CN107904386A - 一种刀具热处理方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及金属热处理领域，具体公开了一种刀具热处理方法，采用刀具热处理装置进行淬火和回火，其包括加热箱、速冷机构和真空机；加热箱的底部设有开口，速冷机构包括速冷箱、液氮源和仅可在速冷箱内上下滑动的刀具台；速冷箱的下部设有与速冷箱转动连接的转盘，转盘的周向上固定有桨叶，刀具台的底部固定与转盘螺纹连接的拉杆；速冷箱的外周套设文丘里管，加热箱底部设有进气口与扩散段连通，桨叶设于入口段内，进气口处设有阀门；速冷箱的侧壁上设有液氮通道，液氮通道的两端分别与液氮源和喉道连通。打开阀门后，气流可通过液氮通道吸入液氮，对速冷箱迅速降温；气流同时驱动桨叶转动，刀具台迅速滑至速冷箱可对刀具进行速冷。

Description

一种刀具热处理方法

技术领域

本发明涉及金属热处理领域，具体涉及一种刀具热处理方法。

背景技术

涂层硬质合金刀片现已广泛应用于金属切削加工领域。硬质合金在用作机械、矿山、电子、标准件等行业的工模具材料的加工时，虽然具有高硬度、耐磨、耐腐蚀等优良性能，但在用作金属切削刀具时，则存在因韧性差而导致崩刃、脆断和早期磨损失效的缺陷，严重限制了硬质合金刀片的使用范围；特别是在受到冲击荷载的场合，不仅要求硬质合金具有高硬度、高耐磨性，重要的是其还需具有良好的整体强韧性。

现有的硬质合金刀片虽然解决了一定的问题，但是应用还是很受限制，范围不是很广，硬质合金刀片的性能主要是由它的热处理方法决定。公开号为CN102912099A的中国专利公开了一种硬质合金刀片的热处理方法，该方法包括如下步骤：a、将硬质合金刀片用机油浸泡三小时后加热至500-600℃，然后自然冷却；b、将a步骤中的硬质合金刀片在真空中加热到1100-1250℃，加热时间为半小时，然后立即将该硬质合金刀片投入-196℃的液氮中迅速冷却；c、将冷却后的硬质合金立即拿出并加热至200℃，然后放入石英砂中自然冷却。

上述硬质合金刀片的热处理方法的步骤b中，由于需要将在真空中加热至1100-1250℃的硬质合金刀片迅速通过液氮进行冷却，但由于加热抽真空后无法立即打开加热炉，需要待加热炉恢复常压后，才能将加热炉打开，因此无法精确的把握加热及冷却的时间；另外，将硬质合金刀片在加热炉和液氮冷却装置中转移，也不便于操作人员操作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在对刀具进行淬火时，完成高温加热后，能迅速进入到快速冷却阶段的刀具热处理方法。

为达到上述目的，本发明的基础方案如下：

包括如下步骤：

步骤(1)、将刀具用机油浸泡三小时后加热至500-600℃，然后自然冷却；

步骤(2)、对刀具进行淬火及低温回火；

所述步骤(2)采用刀具热处理装置进行，所述刀具热处理装置包括加热箱、速冷机构、与加热箱连接的真空机，以及用于安装加热箱和速冷机构的机架；所述加热箱内设有辐射加热器，所述加热箱的底部设有开口；所述速冷机构包括速冷箱、液氮源和仅可在速冷箱内上下滑动的刀具台，刀具台的上部可通过开口进入加热箱内；所述速冷箱的下部设有与速冷箱转动连接的转盘，转盘的周向上固定有桨叶，所述刀具台的底部固定有拉杆，拉杆与转盘螺纹连接，速冷箱的外周套设有固定在加热箱底部的文丘里管，文丘里管与速冷箱之间为进气通道，所述进气通道包括入口段、喉道和扩散段，所述加热箱底部设有进气口与扩散段连通，所述桨叶设于入口段内，进气口处设有阀门；所述速冷箱的侧壁上设有液氮通道，液氮通道的一端与液氮源连通，液氮通道的另一端与喉道连通，且喉道位于速冷箱的上部；

对刀具进行淬火及低温回火包括以下步骤：

步骤(a)、打开加热箱，使刀具台的上端伸入加热箱中，并将刀具放置在刀具台上，关闭阀门，启动真空机对加热箱进行抽真空处理；

步骤(b)、启动辐射加热器，将刀具加热至1100-1250℃，并保温30min；

步骤(c)、关闭辐射加热器，并打开阀门，当转盘停止旋转后，转动转盘使加热台再次伸入加热箱中，关闭阀门，启动辐射加热器，将刀具台加热至200℃；

步骤(d)、关闭辐射加热器，打开加热箱，然后将刀具放入石英砂中自然冷却。

本方案刀具热处理方法的原理在于：

在对刀具进行淬火和低温回火时，打开加热箱，并使刀具台的上端伸入加热箱内，将硬质合金刀片放置在刀具台上，关闭加热箱。关闭设于加热箱进气口处的阀门，并启动真空机，则真空机可将加热箱抽真空。加热箱处于真空状态后，打开辐射加热器，则辐射加热器可通过热辐射对加热箱内进行加热，并将硬质合金刀片加热至1100-1250℃，保温30分钟。然后打开设于进气口处的阀门，由于加热箱内呈真空状态，打开阀门后进气通道与加热箱连通，则外部空气将迅速进入加热箱内；由于进气通道在喉道处较为狭窄，因此气流进喉道时流速加快、压强减小。由于液氮通道的喉道与液氮通道连通，而由于喉道处压强小，从而可通过液氮通道从液氮源吸入液氮；液氮通过液氮通道时，将吸收速冷箱内的热量，且液氮进入喉道时，将迅速蒸发，从而使进气通道内呈低温状态，即使速冷箱的外周被低温环境包围，使速冷箱内也呈低温环境。且将速冷箱采用铜、铝等导热效果好的材料制成，可以加快对速冷箱内部的降温速度。

当气流经过进气通道时将经过桨叶，且由于转盘与速冷箱转动连接，而桨叶固定在转盘上，因此气流将通过桨叶驱动转盘转动。转盘相对于速冷箱转动时，由于刀具台仅能相对于速冷箱上下滑动，且拉杆与转盘螺纹连接，因此转盘可通过拉杆带动刀具台向下滑动并进入速冷箱内，从而可对刀具进行迅速冷却。对刀具完成速冷后，通过手动转动转盘可通过拉杆推动刀具台向上滑动伸入加热箱内，则对刀具进行再次加热；关闭阀门后将刀具加热至200℃。

本方案产生的有益效果是：

(一)打开阀门后，气流将通过进气通道迅速进入加热箱内，且气流经过喉道时可通过液氮通道吸入液氮，以对速冷箱迅速降温；另外，气流可驱动桨叶转动，从而使刀具台迅速下滑至速冷箱内，从而对刀具进行速冷，以此可更精确的控制加热时间及速冷时间。

(二)在打开阀门的同时，利用形成的气流产生的动能，可直接驱动刀具台向下滑动，使刀具台进入速冷箱内进行速冷，从而避免刀具通过人工在加热箱和速冷箱之间转移，使得操作更方便，同时也可以避免烫伤操作人员。

(三)打开阀门后空气与液氮挥发后形成的氮气混合将进入加热箱内，且液氮挥发时，同时也可对进入加热箱内的空气进行降温，从而可对加热箱内的温度进行降温；则可进行后续的低温回火。

优选方案一：作为对基础方案的进一步优化，所述阀门为电磁阀，在所述步骤(c)中，关闭辐射加热器时，同时按下阀门的开关；阀门采用电磁阀便于对阀门进行控制，而在关闭辐射加热器时，同时按下阀门的开关，则可使辐射加热器和阀门同时动作，使得刀具可立即进入速能阶段，保证热处理品质。

优选方案二：作为对优选方案一的进一步优化，在步骤(a)中，对加热箱进行抽真空处理时，需使加热箱内的压强低于0.01MPa；对刀具进行淬火时，需将刀具加热至凝结温度，此时刀具易变形，而当加热箱内的压强接近与0时，及加热箱接近与真空时，可使刀具的变形量降到最低。

优选方案三：作为对优选方案二的进一步优化，所述转盘的底部固定有第一锥齿轮，所述机架上转动连接有转动手柄，转动手柄的一端固定有与第一锥齿轮啮合的第二锥齿轮。设置转动手柄后，通过转动转动手柄即可转动转盘，且转动手柄的转动平面在竖直平面上，因此可更方便的转动转盘；从而在刀具完成速冷后，可通过快速转动转动手柄，使刀具台上端迅速返回至加热箱中进行回火处理。

优选方案四：作为对优选方案三的进一步优化，还包括高压气源，所述加热箱的底部开口的侧壁上设有扁平状的风道，所述风道与高压气源连通。当刀具台的侧壁与风道相对时，则风道被封堵，当刀具台向下滑动，露出风道时，则高压气体将通过风道喷出，且风道呈扁平状，则可使从风道喷出的气流形成空气幕，从而空气幕可降低加热箱和速冷箱热交换效率，增强速冷箱的速冷效果。

附图说明

图1为本明中刀具热处理装置的结构示意图；

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：机架10、加热箱20、风道21、阀门22、速冷箱31、刀具台32、文丘里管33、喉道34、拉杆35、液氮通道36、液氮源37、桨叶38、真空机40、第一锥齿轮41、转动手柄42、导向凸棱。

本实施例的刀具热处理方法包括如下步骤：

步骤(1)、将刀具用机油浸泡三小时后加热至500-600℃，然后自然冷却；

步骤(2)、对刀具进行淬火及低温回火。

步骤(2)采用刀具热处理装置进行，如图1所示，刀具热处理装置包括机架10、加热箱20、速冷机构、与加热箱20连接的真空机40，加热箱20固定在机架10上。加热箱20内的侧壁上安装有辐射加热器，辐射加热器开启可通过热辐射对加热箱20内进行加热，且在加热箱20的底部设有圆形的开口。速冷机构包括速冷箱31、液氮源37和刀具台32，速冷箱31的内腔为竖直设置的多边形筒状结构，刀具台32滑动连接在速冷箱31的内腔中，且速冷箱31内腔的截面为多边形，因此刀具台32仅能竖直滑动。速冷箱31的上端与加热箱20的底部固定，速冷箱31内腔与加热箱20底部的开口同轴设置，当刀具台32向上滑动时，刀具台32的上端可通过开口伸入加热箱20内。速冷箱31的下部设有与速冷箱31转动连接的转盘，转盘的周向上固定有桨叶38，而刀具台32的底部固定有拉杆35，拉杆35与转盘螺纹连接，从而当转盘转动将驱动拉杆35向下移动。速冷箱31的外周套设有固定在加热箱20底部的文丘里管33，文丘里管33与速冷箱31之间为进气通道，进气通道包括入口段、喉道34和扩散段，加热箱20底部设有进气口与扩散段连通，且桨叶38设于入口段内；进气口共设有八个，且进气口沿加热箱20底部开口的周向均匀分布，进气口处设有阀门22，本实施例中的阀门22采用电磁阀。速冷箱31的侧壁上设有液氮通道36，液氮通道36共设有八条，且液氮通道36均布在速冷箱31周向，液氮通道36的一端与液氮源37连通，液氮通道36的另一端与喉道34连通，且喉道34位于速冷箱31的上部；为了使通过喉道34的气流流速均匀，速冷箱31的外壁呈圆筒形，从而可使喉道34处的截面呈圆环形。

加热箱20底部的开口的侧壁上扁平状的风道21，并设有高压气源与风道21连通。当刀具台32的侧壁与风道21相对时，则风道21被封堵，当刀具台32向下滑动，露出风道21时，则高压气体将通过风道21喷出，风道21喷出的气流可形成空气幕，从而空气幕可将加热箱20和速冷箱31隔开。转盘的底部焊接有第一锥齿轮41，且机架10上转动连接有转动手柄42，转动手柄42上固定有与第一锥齿轮41啮合的第二锥齿轮，通过转动转动手柄42可人工驱动转盘转动。另外，转动手柄42通过单向轴承与机架10转动连接，从而转动手柄42仅能单向转动，即当气流驱动桨叶38转动时，转动手柄42将不会转动。本实施例中，高压气源和液氮源37的排出口上均设有截止阀，从而在刀具热处理装置未工作时，通过关闭截止阀可防止高压气体和液氮泄漏。

本实施例中的刀具热处理装置进行热处理的主要流程为：

打开加热箱20，使刀具台32的上端伸入加热箱20内，将硬质合金刀片放置在刀具台32上，关闭加热箱20。关闭设于加热箱20进气口处的阀门22，并启动真空机40，则真空机40可将加热箱20抽真空。加热箱20处于真空状态后，打开辐射加热器，通过热辐射即可对刀具进行加热。打开设于进气口处的阀门22，进气通道与加热箱20连通，则外部空气将迅速进入加热箱20内；由于进气通道在喉道34处较为狭窄，气流进喉道34时流速加快，可通过液氮通道36从液氮源37吸入液氮；液氮通过液氮通道36时，将吸收速冷箱31内的热量，且液氮进入喉道34时，将迅速蒸发，从而使进气通道内呈低温状态，即使速冷箱31的外周被低温环境包围，使速冷箱31内也从低温环境。且为了使速冷箱31具有良好的导热性能，速冷箱31采用铜制成，而加热箱20和刀具台32采用隔热效果好的陶瓷制成。气流经过进气通道时将经过桨叶38，因此气流将通过桨叶38驱动转盘转动。从而转盘可通过拉杆35带动刀具台32向下滑动并进入速冷箱31内，从而可对刀具进行迅速冷却，即可对刀具进行淬火。

其淬火及低温回火的具体步骤如下：

步骤(a)、打开加热箱20，转动转动手柄42使刀具台32的上端伸入加热箱20中，并将刀具放置在刀具台32上，关闭阀门22，启动真空机40对加热箱20进行抽真空处理，并将加热箱20内的压强控制在0.01MPa以下；

步骤(b)、启动辐射加热器，将刀具加热至1100-1250℃，并保温30min；

步骤(c)、关闭辐射加热器，并同时按下控制阀门22的开关以打开阀门22，当转盘停止旋转后，立即转动转动手柄42使加热台再次伸入加热箱20中，关闭阀门22，启动辐射加热器，将刀具台32加热至200℃；

步骤(d)、关闭辐射加热器，打开加热箱20，然后将刀具放入石英砂中自然冷却。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (5)

1.刀具热处理方法，包括如下步骤：

步骤(1)、将刀具用机油浸泡三小时后加热至500-600℃，然后自然冷却；

步骤(2)、对刀具进行淬火及低温回火；

其特征在于：所述步骤(2)采用刀具热处理装置进行，所述刀具热处理装置包括加热箱、速冷机构、与加热箱连接的真空机，以及用于安装加热箱和速冷机构的机架；所述加热箱内设有辐射加热器，所述加热箱的底部设有开口；所述速冷机构包括速冷箱、液氮源和仅可在速冷箱内上下滑动的刀具台，刀具台的上部可通过开口进入加热箱内；所述速冷箱的下部设有与速冷箱转动连接的转盘，转盘的周向上固定有桨叶，所述刀具台的底部固定有拉杆，拉杆与转盘螺纹连接，速冷箱的外周套设有固定在加热箱底部的文丘里管，文丘里管与速冷箱之间为进气通道，所述进气通道包括入口段、喉道和扩散段，所述加热箱底部设有进气口与扩散段连通，所述桨叶设于入口段内，进气口处设有阀门；所述速冷箱的侧壁上设有液氮通道，液氮通道的一端与液氮源连通，液氮通道的另一端与喉道连通，且喉道位于速冷箱的上部；

对刀具进行淬火及低温回火包括以下步骤：

步骤(a)、打开加热箱，使刀具台的上端伸入加热箱中，并将刀具放置在刀具台上，关闭阀门，启动真空机对加热箱进行抽真空处理；

步骤(b)、启动辐射加热器，将刀具加热至1100-1250℃，并保温30min；

步骤(c)、关闭辐射加热器，并打开阀门，当转盘停止旋转后，转动转盘使加热台再次伸入加热箱中，关闭阀门，启动辐射加热器，将刀具台加热至200℃；

步骤(d)、关闭辐射加热器，打开加热箱，然后将刀具放入石英砂中自然冷却。

2.根据权利要求1所述的刀具热处理方法，其特征在于：所述阀门为电磁阀，在所述步骤(c)中，关闭辐射加热器时，同时按下阀门的开关。

3.根据权利要求2所述的刀具热处理方法，其特征在于：在步骤(a)中，对加热箱进行抽真空处理时，需使加热箱内的压强低于0.01MPa。

4.根据权利要求3所述的刀具热处理方法，其特征在于：所述转盘的底部固定有第一锥齿轮，所述机架上转动连接有转动手柄，转动手柄的一端固定有与第一锥齿轮啮合的第二锥齿轮。

5.根据权利要求5所述的刀具热处理方法，其特征在于：所述刀具热处理装置还包括高压气源，所述加热箱的底部开口的侧壁上设有扁平状的风道，所述风道与高压气源连通。