CN108262481A - 粉末冶金制成的坯体及其成型方法和用途 - Google Patents
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Abstract
一种粉末冶金制成的坯体，其由金属陶瓷或硬质合金制成，直径为3mm～75mm；螺旋角度为5°～60°。先采用成型工艺将金属陶瓷或硬质合金制造坯料，再将坯料置于粉料中通过热等静压方法进行烧结而得。通过本发明提供的粉末冶金制成的坯体，仅需保留约1mm的精加工开槽余量即可，由此使得开槽的磨削时间减少50％以上，总体刀具制造时间缩短30％。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属坯体，尤其涉及一种由粉末冶金材料制成的坯体，用于制造刀具，以及该坯体的成型方法。
背景技术
粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，均属于粉末烧结技术，因此，粉末冶金技术也可用于陶瓷材料的制备。
广义的粉末冶金制品业涵括了铁石刀具、硬质合金、磁性材料以及粉末冶金制品等。狭义的粉末冶金制品业仅指粉末冶金制品，包括粉末冶金零件(占绝大部分)、含油轴承和金属射出成型制品等。
硬质合金是以高硬度难熔金属的碳化物(WC、TiC)微米级粉末为主要成分，以钴(Co)或镍(Ni)、钼(Mo)为粘结剂，在真空炉或氢气还原炉中烧结而成的粉末冶金制品，也属于一类粉末冶金材料。此外，IVB、VB、VIB族金属的碳化物、氮化物、硼化物等，由于硬度和熔点特别高，也一并统称为硬质合金。
金属陶瓷为了使陶瓷既可以耐高温又不容易破碎，人们在制作陶瓷的粘土里加了些金属粉，因此制成了金属陶瓷，其也属于一类粉末冶金材。金属陶瓷中的陶瓷相是具有高熔点、高硬度的氧化物或难熔化合物，金属相主要是过渡元素(铁、钴、镍、铬、钨和钼等)及其合金。
金属基金属陶瓷是在金属基体中加入氧化物细粉制得，又称弥散增强材料，如：烧结铝(铝-氧化铝)、烧结铍(铍-氧化铍)和TD镍(镍-氧化钍)等。由一种或几种陶瓷相与金属相或合金所组成的复合材料。
陶瓷基金属陶瓷主要可以细分为：氧化物基金属陶瓷，如：以氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化铍等为基体，与金属钨、铬或钴复合而成；碳化物基金属陶瓷，如：以碳化钛、碳化硅、碳化钨等为基体，与金属钴、镍、铬、钨、钼等金属复合而成；氮化物基金属陶瓷，如：以氮化钛、氮化硼、氮化硅和氮化钽为基体；硼化物基金属陶瓷，如：以硼化钛、硼化钽、硼化钒、硼化铬、硼化锆、硼化钨、硼化钼、硼化铌、硼化铪等为基体，与部分金属材料复合而成；硅化物基金属陶瓷，如：以硅化锰、硅化铁、硅化钴、硅化镍、硅化钛、硅化锆、硅化铌、硅化钒、硅化铌、硅化钽、硅化钼、硅化钨、硅化钡等为基体，与部分或微量金属材料复合而成。
粉末冶金具有独特的化学组成和机械、物理性能，而这些性能是用传统的熔铸方法无法获得的。运用粉末冶金技术可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油轴承、齿轮、凸轮、导杆和刀具等，是一种少无切削工艺。
粉末冶金工艺包括：
1)原料粉末的制备。现有的制粉方法大体可分为两类：机械法和物理化学法。而机械法可分为：机械粉碎及雾化法；物理化学法又分为：电化腐蚀法、还原法、化合法、还原-化合法、气相沉积法、液相沉积法以及电解法。其中应用最为广泛的是还原法、雾化法和电解法。
2)粉末成型为坯块。成型的目的是制得一定形状和尺寸的压坯，并使其具有一定的密度和强度。成型的方法基本上分为加压成型和无压成型。加压成型中应用最多的是模压成型。此外还可使用3D打印技术进行胚块的制作。
3)坯块的烧结。烧结是粉末冶金工艺中的关键性工序。成型后的压坯通过烧结使其得到所要求的最终物理机械性能。
4)产品的后序处理。烧结后的处理，可以根据产品要求的不同，采取多种方式。如：精整、浸油、机加工、热处理及电镀等。
金属陶瓷/硬质合金刀具一般通过对金属陶瓷/硬质合金制成的柱形棒料进行外圆磨削、开槽和刃口磨削等加工过程而得。
这种加工方法存在诸多缺陷，比如：外圆磨削和开槽磨削的磨削量都很大，不仅需要配套使用大功率设备，这也对资金投入提出更多要求，还会在加工中产生金属陶瓷/硬质合金的粉末，这些粉末无法及时回收，将对环境造成污染。即便如此，现有的加工方法耗时较长，相应的各项制造成本亦较大。
同时，金属陶瓷虽然耐磨，但韧性往往不佳，如果做成细长的圆柱回转类刀具，容易因抗弯折力不足而发生断裂，导致工具失效。
为了解决这些技术问题，技术人员在坯料成型过程中预设槽体和过渡区等刀具的部分构造，但在成型过程中，坯料发生弯曲变形，而无法获得所需的刀具构造。
为此，技术人员主要采用低压烧结的方式将坯料成型，虽然一定程度可以克服变形的技术问题，但低压烧结相对不致密，性能较差。
为了解决低压烧结工艺对坯料形态和性能方面的问题，另有技术通过预先计算形变量的方式，对烧结前坯体的形状和规格做出相应调整，以期在烧结后获得符合要求地坯料，但对于这项技术的具体内容未见公开。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种粉末冶金制成的坯体，具有预设的槽体等构造。
本发明的另一个目的在于提供一种粉末冶金制成的坯体的成型方法，克服成型中发生的弯曲变形现象，提高坯料的性能。
本发明的再一个目的在于提供一种粉末冶金制成的坯体，在刀具制造中的应用，提高加工效率并减少加工中的刀具断裂报废。
对于机加工领域的刀具，如：孔加工刀具、铣刀和镗刀等，其外观通常以整体呈现圆柱形较为常见，还具有槽体和切削端部等特征。从加工效率角度，这些刀具一般具有2枚以上的切削刃，切削刃也较常见地设置于切削端部。
一种粉末冶金制成的坯体，其直径为3mm～75mm，优先选择8mm～35mm。
另一种粉末冶金制成的坯体，其螺旋角度为0°～60°，优先选择0°～35°，尤其是27°～33°如：27°、28°、29°、30°、31°、32°和33°。
另一种粉末冶金制成的坯体，其上有根据角度为0°～60°的螺旋角而产生的螺旋状凹槽，螺旋状凹槽的最大深度不小于坯体最大直径处的1％，也不大于最小直径处的45％。螺旋状凹槽的长度小于坯体的全长。
一种粉末冶金制成的坯体的成型方法，包括：
先通过加压成型(如：模压)的方法，将金属陶瓷/硬质合金的粉料压制成坯料；
然后，将制成的坯料进行预烧结，温度如：140℃～1100℃，时间如：10分钟～360分钟；
最后，将预烧结的坯料整体埋入耐高温粉末(如：但不仅限于三氧化二铟粉末和氧化镓粉末等)中并压实后一同以热等静压(HIP)方法对坯体进行烧结，通入保护性气体，如：但不仅限于氩气(用于加压和气氛保护)、氢气(用于和挥发物反应，如：氧气、石蜡和醇类)和氮气(用于加压和气氛保护)之一种或几种，制得坯体。
坯料随着加热而产生收缩，密实的粉末可起到自动支撑、垫缝的效果，帮助坯料保持原有形状，如：槽体不发生形变，螺旋角度保持设计要求。
制得的坯体可以用于制造刀具，以此为刀具的基体，显著降低磨削工作量和工作时间，提高刀具的制造效率。
可以采用一次成型工艺或二次成型工艺制取本发明坯体的坯料。
一种坯料的成型法，在模具里置入金属陶瓷或硬质合金粉料后，于5T～100T压力下进行模压制成。模压压力优先选择10T。
另一种坯料的成型法，在模具里置入金属陶瓷或硬质合金粉料后先通过模压获得预成型刀具坯体，接着对预成型刀具坯体进行等静压处理而得。优先选择液体冷等静压方式，压力为5T～200T，尤其是100T。
本发明技术方案实现的有益效果：
本发明提供的坯体，能显著减少后续磨削刀具的开槽时间，这部分时间占刀具磨削时间的65％以上。
通过本发明提供的粉末冶金制成的坯体的成型方法制得的坯体，仅需保留约1mm的精加工开槽余量即可，由此使得开槽的磨削时间减少50％以上，总体刀具制造时间缩短30％。
本发明提供的粉末冶金制成的坯体的成型方法，解决了在烧结时坯料常见的热形变和收缩现象，使得坯体的构造符合设计要求，便于后续利用，提高制造效率。
附图说明
图1为本发明提供的粉末冶金制成的坯体一实施例的示意图。
具体实施方式
以下结合附图详细描述本发明的技术方案。本发明实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
本实施例的粉末冶金制成的坯体如图1所示，其直径为8mm～35mm，螺旋角度为5°～60°，长度为40mm～250mm。
该坯体采用如下成型方法解决在烧结时坯料常见的热形变和收缩现象，使得坯体的构造符合设计要求，便于后续利用，提高制造效率。具体方法为：
先通过模压的方法，将金属陶瓷/硬质合金粉料压制成坯料。如：在模具里置入金属陶瓷或硬质合金粉料后，于5T～100T压力下进行模压制成，模压压力优先选择10T。
再如：在模具里置入金属陶瓷或硬质合金粉料后先通过模压获得预成型刀具坯体，接着对预成型刀具坯体进行等静压处理而得。本实施例中，优先采用液体冷等静压方式，压力为5T～200T，尤其是100T制得坯料。
然后，将制成的坯料进行预烧结(参见：CN102632261B)，温度如：140℃～1100℃，时间如：10分钟～360分钟。
最后，将预烧结的坯料整体埋入三氧化二铟粉末中并压实后一同以热等静压(HIP)方法对坯体进行烧结，通入氩气(用于加压和气氛保护)、氢气(用于和挥发物反应)和氮气(用于加压和气氛保护)，制得坯体。
坯料随着加热而产生收缩，密实的三氧化二铟粉末可起到自动支撑、垫缝的效果，帮助坯料保持原有形状，如：槽体不发生形变，螺旋角度保持设计要求。
Claims (9)
1.一种粉末冶金制成的坯体，其特征在于所述坯体由金属陶瓷或硬质合金制成，直径为3mm～75mm；其上有根据角度为0°～60°的螺旋角而产生的螺旋状凹槽，所述凹槽的最大深度不小于坯体最大直径处的1％，以及不大于最小直径处的45％；所述凹槽的长度小于所述坯体的全长。
2.根据权利要求1所述的粉末冶金制成的坯体，其特征在于所述的坯体包括1种以上区段，各个区段的直径为3mm～75mm。
3.根据权利要求1所述的粉末冶金制成的坯体，其特征在于所述的坯体直径为8mm～35mm。
4.根据权利要求1所述的粉末冶金制成的坯体，其特征在于所述的螺旋角度为0°～35°。
5.根据权利要求1～4之一所述的粉末冶金制成的坯体在刀具制造中的应用。
6.一种刀具，其特征在于以权利要求1～4之一所述的粉末冶金制成的坯体为基体。
7.一种刀具的制造方法，其特征在于以权利要求1～4之一所述的粉末冶金制成的坯体为基体。
8.一种权利要求1～4之一所述的粉末冶金制成的坯体的成型方法，包括：
先加压成型的方法，将金属陶瓷或硬质合金粉料压制成坯料；
然后，将制成的坯料进行预烧结；
最后，将预烧结的坯料整体埋入耐高温粉末中并压实后一同以热等静压方法对坯体进行烧结，制得坯体。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于所述的烧结还需要通入氩气、氢气和氮气之一种或几种。
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| 应宗荣: "粉末成形与烧结" * |
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