一种用于切削铝合金具有低表面粗糙度铣刀的制备方法与流程

1.本发明涉及一种铣刀(ipc分类号：b23p15/34)，尤其涉及一种用于切削铝合金具有低表面粗糙度铣刀的制备方法。


背景技术：

2.目前，铝合金是现代工业中应用比较多的一种材料，在机械制造和设计、模具压力加工制造等各种行业中已大量应用。随着人类文明进步以及科技和新技术的飞速发展，需要越来越多的铝合金材料。硅的质量分数在12％上的高硅铝合金在加工时极易造成刀具损伤，降低刀具的使用寿命，另外，在切削铝合金时刀具刃部容易造成粘刀的现象，加工工件的表面粗糙度收到影响。
3.专利申请cn200610024508.0公开了在复杂形状刀具上制备金刚石薄膜的化学气相沉积方法，该专利制备的具有金刚石薄膜的复杂形状的刀具，保证了金刚石薄膜的均匀性，同时形核速度高，生张速率快，沉浸后的金刚石薄膜均匀而且质量较好，但是，在该专利的预处理技术过程复杂，其中微波氧化及脱碳还原处理工艺条件苛刻，耗时较长，且所涉及设备成本较高，维护困难。
4.本发明通过采用双层涂层的复合金刚石薄膜能有效的降低涂层表面的粗糙度和摩擦系数，使其切割铝合金是不粘刀，同时了提高了铣刀的硬度，韧性和耐磨的强度，从而提高了铣刀的使用寿命。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种用于切削铝合金铣刀的制备方法，包括以下步骤：
6.(1)选用co的质量百分比为8.5～9.5％的硬质合金钨钢铣刀；
7.(2)对硬质合金钨钢铣刀进行的表面进行清理，碱洗，酸洗；
8.(3)对步骤(2)中的硬质合金钨钢铣刀进行抛光，清洗；
9.(4)对步骤(3)得到的硬质合金钨钢铣刀沉积第一涂层；
10.(5)对步骤(4)得到的硬质合金钨钢铣刀沉积第二涂层。
11.作为一种优选的方案，所述硬质合金钨钢铣刀的成分主要包含碳化钨(wc)和钴(co)。
12.作为一种优选的方案，所述钴的质量百分比为9％；
13.本技术人在实验过程中发现，硬质合金钨钢铣刀的co的质量百分比为8.5～9.5％，不仅有效的提高了硬质合金钨钢铣刀的韧性和抗弯抗压的强度，同时也改善了金刚石涂层与硬质合金钨钢铣刀之间的附着力。并且当co的质量百分比大于9.5％时，金刚石涂层与硬质合金钨钢铣刀之间的附着力不佳，而当co的质量百分比小于8.5％时，硬质合金钨钢铣刀的韧性和抗弯抗压强度不佳。这可能是由于co元素对碳的固溶度比较高，因此影响了金刚石涂层与硬质合金钨钢铣刀的粘结性，同时co元素在金刚石薄膜形成的过程中催化金刚石转化为非金刚石的碳，因此也降低的涂层的附着力。
3807.3n/mm2与本发明中的金刚石的硬度相差不大，因此可以使金刚石涂层的高硬度和高韧性的优异性能得到更好的体现。
40.3、本发明通过限定形成第一涂层中的ch4/h2的流量为3/300～5/300sccm以及第一涂层的厚度为1～2μm以及形成第二涂层中的ch4/h2的流量为15/300～20/300sccm以及第二涂层的厚度为2～4μm，提高了铣刀的寿命，同时在加工铝合金的过程中铣刀的换刀次数减少，加工效率增加，同时保持加工后的铝合金工件的表面粗糙度保持在1.0μm～1.6μm，抑制粘刀方面的效果十分明显。
41.4.在本发明中，采用三刃不等分设计，使各个切削刃的切削振动效率不同，可以进一步降低了各个切削刃切削的过程中的共振，保证了各个切削加工的精度，能够以更好的切削速度进行加工，提高了加工的效率。
42.5、本发明通过采用双层涂层的复合金刚石薄膜能有效的降低涂层表面的粗糙度和摩擦系数，其外层低粗糙度的纳米金刚石，表面易抛光，可显著涂层的光洁度，保证了产品的生产质量，此外，对涂层的抗弯强度和抗机械冲击性能的改善也有很大帮助。
具体实施方式
43.实施例
44.实施例1
45.本实施例提供了一种用于切削铝合金铣刀的制备方法，包括以下步骤：
46.(1)选用co的质量百分比为9％的硬质合金钨钢铣刀；
47.(2)对硬质合金钨钢铣刀进行的表面进行清理，碱洗，酸洗；
48.(3)对步骤(2)中的硬质合金钨钢铣刀进行抛光，清洗；
49.(4)对步骤(3)得到的硬质合金钨钢铣刀沉积第一涂层；
50.(5)对步骤(4)得到的硬质合金钨钢铣刀沉积第二涂层。
51.所述硬质合金钨钢铣刀，按质量百分比计，原料包括钴9％，碳化钨以及其他碳化物 91％。所述硬质合金钨钢铣刀，购买自浙江馨治盛科技有限公司，牌号为al3se；
52.所述步骤(2)清理的具体实现方式为：将硬质合金钢放入丙酮，超纯水，酒精中，分别超声5min。
53.所述步骤(2)碱洗的溶液成份为koh，k3(fe(cn)6)，h2o。所述koh，k3(fe(cn)6)， h2o的重量比为1：1：9。所述步骤(1)碱洗的时间为1.5min。
54.所述步骤(2)酸洗的溶液成份为h2so4和h2o2；所述h2so4，h2o2的重量比为1:10，所述步骤(1)酸洗的时间为6min。所述h2so4的质量分数为98.3％。所述h2o2的质量分数为30％。
55.所述步骤(3)抛光后的表面粗糙度参数ra为0.2a。
56.所述步骤(4)中第一涂层为微米金刚石膜涂层；所述第一涂层的厚度为1.5μm。
57.所述步骤(4)中第一涂层的实现方法为热丝化学气相沉积法。所述第一涂层的热丝化学气相沉积法中的操作参数：气压为0.9
×
104pa；灯丝温度为1900℃；衬底温度为750℃； ch4/h2的流量为4/300sccm；沉积时间为10h。
58.所述步骤(5)中第二涂层为纳米金刚石膜涂层；所述第二涂层的厚度为3μm。
59.所述步骤(5)中第二涂层的实现方法为热丝化学气相沉积法。所述第二涂层的热丝化学气相沉积法中的操作参数：气压为0.3
×
104pa；灯丝温度为2100℃；衬底温度为850
℃； ch4/h2的流量为18/300sccm；沉积时间为5h。
60.所述铣刀的刀削刃1的周围设有分屑槽2。所述刀削刃的设计方式为三刃不对称以及三刃不等螺旋角设计。所述铣刀的螺旋角分别35
°
，30
°
，25
°
。
61.实施例2
62.本实施例提供了一种用于切削用于切削铝合金铣刀的制备方法，包括以下步骤：
63.(1)选用co的质量百分比为9％的硬质合金钨钢铣刀；
64.(2)对硬质合金钨钢铣刀进行的表面进行清理，碱洗，酸洗；
65.(3)对步骤(2)中的硬质合金钨钢铣刀进行抛光，清洗；
66.(4)对步骤(3)得到的硬质合金钨钢铣刀沉积第一涂层；
67.(5)对步骤(4)得到的硬质合金钨钢铣刀沉积第二涂层。
68.所述硬质合金钨钢铣刀，按质量百分比计，原料包括钴9％，碳化钨以及其他碳化物 91％。所述硬质合金钨钢铣刀的密度为14.4g/cm3，所述硬质合金钨钢铣刀的硬度为93.9hra，所述硬质合金钨钢铣刀的横断裂强度为3807.3n/mm2，所述硬质合金钨钢铣刀的抗压强度为1145kpsi；所述硬质合金钨钢铣刀，购买自浙江馨治盛科技有限公司，牌号为al3se；
69.所述步骤(2)清理的具体实现方式为：将硬质合金钢铣刀放入丙酮，超纯水，酒精中，分别超声5min。
70.所述步骤(2)碱洗的溶液成份为koh，k3(fe(cn)6)，h2o。所述koh，k3(fe(cn)6)， h2o的重量比为1：1：9。所述步骤(1)碱洗的时间为1.5min。
71.所述步骤(2)酸洗的溶液成份为h2so4和h2o2；所述h2so4，h2o2的重量比为1:10，所述步骤(1)酸洗的时间为6min。所述h2so4的质量分数为98.3％。所述h2o2的质量分数为30％。
72.所述步骤(3)抛光后的表面粗糙度参数ra为0.2a。
73.所述步骤(4)中第一涂层为微米金刚石膜涂层；所述第一涂层的厚度为2μm。
74.所述步骤(4)中第一涂层的实现方法为热丝化学气相沉积法。所述第一涂层的热丝化学气相沉积法中的操作参数：气压为0.9
×
104pa；灯丝温度为1900℃；衬底温度为750℃； ch4/h2的流量为4/300sccm；沉积时间为10h。
75.所述步骤(5)中第二涂层为纳米金刚石膜涂层；所述第二涂层的厚度为4μm。
76.所述步骤(5)中第二涂层的实现方法为热丝化学气相沉积法。所述第二涂层的热丝化学气相沉积法中的操作参数：气压为0.3
×
104pa；灯丝温度为2100℃；衬底温度为850℃； ch4/h2的流量为15/300sccm；沉积时间为5h。
77.所述铣刀的刀削刃1的周围设有分屑槽2。所述刀削刃的设计方式为三刃不对称以及三刃不等螺旋角设计。所述铣刀的螺旋角分别35
°
，30
°
，25
°
。
78.对比例1
79.对比例1具体的实施方式同实施例1，不同之处在于，所述用于切削铝合金铣刀的制备方法，包括以下步骤：
80.(1)选用co的质量百分比为9％的硬质合金钨钢铣刀；
81.(2)对硬质合金钨钢铣刀进行的表面进行清理，碱洗，酸洗；
82.(3)对步骤(2)中的硬质合金钨钢铣刀进行抛光，清洗；
83.(4)对步骤(3)得到的硬质合金钨钢铣刀沉积第一涂层；
84.在本对比例中未设置第二涂层。
85.对比例2
86.对比例2具体的实施方式同实施例1，不同之处在于，所述第一涂层的化学气相沉积法中的操作参数：气压为0.9
×
104pa；灯丝温度为1900℃；衬底温度为750℃；ch4/h2的流量为2/300sccm；沉积时间为10h；
87.所述第二涂层的化学气相沉积法中的操作参数：气压为0.3
×
104pa；灯丝温度为2100℃；衬底温度为850℃；ch4/h2的流量为10/300sccm；沉积时间为5h。
88.性能测试：
89.1.压痕试验：采用lcr500洛氏硬度计，美国力可(leco)公司生产，选取载荷为 60kgf，使用锥形金刚石压头。
90.2.摩擦系数：使用rtec-mft5000摩檫磨损试验机，配副材料分别为直径6mm的氧化铝球。实验中硬质合金球受法向载荷为2n的力沿金刚石梯度膜表面做往复运动，往复行程为10mm，往复频率为3hz，实验时间为20min。摩擦实验在干摩擦条件下进行。
91.性能测试结果：
92.表1为实施例1-2和对比例1-2制备的铣刀关于压痕试验和摩擦磨损试验的性能测试结果。
93.表1
[0094] 压痕试验摩擦系数实施例1涂层无脱落现象0.15实施例2涂层无脱落现象0.17对比例1涂层有轻微脱落现象0.4对比例2涂层有轻微脱落现象0.25