[发明专利]一种用于火车轮毂加工的涂层刀具的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于机械切削刀具制造技术领域，具体涉及一种用于火车轮毂加工的涂层刀具的制备方法。

背景技术

高速铁路的开建和营运为国家经济的发展做出了突出贡献，对火车轮毂的要求也与日俱增，这不仅仅体现在轮毂数量方面，更体现在高精度、高强度、高耐磨性及可修复的高寿命方面，这类轮毂材质由于加入了合金元素(如V)且采用干式高速切削，加工余量大，刀具的消耗也较大。

针对高强度合金钢轮毂的特点，先进制造厂家率先采用数控仿形刀具进行加工，取得了较好的加工表面光洁度效果。随着机床制造业的发展，数字化、柔性化已融入CNC机床，切削刀具也向着高强度、高耐磨性、高红硬性的数控涂层刀具发展，加工高强度合金钢轮毂的数控刀具也就应运而生。

加工火车轮毂的硬质合金刀具主要为高精度的数控涂层刀具，它是由具有梯度富钴结构的P类硬质合金作为涂层基体，结合TiN、AL₂O₃、MT-TiCN的化学涂层(CVD)组成，适用于轮毂的精加工到半精加工的范围。

火车轮毂钢的材质是含碳量从0.60％至1.70％高碳钢，由于可以淬硬和回火，其金相组织、机械性能和金属利用率等方面均优于铸造车轮。在进行仿形车削加工轮毂钢时会产生较大的切削力和较高的切削温度，刀具主要的失效形式有在切削力和切削温度作用下导致的刃口塑性变形，也有高温下工件材料与刀具材料粘结导致的粘结磨损、扩散磨损和氧化磨损，表现形式有崩刃、碎裂、剥落、裂纹破损等。为此，刀片应当具有更高的韧性、高温强度和高温硬度。

当前，表面粘结相富集的涂层基体结合MT-CVD(中温化学气相沉积)技术的涂层刀具广泛地应用于碳钢、合金钢的加工中。这类涂层刀具由于“具有有效阻止裂纹扩展的粘结相富集的基体、对基体影响较小的MT-CVD(沉积温度相对较低)、有效地提高刀片耐磨性的含α-AL₂O₃的复合涂层”的特点，刀具的寿命得到有效地提高。

在刀具基体的制备方面，制造含有WC、立方相和粘结相富集表面区的硬质合金属于梯度烧结技术，有专利文献已经公开了粘结相含量梯度变化的硬质合金基体及其制备方法，可以获得基本上不具有立方相的粘结相富集表面区，但在实际应用中不同程度地会出现刃口塑性变形和抗磨损能力差的现象。

在刀具涂层的制备方面，采用MT-CVD方法在切削刀片基体上沉积钛的氮化物、碳化物、碳氮化物以及氧化铝，这在现有的很多专利文献中已经有描述。但现CVD涂层刀片普遍采用TiN++TiCN+α-AL₂O₃+TiCN+TiN的MTCVD复合结构，该复合结构虽具有一定的通用性，但也限制了其在某些特殊领域(例如轮毂钢车削)的应用。

综上所述，针对火车轮毂钢的加工有必要对刀具基体和涂层进行必要的优化，以适应其加工条件有效提升刀具寿命。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种用于火车轮毂加工的涂层刀具的制备方法，可有效解决现有技术中涂层刀具无法用于火车轮毂加工的问题。

一种用于火车轮毂加工的涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备硬质合金基体

将WC粉、Co粉和MC_xN_y粉(多元固溶化合物)以重量比为81-87:6-10:7-9混合，置于无水乙醇中进行球磨，球磨48-72h，然后过滤，采用喷雾干燥器进行雾化干燥，制粒；其中M为ⅣB、ⅤB、ⅥB族元素中的4种或四种以上；M、C和N的质量比为83-89:8-12:3-5；x＝0.7-0.75，y＝1-x；无水乙醇与混合粉末的体积质量比为320-360mL/kg；

(2)制备涂层基体

将步骤(1)制得的硬质合金基体压制成型后置于烧结炉中，利用依次梯度加压烧结技术进行操作，即炉内温度以2-5℃/min的速度从室温升至370℃，保温120-180min，炉内压力≤1000Pa，保温结束后，继续以2-5℃/min的速度将温度升至450℃，保温180-240min，炉内压力≤2000Pa，保温结束后，以3-6℃/min的速度将温度升至1350℃，保温60-90min，炉内压力为30-100Pa，保温结束后，再以3-6℃/min的速度将温度升至1460℃，保温60-120min，同时充入惰性气体，使炉内压力保持5-6Pa，保温结束后将其冷却至室温，得涂层基体；

(3)涂层刀具的制备