CN110355390B

CN110355390B - 一种适合加工高温合金的陶瓷粘合剂立方氮化硼刀具

Info

Publication number: CN110355390B
Application number: CN201910503077.3A
Authority: CN
Inventors: 杨帅; 王晓博; 徐芳
Original assignee: Zhengzhou Hualing Superhard Material Co ltd
Current assignee: Zhengzhou Hualing Superhard Material Co ltd
Priority date: 2019-06-11
Filing date: 2019-06-11
Publication date: 2021-02-12
Anticipated expiration: 2039-06-11
Also published as: CN110355390A

Abstract

本发明涉及一种适合加工高温合金的陶瓷粘合剂立方氮化硼刀具，包括刀杆、刀基体和立方氮化硼刀头、上压板和下压板，所述刀杆的左端一侧设置有安装区，所述安装区的底面中心纵向开设有固定槽；安装区的上方右侧可拆卸连接有上压板，刀基体下表面中心纵向设置有与固定槽相匹配的凸起，刀基体外端面的中部开设有T形槽，所述T形槽水平段的深度大于竖直段的深度，T形槽的竖直段贯穿刀基体的下部，T形槽内设置有下压板，所述下压板与T形槽相匹配，下压板的下方设置有螺纹柱，所述螺纹柱穿过刀杆用以固定刀基体和刀杆。本发明在切削高温状态下性能稳定，刀具的高温红硬性好，适合高温合金等难加工材料的切削。

Description

一种适合加工高温合金的陶瓷粘合剂立方氮化硼刀具

技术领域

本发明涉及新材料领域，尤其是一种适合加工高温合金的陶瓷粘合剂立方氮化硼刀具。

背景技术

目前耐磨材料、复合材料以及难加工合金被大量利用，而这类材料的加工特性使得普通刀具难以胜任，陶瓷刀具是目前公认性能最好的刀具，现代陶瓷刀具可分为三大类，即：①氧化物陶瓷，②混合陶瓷，③非氧化物陶瓷。这三类刀具中使用性能最佳的是非氧化物陶瓷中的立方氮化硼陶瓷，传统的立方氮化硼刀具聚晶的结合剂目前多是铝、钴为主的金属结合剂，韧性有余，但耐高温性能不足。高温合金由于切削性能差、塑性变形大导致刀具热损伤比较严重，传统金属结合剂立方氮化硼刀具无法对高温合金进行有效切削。中国发明专利（公开号：CN104478422A）公开了一种无钠新型高强陶瓷结合剂及其制备方法，其原料按组分及含量为: Li₂O:1～7%wt，B₂O₃：8～18%wt，Al₂O₃：10～18%wt，P₂O₃：3～12%wt，Si₂O₃：45～60%，ZnO：4～10%wt，BaO、CaO、MgO中的任意两种：3～7%wt，Bi₂O₃：2～6%wt，增强相：TiO₂、ZrO₂、La₂O₃中的一种或两种：1～4%。虽然该陶瓷结合剂可以用于立方氮化硼刀具，但成分较为复杂，成本较高。

高温合金切削接触时，切削力可达到1 GPa以上，且切削力浮动较大，易引起刀具震动，对刀基体和刀杆的紧固性要求较高。现有切槽刀有的是通过改变刀基体上表面结构并利用压紧板固定刀基体，有的则是通过螺栓螺钉进行固定，还有的是通过槽刀夹具进行固定，但是上述结构的槽刀在对高温合金进行切槽时，仍然容易产生切削振动，使刀具出现磨损和变形。

发明内容

本发明提供一种适合加工高温合金的立方氮化硼刀具，弥补了目前金属结合剂韧性有余耐高温性能不足的缺点，并降低了高温合金切槽时产生的切削振动，提高了刀基体和刀杆之间的紧固性。

本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种适合加工高温合金的陶瓷粘合剂立方氮化硼刀具，包括刀杆、刀基体和立方氮化硼刀头、上压板和下压板，所述刀杆的左端一侧设置有安装区，所述安装区的底面中心纵向开设有固定槽；安装区的上方右侧可拆卸连接有上压板，刀基体下表面中心纵向设置有与固定槽相匹配的凸起，刀基体外端面的中部开设有T形槽，所述T形槽水平段的深度大于竖直段的深度，T形槽的竖直段贯穿刀基体的下部，T形槽内设置有下压板，所述下压板与T形槽相匹配，下压板的下方设置有螺纹柱，所述螺纹柱穿过刀杆用以固定刀基体和刀杆。

进一步地，所述上压板的左端逐渐变厚，所述刀基体的右端逐渐变薄并与上压板的左端相匹配。

进一步地，所述T形槽水平段的深度不小于刀基体宽度的二分之一，所述固定槽的长度不小于安装区长度的二分之一，凸起的长度不小于刀基体长度的二分之一。

进一步地，所述固定槽为矩形槽，所述凸起为与矩形槽匹配的矩形凸起。

进一步地，所述刀基体的上平面和刀杆的上表面处于同一水平面，上压板的下平面低于刀杆的上表面，上压板的上表面高于刀杆的上表面。

本发明提供的一种适合加工高温合金的陶瓷粘合剂立方氮化硼刀头材料，由立方氮化硼粉末和结合剂组成，以重量百分比计，所述立方氮化硼粉末为45～80%，结合剂为20～55%，所述结合剂由以下原料组成：氧化镧2～5%，氧化锆2～5%，氧化铝55～92%，氮化钛4～35%。

本发明提供的一种适合加工高温合金的立方氮化硼刀头材料的制备包括以下步骤：

步骤1：称取粉料：将预先准备好的立方氮化硼粉末，氧化镧粉末，氧化锆粉末，氧化铝粉末，氮化钛粉末，按照重量百分比称量；

步骤2：混合：将称量好的立方氮化硼粉末装入容器中，倒入15mol/L的氢氟酸进行酸洗，然后进行离心，随后倒入无水乙醇进行醇洗，无水乙醇的量没过粉末，完成后，在60℃真空烤箱内烘烤12h，将处理后的立方氮化硼与结合剂混合均匀得混合粉末，然后再次放入容器中；

步骤3：球磨：在容器内放入研磨球，研磨球的直径小于10mm，容器中所放研磨球的质量和混合粉末的质量比例为5:1，球磨时间为48h，在球磨机上球磨完成后，打开容器盖，放入干燥箱内进行干燥处理，烘干时间为2h，烘干温度为80℃；

步骤4：过筛：将容器内经过干燥处理过的混合粉末进行筛网过滤，将大颗粒粉末及研磨球取出；

步骤5：装模：将经过筛网过滤的粉末放置到模具中；

步骤6：压制烧结：在六面顶压机进行压制烧结，顶压机压力为5.5～9GPa，压制时间30min，热压温度1700℃。

进一步地，步骤2中立方氮化硼混合结合剂所用混合装置为三维混合机，混料时间为5～7h。

进一步地，所述无水乙醇醇洗次数为2～4次。

进一步地，所述模具为叶腊石模具，所述筛网为400目的筛网。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明刀基体和刀杆通过上压板和下压板进行紧固连接。刀基体外端面的中部开设有T形槽，使得刀基体保持了其自身的强度，在进一步优化结构中，刀基体内设置的T形槽的水平段的深度大于竖直段的深度、不小于刀基体宽度的二分之一，该结构又满足了下压板对刀基体下部和刀杆的固定所需的接触面积；

刀基体下方的凸起和刀杆上的固定槽的设置，进一步加强了刀杆和刀头之间的紧固性；

上压板的左端逐渐变厚，刀基体的右端逐渐变薄并与上压板的左端相匹配，该结构提高了上压板与刀基体之间的稳固性，又因上压板下部处于刀杆内，可以削弱切削时的切削力，进一步提高了本发明刀具的稳定性。

2、本发明提供了一种立方氮化硼刀头制备时使用的结合剂，该结合剂中的氧化铝作为一种工程陶瓷材料，具有高强度、高硬度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等优良性能，已经广泛应用于机械、电子、汽车、航空航天等众多领域，但该材料最大的不足是脆性大、韧性低、难于加工的特点，而采用氮化钛能很好地弥补该材料的不足，TiN属于面心立方点阵NaCl型晶体结构，具有熔点高 (2950℃)、硬度大、耐腐蚀、以及良好的导电性、导热性等一系列优点。由于TiN、A1₂O₃的热膨胀系数相差不大，因此它们之间有着良好的物理结合性，氧化镧，氧化锆可以有效提高氧化铝基陶瓷刀具材料的力学性能，使得本立方氮化硼刀具可对高温合金进行有效切削。

附图说明

图1为本发明一种适合加工高温合金的陶瓷粘合剂立方氮化硼刀具的结构示意图。

图2为本发明一种适合加工高温合金的陶瓷粘合剂立方氮化硼刀具的刀杆的俯视图。

图3为图1中A-A向的结构示意图。

图4为本发明一种适合加工高温合金的陶瓷粘合剂立方氮化硼刀具的刀基体的结构示意图一。

图5为本发明一种适合加工高温合金的陶瓷粘合剂立方氮化硼刀具的刀基体的结构示意图二。

图6为图5中B-B向的结构示意图。

附图中标记，1为刀杆，11为上压板，12为固定槽，13为固定孔，2为刀基体，21为T形槽，22为下压板，23为螺纹柱，24为凸起，3为立方氮化硼刀头。

具体实施方式

以下结合附图对发明的具体实施方式进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“横向”“竖向”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

如图1～6所示，一种适合加工高温合金的陶瓷粘合剂立方氮化硼刀具，包括刀杆1、刀基体2和立方氮化硼刀头3、上压板11和下压板22，所述刀杆1的左端一侧设置有安装区，所述安装区为刀杆1的左端一侧凹设的矩形平台，该矩形平台的上方和相邻的两个侧面无遮挡，安装区的底面中心纵向开设有固定槽12，固定槽12为矩形槽，固定槽12的长度不小于安装区长度的二分之一，本实施例中固定槽12的长度等于安装区长度的二分之一。固定槽12的外侧中部开设有圆形固定孔13；安装区的上方右侧可拆卸连接有上压板11，所述上压板11呈板状结构，其左端从左至右逐渐变厚，所述刀基体2的左端通过钎焊焊接有立方氮化硼刀头3，刀基体2的右端从左至右逐渐变薄并与上压板11的左端相匹配。刀基体2安装到刀杆1上的安装区后，刀基体2的上平面和刀杆1的上表面处于同一水平面，上压板11的下平面低于刀杆1的上表面，上压板11的上表面高于刀杆1的上表面。

刀基体2下表面中心纵向设置有与固定槽12相匹配的矩形凸起24，凸起24的长度不小于刀基体2长度的二分之一，本实施例中凸起24的长度等于刀基体2的长度，刀基体2外侧的中部开设有T形槽21，所述T形槽21水平段的深度不小于刀基体2宽度的二分之一，本实施例中T形槽21水平段的深度等于刀基体2宽度的二分之一。T形槽21水平段的深度大于竖直段的深度，T形槽21的竖直段贯穿刀基体2的下部，T形槽21内设置有下压板22，下压板22与T形槽21的结构相匹配，所述下压板22的下方固定设置有螺纹柱23，所述螺纹柱23穿过刀杆1的固定孔13并和螺母配合用以固定刀基体2和刀杆1，刀杆1下部开设有圆柱形槽用于提供螺母的安装空间，该圆柱形槽的中心与固定孔13的圆心同心，圆柱形槽的直径等于所述螺母的外径、深度等于螺母的高度，螺纹柱1的下表面与刀杆1的下表面齐平。

使用时，将上压板11从刀杆1上取下或者从安装区旋出，将装有下压板22的刀基体2置于刀杆1上的安装区，使下压板22下方的螺纹柱23穿过固定孔13，于圆柱形槽内用螺母紧固螺纹柱23。然后安装上压板11，使上压板左端与刀基体1的右端匹配。然后可以开始切槽工作。

实施例2

一种适合加工高温合金的陶瓷粘合剂立方氮化硼刀具材料，由立方氮化硼粉末和结合剂组成，以重量百分比计，立方氮化硼粉末占45%，结合剂占55%，所述结合剂由以下重量百分比含量的原料组成：氧化镧5%，氧化锆5%，氧化铝55%，氮化钛35%。

实施例3

一种适合加工高温合金的陶瓷粘合剂立方氮化硼刀具材料，由立方氮化硼粉末和结合剂组成，以重量百分比计，立方氮化硼粉末占80%，结合剂占20%，所述结合剂由以下重量百分比含量的原料组成：氧化镧2%，氧化锆2%，氧化铝92%，氮化钛4%。

实施例4

一种适合加工高温合金的陶瓷粘合剂立方氮化硼刀具材料，由立方氮化硼粉末和结合剂组成，以重量百分比计，立方氮化硼粉末占65%，结合剂占35%，所述结合剂由以下重量百分比含量的原料组成：氧化镧3%，氧化锆3%，氧化铝74%，氮化钛20%。

实施例5

一种适合加工高温合金的陶瓷粘合剂立方氮化硼刀具材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：称取粉料：将预先准备好的立方氮化硼粉末，氧化镧粉末，氧化锆粉末，氧化铝粉末，氮化钛粉末，按照实施例4所述的重量百分比称量；

步骤2：混合：将称量好的立方氮化硼粉末装入容器中，倒入15mol/L的氢氟酸进行酸洗，然后进行离心，随后倒入无水乙醇进行醇洗，无水乙醇的量应没过粉末，完成后，在60℃真空烤箱内烘烤12h，将处理后的立方氮化硼与结合剂混合均匀得混合粉末，然后再次放入容器中；立方氮化硼混合结合剂所用混合装置为三维混合机，混料时间为5～7h。所述无水乙醇醇洗的次数为2～4次。

步骤3：球磨：在容器内放入研磨球，研磨球的直径应小于10mm，容器中所放研磨球的质量和混合粉末的质量比为5:1，球磨时间为48h，在球磨机上球磨完成后，打开容器盖，放入干燥箱内进行干燥处理，烘干时间为2h，烘干温度为80℃；

步骤5：装模：将经过筛网过滤的粉末放置到模具中；所述模具为叶腊石模具。所述筛网为400目的筛网。

本实施例制备的的立方氮化硼刀头的硬度为HV3500，弯曲强度为350MPa。

以上所述之实施例，仅仅用以解释本发明，并非限制本发明实施范围，对于本技术领域的技术人员来说，当然可根据本说明书中所公开的技术内容，通过置换或改变的方式轻易做出其它的实施方式，故凡在本发明的原理及工艺条件所做的变化和改进等，均应包括于本发明申请专利范围内。

Claims

1.一种适合加工高温合金的陶瓷粘合剂立方氮化硼刀具，其特征在于，包括刀杆（1）、刀基体（2）和立方氮化硼刀头（3）、上压板（11）和下压板（22），所述刀杆（1）的左端一侧设置有安装区，所述安装区的底面中心纵向开设有固定槽（12）；安装区的上方右侧可拆卸连接有上压板（11），所述刀基体（2）的上平面和刀杆（1）的上表面处于同一水平面，上压板（11）的下平面低于刀杆（1）的上表面，上压板（11）的上表面高于刀杆（1）的上表面；刀基体（2）下表面中心纵向设置有与固定槽（12）相匹配的凸起（24），所述固定槽（12）的长度不小于安装区长度的二分之一，固定槽（12）为矩形槽，所述凸起（24）为与矩形槽匹配的矩形凸起；凸起（24）的长度不小于刀基体（2）长度的二分之一；刀基体（2）外端面的中部开设有T形槽（21），所述T形槽（21）水平段的深度大于竖直段的深度，T形槽（21）的竖直段贯穿刀基体（2）的下部，所述T形槽（21）水平段的深度不小于刀基体（2）宽度的二分之一，T形槽（21）内设置有下压板（22），所述下压板（22）与T形槽（21）相匹配，下压板（22）的下方设置有螺纹柱（23），所述螺纹柱（23）穿过刀杆（1）用以固定刀基体（2）和刀杆（1）；所述上压板（11）的左端从左至右逐渐变厚，所述刀基体（2）的右端从左至右逐渐变薄并与上压板（11）的左端相匹配；所述立方氮化硼刀头（3）材料由立方氮化硼粉末和结合剂组成，以重量百分比计，所述立方氮化硼粉末为45～80%，结合剂为20～55%，所述结合剂由以下原料组成：氧化镧2～5%，氧化锆2～5%，氧化铝55～92%，氮化钛4～35%。

2.根据权利要求1所述的一种适合加工高温合金的陶瓷粘合剂立方氮化硼刀具，其特征在于，所述的立方氮化硼刀头的制备包括以下步骤：

步骤1：称取粉料：将预先准备好的立方氮化硼粉末，氧化镧粉末，氧化锆粉末，氧化铝粉末，氮化钛粉末，按照所述重量百分比称量；

步骤5：装模：将经过筛网过滤的粉末放置到模具中；

3.根据权利要求2所述的一种适合加工高温合金的陶瓷粘合剂立方氮化硼刀具，其特征在于，步骤2中立方氮化硼混合结合剂所用混合装置为三维混合机，混料时间为5～7h。

4.根据权利要求2所述的一种适合加工高温合金的陶瓷粘合剂立方氮化硼刀具，其特征在于，所述无水乙醇醇洗次数为2～4次。

5.根据权利要求2所述的一种适合加工高温合金的陶瓷粘合剂立方氮化硼刀具，其特征在于，所述模具为叶腊石模具，所述筛网为400目的筛网。