[发明专利]一种利用高温辅助预切削法制备硬涂层刀具的方法及设备

说明书

本发明公开了一种利用高温辅助预切削法制备硬涂层刀具的方法及设备，其技术方案为：以低硬度的涂层材料作为预切削工件，通过刀具对预切削工件进行预切削；并在预切削过程中对切削区域进行高温加热和气体射流，使涂层材料在刀具表面形成均匀分布的硬涂层。本发明在切削淬硬难加工材料之前，使用刀具预先切削低硬度材料，且在预切削过程中辅以高温加热和氧气射流，使切削过程中粘附于刀具表面的土层材料被迅速高温氧化并沉积形成一层氧化薄膜，从而实现涂层刀具的制备。

技术领域

本发明涉及切削刀具涂层技术领域，尤其涉及一种利用高温辅助预切削法制备硬涂层刀具的方法及设备。

背景技术

随着先进材料技术和机械制造业的不断发展，具有高强度、高硬度和良好耐磨性等优异性能的新材料逐步获得应用，为提高机械装备零部件的服役性能和工作寿命提供了保障。然而，材料性能的提升导致其切削加工性变差，难加工材料及难加工结构始终存在加工效率低和缺陷率高等难题，是机械制造领域亟需解决的关键技术难题。先进涂层刀具成为实现难加工材料高质高效切削加工的有效技术手段。

硬涂层刀具是目前用于切削难加工材料的主要刀具类型，常用的硬涂层种类包括氧化铝、氮化钛、碳氮化钛、氮铝钛、金刚石等。据统计，硬质合金涂层刀具使用的比例已在所有刀具中占比高达80％以上，而其中绝大多数为硬涂层刀具。硬涂层刀具以其高硬度、高耐磨性、良好的化学稳定性和热障性能等，适于加工淬硬钢和高强度合金等难加工材料。硬涂层刀具的制备方法主要包括物理气相沉积法和化学气相沉积法，所需设备昂贵，技术操作复杂，工艺处理时间长，成本高，导致机械零件制造过程中的刀具成本较高，成为制约生产成本难以降低的主要因素之一。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种利用高温辅助预切削法制备硬涂层刀具的方法及设备，在切削淬硬难加工材料之前，使用刀具预先切削低硬度材料，且在预切削过程中辅以高温加热和氧气射流，使切削过程中粘附于刀具表面的土层材料被迅速高温氧化并沉积形成一层氧化薄膜，从而实现涂层刀具的制备。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种利用高温辅助预切削法制备硬涂层刀具的方法，以低硬度的涂层材料作为预切削工件，通过刀具对预切削工件进行预切削；并在预切削过程中对切削区域进行高温加热和气体射流，使涂层材料在刀具表面形成均匀分布的硬涂层。

作为进一步的实现方式，所述涂层材料选择工业纯铝。

作为进一步的实现方式，切削过程中，在刀具的前刀面和后刀面分别布置加热装置。

作为进一步的实现方式，在刀具上方设置气源装置，通过气源装置提供混合气体。

作为进一步的实现方式，所述混合气体由氧气和氦气混合而成，且混合气体的射流量可调节。

作为进一步的实现方式，预切削时采用高线速度、小进给速度和大切深的切削用量。

作为进一步的实现方式，利用X射线能量色散谱或X射线光电子能谱测试刀具与预切削工件接触区域的涂层均匀分布情况。

第二方面，本发明实施例还提供了一种利用高温辅助预切削法制备硬涂层刀具的设备，包括：

固定装置，用于夹持固定预切削工件；

加热装置，设置于刀具两侧；

气源装置，包括气体贮存罐，所述气体贮存罐连接射流喷嘴。

作为进一步的实现方式，所述气体贮存罐通过管路与射流喷嘴相连，所述管路上安装有调节阀。

作为进一步的实现方式，所述加热装置为石英加热器或陶瓷加热器。

上述本发明的实施例的有益效果如下：