨模具内径计算出每一层基体层(2)质量和微叠层(1)的质量，用粉末压片机将微叠层(1)和基体层(2)进行压片，按照图1所示叠层顺序置于石墨模具中，待烧，层数为21。
(4)烧制：采用真空热压烧结工艺，烧结温度1600~1700℃，烧结压力28~35MPa，保温时间为25~30min。
本发明通过上述工艺制备的层状陶瓷刀具，具有良好综合力学性能、较小的摩擦因数和高的耐磨性。可用于切削奥氏体不锈钢 (lCrl8Ni9Ti)、冷作模具钢 (Crl2MoV)、马氏体不诱钢 (lCrl3) 等难加工材料。
附图说明
图1为本发明的层状陶瓷刀具材料叠层结构示意图，其中：1为Al2O3+TiB2+MgO微叠层(1) (层厚为100μm)，2为Al2O3 + WC-Co基体层(2) (层厚为500μm)。
具体实施方式
下面给出本发明的两个最佳实施例：
实施例一：按照Al2O380%、TiB219%和MgO 1%的质量比称取微叠层(1)材料，Al2O335%、WC-Co 65%的质量比称取基体层(2)材料；将称好的混合粉料分别以去离子水为介质、氧化铝为磨球行星式强化球磨150 h。真空干燥箱烘干、混合粉料过200目筛。根据微叠层(1)和基体层(2)的混合理论密度、层厚、石墨模具内径计算出每一层基体层(2)质量和微叠层(1)的质量，用粉末压片机将基体层(2)和微叠层(1)进行压片，按照图1所示叠层顺序置于石墨模具中进行真空中热压烧结，层数为21；烧结温度1650℃，烧结压力30MPa，烧结保温时间30min；烧结出炉的层状陶瓷刀具材料维氏硬度19.2~20.5GPa，正面等效抗弯强度900~1050MPa，断裂韧性6.5~7.3 MPa·m1/2。
实施例二：其他同实施例一，不同之处是按照Al2O378%、TiB220%和MgO2%的质量比称取微叠层(1)材料， Al2O340%、WC-Co 60%的质量比称取基体层(2)材料；烧结温度1620℃，烧结压力35MPa，烧结保温时间25min；烧结出炉的层状陶瓷刀具材料维氏硬度18.8~19.7GPa，正面等效抗弯强度850~970MPa，断裂韧性7.8~8.2MPa·m1/2。

Claims (1)

1.一种基于冲击波传导理论的层状陶瓷刀具的制备方法，其特征是，所述层状陶瓷刀具由氧化铝、硼化钛、碳化钨钴、氧化镁为原料制备而成，各原料的质量百分比为：微叠层(1)78~83%Al2O3+15~20% TiB2+1~2% MgO、层厚为100μm，基体层(2)30~40%Al2O3 + 60~70%WC-Co、层厚为500μm；
所述制备方法包括以下步骤：
建立拉格朗日坐标系下层状陶瓷刀具材料中波的控制方程组，用间断Galerkin有限元方法来求解层状陶瓷刀具材料中波在传播过程中追赶碰撞问题以及波的性质探讨，利用保耗散率DG格式数值模拟层状陶瓷刀具材料中波在传播过程中发生碰撞的细节，包括拉伸激波、压缩激波和稀疏波之间的碰撞，通过选取相邻两层材料的声速比和阻抗率，比较碰撞之后拉伸波的幅值减小率来说明材料参数的影响，同时考虑初始应力脉冲的影响，选取合适的非线性材料来降低具有破坏性的拉伸波幅值，遴选符合要求的材料为微叠层Al2O3+TiB2+MgO 和基体层Al2O3 + WC-Co；
配料：根据微叠层(1)78~83%Al2O3+15~20% TiB2+1~2% MgO、基体层(2)30~40%Al2O3 +60~70% WC-Co，用电子天平称取原材料的质量；将称好的原材料混合后以去离子水为介质、氧化铝为磨球行星式强化球磨150~200 h，真空干燥箱烘干、混合粉料过200目筛后待用;
(3) 装模：根据微叠层(1)和基体层(2)的混合理论密度、层厚、石墨模具内径计算出每一层基体层(2)质量和微叠层(1)的质量，用粉末压片机将微叠层(1)和基体层(2)进行压片，按叠层顺序置于石墨模具中，待烧，层数为21;
(4) 烧制：采用真空热压烧结工艺，烧结温度1600~1700℃，烧结压力28~35MPa，保温时间为25~30min。
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CN112456987B (zh) * 2020-12-14 2022-07-12 齐鲁工业大学 仿生叠层石墨烯复合陶瓷刀具及其制备方法
CN113524393B (zh) * 2021-07-02 2022-11-15 红云红河烟草(集团)有限责任公司 一种切丝机专用陶瓷刀片及制造方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4985919B2 (ja) * 2005-12-22 2012-07-25 三菱マテリアル株式会社 高硬度鋼の高速切削加工で優れた仕上げ面精度を長期にわたって発揮する表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具
CN105819863A (zh) * 2016-03-10 2016-08-03 湘潭大学 一种高性能原位反应自润滑陶瓷刀具材料及其制备方法
CN106187121B (zh) * 2016-07-21 2019-03-01 山东大学 一种叠层陶瓷刀具的制备工艺

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