阅读说明：本技术 一种提高金属加工工具寿命的复合表面处理方法 (Composite surface treatment method for prolonging service life of metal processing tool ) 是由 常垲硕 郑光明 程祥 徐汝锋 赵光喜 刘焕宝 凌四营 于 2020-06-03 设计创作，主要内容包括：一种提高金属加工工具寿命的复合表面处理方法,包括下述工艺步骤：选择刀具,并采用丙酮溶液进行超声波清洗去除表面的油污等杂物；处理后工具进行微喷砂处理装置中,并保证待处理工具处于夹具中心,装置的喷砂料为Al<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>或ZrO<Sub>2</Sub>,并由水流带动颗粒；将处理后工具再次进行乙醇溶液超声波清洗,去除表面残余微喷砂颗粒；之后放入深冷箱中,缓慢降温,处理温度-140℃到-196℃,保温时间0-48h,处理完毕后进行200℃-300℃的回火处理,保温2-3h；处理完毕后取出工具,进行丙酮溶液的超声波清洗,即得。使用微喷砂与深冷处理复合工艺对金属加工工具进行表面处理,可以改善内部的组织,提高表面完整性,改善加工过程中的作用力,提高寿命。(A composite surface treatment method for prolonging the service life of a metal processing tool comprises the following process steps: selecting a cutter, and ultrasonically cleaning the cutter by adopting an acetone solution to remove impurities such as oil stains on the surface; the tool after treatment is carried out in a micro sand blasting device, and the tool to be treated is ensured to be positioned at the center of the clamp, and the sand blasting material of the device is Al 2 O 3 Or ZrO 2 And the particles are driven by the water flow; carrying out ultrasonic cleaning on the treated tool by using an ethanol solution again to remove residual micro-blasting sand particles on the surface; then placing the mixture into a deep cooling box, slowly cooling the mixture at the treatment temperature of between 140 ℃ below zero and 196 ℃ below zero, keeping the temperature for 0 to 48 hours, tempering the mixture at the temperature of between 200 and 300 ℃ after the treatment is finished, and keeping the temperature for 2 to 3 hours; toAnd taking out the tool after finishing the treatment, and carrying out ultrasonic cleaning on the acetone solution to obtain the product. The surface treatment is carried out on the metal processing tool by using the micro-sand blasting and cryogenic treatment composite process, so that the internal structure can be improved, the surface integrity can be improved, the acting force in the processing process can be improved, and the service life can be prolonged.)

一种提高金属加工工具寿命的复合表面处理方法

技术领域

本发明涉及一种提高金属加工工具寿命的复合表面处理方法，属于表面处理领域。

背景技术

随着制造业的发展，各类新材料不断出现，加工要求越来越高。传统的金属加工工具，以高硬度、高耐磨性、耐高温性、高化学稳定性、不易粘结、摩擦系数低以及使用寿命长等优点，成为机械加工行业的重要组成部分。但是，现有金属加工工具在进行高速加工时，在高速、高热、大磨损的条件下很快达到失效标准，寿命不高。

微喷砂处理技术与刀具深冷处理技术具有高效、清洁、易于操作等优势。微喷砂表面处理技术，是一种新兴的表面处理技术，其主要优势在于对表面完整性的强化，其主要强化方向为表面完整性方向，主要包括：表面缺陷的改善，硬度的提高，表面残余压应力的强化。表面深冷处理技术已经较为成熟，其主要强化方向为刀具内部组织与加工时作用力，主要包括：刀具碳化物均匀分布，奥氏体向马氏体转变，加工作用力改善。

将两种技术进行结合，对金属加工工具进行表面后处理，由于两种处理方法侧重点不同，相互干涉较小，在改善表面完整性的前提下，有效的改善了加工时的作用力。在两种表面处理技术的综合作用下，金属加工工具耐磨性、韧性、抗冲击性、抗崩刃性能明显提高，涂层结合强度上升，寿命增加。

发明内容

本发明的目的，是提供一种提高金属加工工具寿命的复合表面处理方法，能有效改善工具的表面完整性与切削性能。其技术方案为：

一种提高金属加工工具寿命的复合表面处理方法，包括如下步骤：

（1）选择加工工具，并采用丙酮溶液进行超声波清洗去除表面的油污等杂物；

（2）进行微喷砂处理，清洗后置于微喷砂处理装置中，并保证待处理工具处于夹具中心，装置的喷砂料为Al₂O₃或ZrO₂，并由水流带动颗粒；

（3）将处理后工具再次进行乙醇溶液超声波清洗，去除表面残余微喷砂颗粒；

（4）放入深冷箱中，处理温度-140℃到-196℃，保温时间0-48h，处理完毕后进行200℃-300℃的回火处理，保温2-3h；

（5）处理完毕后取出工具，进行丙酮溶液的超声波清洗，即得。

进一步地，步骤2）所述的微喷砂处理，颗粒粒度大小要低于50μm，按照水料比4:1配置微喷砂液，采用喷砂时间3-10s，喷砂压强0-0.5MPa。

进一步地，步骤4）深冷处理时，有两种处理方法，液氮气体缓慢降温与直接浸入液氮中保温，为保证加工效率，一般保温时间在0-24h。

本发明具有以下有益效果：

1.微喷砂表面处理效率较高，速度较快，可以向有效的消除工具初始表面缺陷，提高硬度，强化残余压应力，抑制或消除表面裂纹。本技术得到的工具寿命提升程度可以达到45%以上。

2.设置的深冷处理中，液氮处理可以有效地使残余奥氏体马氏体化，之后的回火处理可以有效地消除产生的残余热应力，减少对于微喷砂处理后残余压应力的影响。经过深冷处理，工具在加工时的作用力明显降低，加工状况更加良好。进一步提升微喷砂处理后工具的寿命。

具体实施方式

实施例：

一种提高金属加工工具寿命的复合表面处理方法，包括下述工艺步骤：

1.选用TiAlN单层硬质合金涂层刀具，涂层厚3-5μm，采用丙酮溶液超声波清洗，时间30min，去除表面油污，备用；

2.将经步骤1处理后的硬质合金涂层刀具置于微喷砂处理装置中，并保证待处理刀具处于夹具中心，装置的喷砂料为Al₂O₃，并由水流带动颗粒，水与喷料配比为4:1。喷砂时间7s，喷砂压强0.3MPa，喷砂次数为一次；

3.将经步骤2处理后刀具进行酒精溶液的超声波清洗，时间5min，去除表面残留的喷料与液体，备用；

4.将刀具进行深冷处理，置于深冷处理设备中缓慢降温，降至-190℃，保温12h，之后进行缓慢升温。待刀具达到室温后，置于回火设备中进行回火，温度为200℃，保温时间2h，处理完毕后置于空气中冷却；

5. 处理完毕后取出刀具，进行酒精溶液的超声波清洗，时间5min，去除表面杂质即得；

6.后续进行了钛合金切削试验，相比于未处理刀具，处理后涂层刀具的切削力降低，刀具的寿命提升了50%以上。