一种超细硬质合金预成型刀槽整体刀具坯体的制备方法与流程

本发明涉及一种超细硬质合金预成型刀槽整体刀具坯体的制备方法，可用于制造汽车、电子、航空机械及其他机械设备零部件加工用标准、非标硬质合金整体刀具。

背景技术：

由超细硬质合金棒材制成的整体硬质合金刀具如铣刀、铰刀、钻头的综合性能要高于传统高速钢刀具。配以合适的涂层技术，其综合寿命要高出高速钢刀具100倍以上。对于先进的加工中心来讲，硬质合金刀具是其必配工具，高速钢的弹性模量是无法满足其高速切削要求。加之高速钢刀具大量浪费国内宝贵的钨钼资源，目前超细硬质合金的使用量占刀具材料的50%以上。

超细硬质合金棒材由于硬度高，韧性低，目前，整体硬质合金刀具有效的制作方法是采用立方氮化硼或者金刚石砂轮刃磨成型切削刃和刀槽，而刀具加工的大部分工时消耗在刀槽的成型，其中宝贵的钨资源也随着磨削而白白损耗掉。为了提高加工效率，减少钨资源浪费，有厂家尝试采用硬质合金毛坯烧结前磨削成型刀槽的方法，此方法由于硬质合金软坯强度低，且超细合金在加工过程中容易氧化等缺点，导致产品成品率低，产品尺寸及产品质量不易控制，难以批量应用。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种新的超细硬质合金预成型刀槽整体刀具坯体的制备方法，旨在提高超细整体硬质合金刀具的加工效率和钨资源利用率。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种超细硬质合金预成型刀槽整体刀具坯体的制备方法，其特征在于：该制备方法由下列步骤组成：

第一步，将超细WC、超细Co、超细VC以及Cr₃C₂湿混球磨24~72h后混合均匀，获得各组分均匀的超细混合料，其中，所述超细WC粒度粒度为0.2～0.8μm，在所述超细混合料中的质量百分含量为84～93.7%，所述超细Co粒度为0.6~1.5μm，在所述超细混合料中的质量百分含量为6～14%，所述超细VC粒度为0.8~1.5μm，在所述超细混合料中的质量百分含量为0～0.8%，所述Cr₃C₂ 粒度为0.8~1.5μm，在所述超细混合料中的质量百分含量为0.3～1.2%；

第二步，所述超细混合料经干燥后，在真空捏合机中加入占所述超细混合料重量1~12%的粘合剂，捏合10~60min，将粘合剂与超细混合料充分混合均匀，将掺有粘合剂的超细混合料制粒后在注射成型机中将物料加热到135~210℃，使物料呈熔融状态，物料加热后具有良好的流动性，然后在10~135MPa的压力下采用注射成型的方式，将物料注入到模腔中，在模具中一次可同时成型2~8支预成型刀槽的超细硬质合金软坯，超细硬质合金软坯在水中并在200~600℃下溶解脱除所述粘合剂；

所述粘合剂的原料配方包括以下重量份的组分：

聚乙烯醇缩丁醛 10~30份，

聚甲基丙烯酸甲酯 2~5份，

聚乙二醇 65~90份，

非离子型聚丙烯酰胺 0.5~1份，

聚丙烯酸钠 1~2份，

聚酰亚胺 0.05~0.1份，

油酸 0.1~1份，

其中，所述聚乙烯醇缩丁醛的分子量为30000~45000；所述聚甲基丙烯酸甲酯的分子量为10000~200000；所述聚乙二醇的分子量为600~15000；所述非离子型聚丙烯酰胺的分子量为8×10⁶~1×10⁷；所述聚酰亚胺的分子量为20000~30000，聚酰亚胺为粉末状，其粒径为0.5~5微米；

第三步，在第二步结束后，将所述超细硬质合金软坯放置在低压烧结炉中，于1340~1420℃温度下烧结36～60h，高温烧结时通过氩气加压促使合金致密化，压力为1~10MPa，实现致密化，从而制备出不同规格的所述超细硬质合金预成型刀槽整体刀具坯体。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1. 上述方案中，所述粘结剂的原料配方还包括抗氧化剂，抗氧剂为吩噻嗪，其重量份为0.01~0.05份。吩噻嗪的作用是为了防止聚乙二醇在粉末注射成形加热过程中的氧化。

2. 上述方案中，在所述第一步湿混球磨时，湿磨介质为工业酒精、丙酮以及己烷中的任意两种的混合物，或者为工业酒精、丙酮以及己烷三者的混合物。

3. 上述方案中，所述超细VC即为超细碳酸亚乙烯酯粉，所述超细WC即为超细碳化钨粉。

本发明技术方案的突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

1、本发明制备方法中的粘结剂组分中加入的聚乙烯醇缩丁醛在金属粉末注射成形后可在坯体中形成骨架，加入微量的聚酰亚胺能够进一步为金属粉末在注射成形后的坯体提供支撑力，形成稳定的坯体结构；聚甲基丙烯酸甲酯与金属和陶瓷粉末有良好的粘结力，使坯体具有较高的强度，可很好的保持压坯形状。

2、本发明制备方法中的粘结剂组分中加入的聚乙二醇与油酸对粉末具有良好的润滑性，可有效的减少金属粉料注射过程中金属粉料中的内摩擦和粉料与注射成形机和模具间的外摩擦，减少动力损失，提高粉料的流变性；

3、本发明制备方法中的粘结剂组分中加入的非离子型聚丙烯酰胺既能为金属粉末提供一定的粘结力，又能有效地降低金属粉料注射过程中相互之间的摩擦阻力；而加入的聚丙烯酸钠对整个粘结剂起到一定的分散作用，同时在金属粉末注射成形过程中还能使粘结剂稳定地、均匀地分散至金属粉末上。

4、该方案操作简便、易实施，在注射成形粉料中加入占金属粉料重量的1~12%的本发明的新型粘结剂，在注射成形时物料流动性好，压坯缺陷少，强度高，且易于脱除，无有害分解、残留物，可满足金属、陶瓷粉末注射成形的工艺和技术要求，经济效益十分显著。

5、本发明制备方法中的粘结剂不同于传统石蜡基粘结剂，为水溶性粘结剂。由于所添加组分大多为水溶性的，因此，在粉末注射成形后毛坯可采用水溶解法将粘结剂脱除，与传统石蜡基粘结剂用有机溶剂催化脱除法比，这是一种快速、廉价、无污染的脱除方法。

6、采用本发明制备方法生产的预成型刀槽超细硬质合金坯体，可大幅减少超细整体硬质合金刀具制作时的磨削量，因而可大幅提高刀具的生产效率，并减少钨资源的浪费。

7、所述超细硬质合金预成型刀槽整体刀具坯体用于制造汽车、电子、航空机械及其他机械设备零部件加工用标准、非标用高效硬质合金整体刀具。

附图说明

附图1为超细硬质合金预成型刀槽整体刀具坯体生产流程图；

附图2为超细硬质合金坯体成型示意图；

附图3为超细硬质合金直槽铰刀俯视示意图；

附图4为超细硬质合金直槽铰刀主视示意图；

图中附图标记的含义：1、模具流道；2、浇口；3、型腔。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例1~3：一种超细硬质合金预成型刀槽整体刀具坯体的制备方法

该制备方法由下列步骤组成：

第一步，将超细WC、超细Co、超细VC以及Cr₃C₂湿混球磨48h后混合均匀，获得各组分均匀的超细混合料，其中，所述超细WC粒度粒度为0.5μm，在所述超细混合料中的质量百分含量为87.2%，所述超细Co粒度为0.8μm，在所述超细混合料中的质量百分含量为12%，所述超细VC粒度为1μm，在所述超细混合料中的质量百分含量为0.3%，所述Cr₃C₂ 粒度为1.2μm，在所述超细混合料中的质量百分含量为0.5%；

第二步，所述超细混合料经干燥后，在真空捏合机中加入占所述超细混合料重量10%的粘合剂，捏合30min，将粘合剂与所述超细混合料充分混合后200目擦筛制粒，将掺有粘合剂的超细混合料制粒后在注射成型机中将物料加热到200℃，使物料呈熔融状态，物料加热后具有良好的流动性，然后在100MPa的压力下采用注射成型的方式，将物料注入到模腔中，在模具中一次可同时成型8支预成型刀槽的超细硬质合金软坯，超细硬质合金软坯在水中并在200~600℃下分段溶解脱除所述粘合剂；在湿混球磨时，湿磨介质为工业酒精、丙酮以及己烷三者的混合物；

所述粘合剂的原料配方包括以下重量份的组分：

聚乙烯醇缩丁醛 10~30份，

聚甲基丙烯酸甲酯 2~5份，

聚乙二醇 65~90份，

非离子型聚丙烯酰胺 0.5~1份，

聚丙烯酸钠 1~2份，

聚酰亚胺 0.05~0.1份，

油酸 0.1~1份，

其中，所述聚乙烯醇缩丁醛的分子量为35000；所述聚甲基丙烯酸甲酯的分子量为15000；所述聚乙二醇的分子量为10000；所述非离子型聚丙烯酰胺的分子量为8×10⁶；所述聚酰亚胺的分子量为25000，聚酰亚胺为粉末状，其粒径为0.5~5微米；

第三步，在第二步结束后，将所述超细硬质合金软坯放置在低压烧结炉中，于1400℃温度下烧结36h，高温烧结时通过氩气加压促使合金致密化，压力为8MPa，实现致密化，从而制备出不同规格的所述超细硬质合金预成型刀槽整体刀具坯体，参见附图1至附图4所示。

实施例1~3中所述粘结剂的制备方法：根据表1的配方将聚乙烯醇缩丁醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇、非离子型聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚酰亚胺、油酸以及吩噻嗪按照各自的重量份数称好后，在搅拌条件下将上述原料加入装有水的桶中搅拌至混合均匀，制得所述金属粉末注射成形用粘结剂。

上述金属粉末注射成形用粘结剂由以下重量份的组分组成，如表1所示：

表1

综上所述，采用此法生产的预成型刀槽超细硬质合金刀具坯料可精确控制刀槽尺寸，并可保证合金组织均匀致密，与传统生产方法比，提高了刀具制作效率提高到80%以上，减少了30%以上的钨资料浪费，值得在业内广泛推广应用。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。