[发明专利]一种复合结构的金属陶瓷和或硬质合金烧结体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于用粉末冶金方法生产制造生产制造金属陶瓷和/或硬质合金烧结体的技术，特别涉及一种用于制造金属切削工具的金属陶瓷和/或硬质合金棒料及其制造方法，该金属陶瓷和/或硬质合金棒料具有由不同材质的芯部和包覆层构成的复合结构，从而使所制成的切削刀具的中心和边刃具有不同的使用性能。具体而言，本发明涉及一种具有复合结构的TiC、Ti(C,N)基金属陶瓷和/或WC硬质合金棒料及其制造方法。

背景技术

用于金属切削的整体刀具，如：立铣刀、钻头等。立铣刀、钻头等广泛用于CNC加工中心加工形状复杂的工件。立铣刀和钻头一般为圆柱形状，直径一般在φ3～φ12mm，有时带有φ2mm左右的内冷却孔。整体刀具一般采用高速钢、WC基硬质合金和TiC、Ti(C,N)基金属陶瓷棒料制造。在加工过程中，刀具的各部位的切削条件是不同的，比如对球头立铣刀而言，在铣削过程中，刀具的中心刃和边刃的线速不同，边刃线速最大，中心(即刀尖)部位线速最小(可视为零)，边刃最先与工件接触，主要受冲击作用，需要有好的强韧性，以免崩刃；而刀尖则主要受高热、大挤压和摩擦作用，因此需要具有更高的耐热性，抗塑性变形和耐磨性。随着金属切削技术的快速发展，对刀具切削效率和寿命的要求也越来越高。因此，刀具材质也逐步从高速钢改成WC基硬质合金再改成Ti基金属陶瓷，甚至采用Si4N3、Al2O3等无机非金属陶瓷。但是正如前文所提到的球头立铣刀，因为各部位线速度的差异，承受了不同的切削作用，对材料的性能要求不同。为了解决这类问题，工程技术人员从刀具的材质选择、刃口设计花费了很多努力，取得了很好效果。如美国专利US5026227采用TiC-NbC基 金属陶瓷制造立铣刀；美国专利US7909545B2对刀尖的几何角度进行了优化设计，改善了其服役工况；美国专利US8177459B2针对这类问题发明了一种在球头部位采用机械夹固的方式嵌入一块硬质合金、金属陶瓷、陶瓷或PCD刀头的组合球头立铣刀。P.Koshy,D.K.Aspinwall,R.C.(P.Koshy,D.K.Aspinwall,R.C.Dewes,A composite tool for ball end milling,Journal of Engineering Manufacture215(2001)1157-1163)等公开了一种采用一片金属陶瓷刀片，一片硬质合金刀片巧妙的构造成以金属陶瓷刀片为刀尖以硬质合金刀片为外刃的机夹式复合球头立铣刀。以上技术均在某种程度上改善了刀具寿命，但也存在可靠性欠佳、制作复杂、难于制造小规格(φ＜16mm)刀具等不足。美国专利US6511265B1公开了一种复合旋转工具，包含两个部分，两个部分由性能不同的硬质合金合成。其制备方法是采用一种特殊结构的模具，将组成两部分的硬质合金材料粉末同时装入模具的相应部位，共同压型，然后烧结致密。但这种方法对于两个部分所用的硬质合金材料的性能及成分限制很大，两种材料的成型性及烧结特性等必须相匹配，否则将出现烧结收缩不一致导致两部分无法粘结。同时这种方法对模具的要求较高，模具结构复杂。因此，该方法存在工艺控制难度大，成材率不高，两部分所用的材质受限等不足。

针对上述现有技术存在的不足，本发明致力于提供一种用于制作整体刀具(立铣刀，钻头等)的复合结构的金属陶瓷和/或硬质合金圆棒烧结体(棒料)，使其中心部位及外围包覆层具有不同的使用性能。

发明内容

本发明目的在于：提供一种复合结构的金属陶瓷和/或硬质合金烧结体，用于制作整体刀具(立铣刀、钻头等)，其中心部位及外围包覆层具有不同的物理力学性能和使用性能，且结合界面强度高，复合结合面牢固，具有优良的综 合性能。

本发明进一步的目的在于提供一种制备复合结构的金属陶瓷或硬质合金烧结体的方法。

本发明再进一步的目的是提供一种整体刀具(立铣刀，钻头等)在切削过程中因边刃和刀尖的线速度及工况差异导致的性能失配的解决方案。

本发明更进一步的目的是提供一种制备具有复合结构的金属陶瓷或硬质合金烧结体的方法。

为了解决以上技术问题，所述复合结构的金属陶瓷或硬质合金烧结体，采用如下技术方案：

其包括芯部和包覆层，所述芯部与包覆层之间构成冶金结合面。本发明的复合结构的金属陶瓷或硬质合金烧结体，通过冶金成型方法，在高温下，或者高温高压下，使芯部部件与包覆层之间的原子相互扩散而形成冶金结合面。所获得的这种结合或连接状态，相较现有的连接技术，如过盈配合，机械夹持等机械连接、胶粘结，或焊接连接等，界面结合强度更高。