[发明专利]一种激光熔覆AlCrN复合涂层硬质合金铣刀的制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光熔覆AlCrN复合涂层硬质合金铣刀的制备工艺，属于铣刀制造加工技术领域。

背景技术

随着现代工业的进步，工业制品的性能也在逐步提高，对机械加工行业的要求也随之提高。特别是随着数控机床的普及，铣刀(主要是立铣刀)的应用范围大大增加了。铣刀作为一种多刃刀具，是高速切削刀具中最常见的刀具之一，高速切削不仅意味着高效率，同时意味着较小的切削力，较低的变形量以及优异的加工质量。但高速切削也会导致产生大量的切削热，使切削温度提高，使刀具发生磨料磨损、粘结磨损和扩散磨损。同时，高温介质中非金属元素易侵入刀具，生成晶尖脆性相，产生裂纹。大大影响了刀具的使用寿命。

激光熔覆技术作为一种新型加工技术，它是将熔覆材料置于基材表面，利用高能密度激光束(10⁴～10⁶W/cm²)将熔覆材料和基材迅速熔化、凝固(冷却速度达10²～10⁶℃/s)，在基材表面形成冶金结合。冶金结合具有结合强度高，工艺性能好的特点，且对熔覆材料成分的选择灵活，几乎可以熔覆任何金属粉末。因此，在硬质合金棒料表层熔覆合适的熔覆材料，对硬质合金棒料的性能有着至关重要的影响。

经本申请人检索查证：采用激光熔覆技术改善刀具切削性能的方法，发明者毫无意外的都是将制成的成品刀具作为基体，在基体上利用激光熔覆制备相应的合金涂层，从而达到改善刀具切削性能的目的。但是，在成品刀具上熔覆其他合金材料的加工难度较大，在加工过程中激光的高热量会对刀具熔覆点周围的其他部位产生影响，而这种影响的优劣无法控制。而采用激光熔覆方法先在制作刀具的硬质合金棒料上预先熔覆相应的合金材料，利用熔覆后的硬质合金棒料再加工为成品刀具在国内尚无先例。

发明内容

针对现有的硬质合金立铣刀在高速高速切削过程中易磨损，寿命较低的缺陷，本发明的提供一种工艺简单、生产成本低、易于实现的激光熔覆AlCrN复合涂层硬质合金铣刀的制备工艺，该工艺采用AlCrN作为熔覆材料，利用激光熔覆技术快速加热、快速凝固，从而在在硬质合金棒料上形成AlCrN熔覆层，随之将表层有熔覆层的硬质合金棒料加工为成品立铣刀，从而达到改善立铣刀的切削性能的目的。

本发明的技术方案：一种激光熔覆AlCrN复合涂层硬质合金铣刀的制备工艺，包括以下步骤：

(1)将硬质合金棒料利用800目砂纸打磨表层氧化物并用丙酮清洗，用热风机吹干；

(2)将一定配比的AlCrN合金粉末放入送粉器中，激光熔覆利用半导体激光器采用同步送粉方式进行，送粉速率25～30g/cm³，激光光斑尺寸为3mm*4mm，激光功率为1000～1800W，搭接率Q为30～ 45％；

(3)激光熔覆过程中，将硬质合金一端固定在可转动的旋转轴上，转速为80～140r/min，进给速度240～720mm/min，保护气体为 Ar气，在硬质合金棒料表面制备AlCrN复合涂层；

(4)利用外圆磨床将覆盖有AlCrN涂层的硬质合金棒料打磨掉表层一部分；

(5)将打磨后的棒料在数控机床上加工成铣刀。

上述工艺中，所述AlCrN合金粉末按重量百分比计算，它是由 52～58％的Al、17.5～23.5％的Cr以及余量为N组成。

上述工艺中，所述硬质合金棒料表面制备的AlCrN复合涂层厚度为8～15mm。

上述工艺中，所述覆盖有AlCrN涂层的硬质合金棒料打磨后留下 AlCrN涂层的厚度为4～5mm。

由于采用上述技术方案，本发明的优点在于：

(1)采用本发明方法制备的刀具，在其端刃及周刃上均有一层均匀的AlCrN熔覆层，且呈冶金结合，结合强度高，加工性能好；

(2)采用本发明制备的刀具既具有硬质合金本身的优点，由于表层的AlCrN熔覆层，同时又具有AlCrN涂层的高温综合性能 (AlCrN涂层在1000℃时硬度仍保持25.6GPa)；

(3)与相同材质的硬质合金铣刀相比，采用本发明制备的铣刀在切削时使用寿命提高了37％。

附图说明

图1为利用熔覆后的硬质合金经外圆磨床加工后的棒料；

图2为利用加工后的硬质合金棒料制备的成品铣刀；

图3为图2中A向剖面示意图。

具体实施方式

为了使本发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图以及实施例对本发明作进一步的详细说明。