CN111660208A - 一种提高金属加工工具寿命的复合表面处理方法 - Google Patents

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郑光明
程祥
徐汝锋
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    • C21D9/22—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for drills; for milling cutters; for machine cutting tools

Abstract

一种提高金属加工工具寿命的复合表面处理方法，包括下述工艺步骤：选择刀具，并采用丙酮溶液进行超声波清洗去除表面的油污等杂物；处理后工具进行微喷砂处理装置中，并保证待处理工具处于夹具中心，装置的喷砂料为Al2O3或ZrO2，并由水流带动颗粒；将处理后工具再次进行乙醇溶液超声波清洗，去除表面残余微喷砂颗粒；之后放入深冷箱中，缓慢降温，处理温度‑140℃到‑196℃，保温时间0‑48h，处理完毕后进行200℃‑300℃的回火处理，保温2‑3h；处理完毕后取出工具，进行丙酮溶液的超声波清洗，即得。使用微喷砂与深冷处理复合工艺对金属加工工具进行表面处理，可以改善内部的组织，提高表面完整性，改善加工过程中的作用力，提高寿命。

Description

一种提高金属加工工具寿命的复合表面处理方法
技术领域
本发明涉及一种提高金属加工工具寿命的复合表面处理方法，属于表面处理领域。
背景技术
随着制造业的发展，各类新材料不断出现，加工要求越来越高。传统的金属加工工具，以高硬度、高耐磨性、耐高温性、高化学稳定性、不易粘结、摩擦系数低以及使用寿命长等优点，成为机械加工行业的重要组成部分。但是，现有金属加工工具在进行高速加工时，在高速、高热、大磨损的条件下很快达到失效标准，寿命不高。
微喷砂处理技术与刀具深冷处理技术具有高效、清洁、易于操作等优势。微喷砂表面处理技术，是一种新兴的表面处理技术，其主要优势在于对表面完整性的强化，其主要强化方向为表面完整性方向，主要包括：表面缺陷的改善，硬度的提高，表面残余压应力的强化。表面深冷处理技术已经较为成熟，其主要强化方向为刀具内部组织与加工时作用力，主要包括：刀具碳化物均匀分布，奥氏体向马氏体转变，加工作用力改善。
将两种技术进行结合，对金属加工工具进行表面后处理，由于两种处理方法侧重点不同，相互干涉较小，在改善表面完整性的前提下，有效的改善了加工时的作用力。在两种表面处理技术的综合作用下，金属加工工具耐磨性、韧性、抗冲击性、抗崩刃性能明显提高，涂层结合强度上升，寿命增加。
发明内容
本发明的目的，是提供一种提高金属加工工具寿命的复合表面处理方法，能有效改善工具的表面完整性与切削性能。其技术方案为：
一种提高金属加工工具寿命的复合表面处理方法，包括如下步骤：
（1）选择加工工具，并采用丙酮溶液进行超声波清洗去除表面的油污等杂物；
（2）进行微喷砂处理，清洗后置于微喷砂处理装置中，并保证待处理工具处于夹具中心，装置的喷砂料为Al2O3或ZrO2，并由水流带动颗粒；
（3）将处理后工具再次进行乙醇溶液超声波清洗，去除表面残余微喷砂颗粒；
（4）放入深冷箱中，处理温度-140℃到-196℃，保温时间0-48h，处理完毕后进行200℃-300℃的回火处理，保温2-3h；
（5）处理完毕后取出工具，进行丙酮溶液的超声波清洗，即得。
进一步地，步骤2）所述的微喷砂处理，颗粒粒度大小要低于50μm，按照水料比4:1配置微喷砂液，采用喷砂时间3-10s，喷砂压强0-0.5MPa。
进一步地，步骤4）深冷处理时，有两种处理方法，液氮气体缓慢降温与直接浸入液氮中保温，为保证加工效率，一般保温时间在0-24h。
本发明具有以下有益效果：
1.微喷砂表面处理效率较高，速度较快，可以向有效的消除工具初始表面缺陷，提高硬度，强化残余压应力，抑制或消除表面裂纹。本技术得到的工具寿命提升程度可以达到45%以上。
2.设置的深冷处理中，液氮处理可以有效地使残余奥氏体马氏体化，之后的回火处理可以有效地消除产生的残余热应力，减少对于微喷砂处理后残余压应力的影响。经过深冷处理，工具在加工时的作用力明显降低，加工状况更加良好。进一步提升微喷砂处理后工具的寿命。
具体实施方式
实施例：
一种提高金属加工工具寿命的复合表面处理方法，包括下述工艺步骤：
1.选用TiAlN单层硬质合金涂层刀具，涂层厚3-5μm，采用丙酮溶液超声波清洗，时间30min，去除表面油污，备用；
2.将经步骤1处理后的硬质合金涂层刀具置于微喷砂处理装置中，并保证待处理刀具处于夹具中心，装置的喷砂料为Al2O3，并由水流带动颗粒，水与喷料配比为4:1。喷砂时间7s，喷砂压强0.3MPa，喷砂次数为一次；
3.将经步骤2处理后刀具进行酒精溶液的超声波清洗，时间5min，去除表面残留的喷料与液体，备用；
4.将刀具进行深冷处理，置于深冷处理设备中缓慢降温，降至-190℃，保温12h，之后进行缓慢升温。待刀具达到室温后，置于回火设备中进行回火，温度为200℃，保温时间2h，处理完毕后置于空气中冷却；
5. 处理完毕后取出刀具，进行酒精溶液的超声波清洗，时间5min，去除表面杂质即得；
6.后续进行了钛合金切削试验，相比于未处理刀具，处理后涂层刀具的切削力降低，刀具的寿命提升了50%以上。

Claims (3)

1.一种提高金属加工工具寿命的复合表面处理方法，其特征包括下述工艺步骤：
（1）选择加工工具，并采用丙酮溶液进行超声波清洗去除表面的油污等杂物；
（2）进行微喷砂处理，清洗后置于微喷砂处理装置中，并保证待处理工具处于夹具中心，装置的喷砂料为Al2O3或ZrO2，并由水流带动颗粒；
（3）将处理后工具再次进行乙醇溶液超声波清洗，去除表面残余微喷砂颗粒；
（4）放入深冷箱中，处理温度-140℃到-196℃，保温时间0-48h，处理完毕后进行200℃-300℃的回火处理，保温2-3h；
（5）处理完毕后取出工具，进行丙酮溶液的超声波清洗，即得。
2.根据权利要求1所述的提高金属加工工具寿命的复合表面处理方法，其特征在于：步骤（2）所述的微喷砂处理，颗粒粒度大小要低于50μm，按照水料比4:1配置微喷砂液，采用喷砂时间3-10s，喷砂压强0-0.5MPa。
3.根据权利要求1所述的提高金属加工工具寿命的复合表面处理方法，其特征在于：步骤（4）深冷处理时，有两种处理方法，液氮气体缓慢降温与直接浸入液氮中保温，为保证加工效率，一般保温时间在0-3h。
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