一種微束等離子增材制造的刀具及其制備方法技術

本發明專利技術提供一種微束等離子增材制造的刀具及其制備方法，該制備方法包括以下步驟：將刀坯固定在夾具上，使得刀坯的刀刃朝上；以微束等離子弧為熱源將設置在刀刃上的增材材料熔化，使刀刃上形成熔覆層；對刀坯進行熱處理；對刀坯依次進行打磨、拋光和開刃處理。該刀具采用上述的制備方法制備而成，刀坯的刀刃上設置有熔覆層。本發明專利技術不僅有利于提高刀具的硬度、鋒利度和耐用度，間接延長刀具的使用壽命，而且能減少熔覆層氣孔夾渣等缺陷，有利于進一步提高刀具的硬度和鋒利度。

A Tool Made by Microbeam Plasma Addition and Its Preparation Method

【技術實現步驟摘要】
一種微束等離子增材制造的刀具及其制備方法
本專利技術涉及刀具制造
，具體是涉及一種微束等離子增材制造的刀具及其制備方法。
技術介紹
目前刀具的制造材料一般采用不銹鋼，刀具沖壓成形后再通過熱處理技術提高刀具的強度、硬度及耐磨性能。但目前的刀具經過熱處理強化后的刀刃硬度普遍在50-58HRC左右，已經越來越難以滿足人對刀具高硬度、高鋒利度、高耐用度等性能的要求。申請人的在先申請CN107022759A公開了一種高硬度增材制造刀具，該申請采用激光熔覆技術對刀具的刀刃進行強化處理，雖然提高了刀刃的綜合性能，但是依然存在以下主要問題：1.由于激光加熱快冷卻快，采用激光熔覆技術會影響熔覆層金屬相形成的均勻度，也對排氣浮渣不利，容易在熔覆層上形成氣孔，導致熔覆層硬度不均，也會影響刀刃的鋒利度；2.先進的激光器、熔覆噴嘴等設備主要依賴進口，設備及后期維護成本高；3.刀具激光熔覆工藝窗口窄，開發門檻高，投入大。這些問題造成激光熔覆刀具價格昂貴，大部分用戶望而卻步，導致這種刀具未有大規模的市場推廣。微束等離子增材制造技術是一種優異的表面改性技術，特別是工件表面積比較大時，加工效率比較高，可以獲得稀釋率小、組織致密、機械性能優異的增材制造層，市場前景廣闊。
技術實現思路
本專利技術的第一目的是提供一種微束等離子增材制造刀具的制備方法。本專利技術的第二目的是提供一種刀具。為了實現上述的第一目的，本專利技術提供的一種微束等離子增材制造刀具的制備方法，包括以下步驟：將刀坯固定在夾具上，使得刀坯的刀刃朝上；以等離子弧為熱源將設置在刀刃上的增材材料熔化，使刀刃上形成熔覆層；對刀坯進行熱處理；對刀坯依次進行打磨、拋光和開刃處理。由上述方案可見，通過在刀刃上設置熔覆層有利于提高刀具的硬度、鋒利度和耐用度，間接延長刀具的使用壽命；而且，采用等離子弧為熱源進行熔覆，由于等離子弧的穩定性能好，其輸出熱量均勻，使得熔覆區熱量分布更均勻，從而使得增材材料熔合均勻、收縮應力分布均勻，熔覆層能充分排氣浮渣，從而具有更好的均勻度，減少氣孔夾渣等缺陷，有利于提高熔覆層的質量，進一步提高刀具的硬度和鋒利度。進一步的方案是，將刀坯固定在夾具上的同時，圍繞刀坯的四周分別設置墊板，每一墊板的上部高于刀刃2mm至5mm，墊板的下部與刀坯緊密貼合；各個墊板與刀刃之間圍合成容納腔，熔覆層設置在容納腔內。由上述方案可見，通過設置容納腔，將熔覆層控制在容納腔內，有利于控制熔覆層設置在刀刃上的厚度均勻性，防止增材材料在高溫熔化后向外流淌，影響后期磨削開刃的質量。進一步的方案是，刀坯以多把并排緊貼的方式固定在夾具上，墊板設置在多把刀坯的四周；在進行熱處理之前，需將多把刀坯一一切割分離。由上述方案可見，通過設置多把并排緊貼的刀坯同時進行等離子增材制造加工，有利于提高刀具制造的加工效率；通過在多把刀坯的四周設置墊板，有利于控制熔覆層設置在所有刀刃上的厚度均勻性，防止增材材料在高溫熔化后向外流淌，造成最外側的兩把刀坯上的熔覆層厚度比中部上其它刀坯的熔覆層厚度低，有利于保證各個刀坯的質量穩定性；通過將多把刀坯一一切割分離后，再對把刀坯進行熱處理，有利于保證每一把刀坯的熱處理質量。進一步的方案是，等離子弧為等離子弧槍產生的微束等離子弧，等離子弧槍的壓縮噴嘴的直徑為1mm至2mm,微束等離子弧的直徑為1mm至5mm,微束等離子弧的長度為5mm至8mm。由上述方案可見，通過將等離子弧設置為微束等離子弧，能適當降低熱源的熱量，在保證增材材料充分熔化的前提下減小刀坯的熔化量，以降低熔覆層的稀釋率，進一步提高熔覆層的質量。進一步的方案是，微束等離子增材制造參數包括：等離子弧槍的工藝參數包括：壓縮噴嘴與刀刃的表面距離為5mm至8mm，擺動幅度為0至5mm，熔覆電流為20A至40A，維弧電流為12A至20A，基值電流為20A至30A，熔覆時間為140ms至160ms，間隔時間為70ms至85ms，離子氣流量為0.1L/min為0.3L/min，保護氣流量為1L/min至4L/min，粉末粒度為45μm至120μm，等離子弧槍線速度為0至20mm/s，搭接率為20％至40％。進一步的方案是，增材材料設置為粉末狀，通過預先鋪設并壓實在刀刃上，或者通過同步輸送裝置輸送至刀刃上。更進一步的方案是，同步輸送裝置輸送的增材材料在距離壓縮噴嘴3mm至7mm處匯聚，匯聚直徑為1mm至4mm。進一步的方案是，增材材料設置為絲材，通過同步輸送組件輸送至刀刃上。更進一步的方案是，同步輸送組件輸送的增材材料在距離壓縮噴嘴3mm至7mm處與微束等離子弧接觸并相互作用。為了實現上述的第二目的，本專利技術提供的一種刀具，刀具采用上述的制備方法制備而成，刀坯的刀刃上設置有熔覆層。附圖說明圖1是本專利技術實施例中單把刀坯微束等離子增材制造的工藝示意圖。圖2是本專利技術實施例中多把刀坯微束等離子增材制造的工藝示意圖。以下結合附圖及實施例對本專利技術作進一步說明。具體實施方式刀具制備方法實施例實施例1參見圖1，本實施例采用微束等離子增材制造工藝對單把刀坯1進行加工制造。本實施例的一種微束等離子增材制造刀具的制備方法包括以下步驟：步驟S1,將單把刀坯1倒置地固定在夾具上，使得刀坯1的刀刃朝上，圍繞刀坯1的四周分別設置墊板2，墊板2優選為陶瓷墊板2。沿刀刃長度方向兩側上的兩個墊板2的上部邊緣設置為弧形邊緣，弧形邊緣與刀刃的弧形走向匹配。每一墊板2的上部均高于刀刃4mm，每一墊板2的下部均與刀坯1表面緊密貼合。所有墊板2與刀刃之間圍合成容納腔，熔覆層3設置在容納腔內。步驟S2，在容納腔內預鋪并壓實粉末狀的增材材料，粉末狀的增材材料的高度為2.5mm。粉末狀的增材材料是鐵基自熔性合金粉末，鐵基自熔性合金粉末按質量百分比計包括碳0.6％至1.5％、鉻23％至35％、硅1％至2.5％、硼1％至2％、鎳6.5％至12％、錳1至2％、鉬0.2至0.3％、鐵44.7％至66.7％。步驟S3，以等離子弧槍產生的微束等離子弧為熱源，對預鋪的增材材料進行輻射，使涂覆在刀刃上的增材材料熔化，使刀刃上形成熔覆層3。其中，等離子弧槍的壓縮噴嘴的直徑為1mm，等離子弧槍產生的微束等離子弧的直徑為2mm，等離子弧槍產生的微束等離子弧的長度為6mm，壓縮噴嘴與刀刃表面距離為5mm，擺動幅度為0mm，熔覆電流為31A，基值電流為28A，維弧電流為15A，熔覆時間為140ms，間隔時間為70ms，離子氣流量為0.1L/min，保護氣流量為1L/min，粉末粒度為45μm至85μm，等離子弧槍的線速度為10mm/s，搭接率為25％。步驟S4,重復上述步驟S2至S3，直至刀刃上的熔覆層3的厚度為3.5mm，稀釋率為5.5％。每次重復步驟S2前，需對前一道熔覆層3表面進行打磨，去除表面的氧化層。步驟S5，對單把刀坯1進行低溫去應力及回火熱處理；步驟S6,對熱處理后的刀坯1依次進行打磨、拋光和開刃處理，獲得成品刀具。經測試，采用實施例1的制備方法制備得到的刀具的性能測試結果如下表1所示：表1為實施例1中本體與等離子增材制造刀具的性能測試表實施例2參見圖2，本實施例采用微束等離子增材制造工藝對五把刀坯1進行加工制造。本實施例的一種微束等離子增材制造刀具的制備方法包括以下步驟：步驟S1,將五把刀坯1并排本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種微束等離子增材制造刀具的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：將刀坯固定在夾具上，使得所述刀坯的刀刃朝上；以等離子弧為熱源將設置在所述刀刃上的增材材料熔化，使所述刀刃上形成熔覆層；對所述刀坯進行熱處理；對所述刀坯依次進行打磨、拋光和開刃處理。

【技術特征摘要】
1.一種微束等離子增材制造刀具的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：將刀坯固定在夾具上，使得所述刀坯的刀刃朝上；以等離子弧為熱源將設置在所述刀刃上的增材材料熔化，使所述刀刃上形成熔覆層；對所述刀坯進行熱處理；對所述刀坯依次進行打磨、拋光和開刃處理。2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：將所述刀坯固定在所述夾具上的同時，圍繞所述刀坯的四周分別設置墊板，每一所述墊板的上部均高于所述刀刃2mm至5mm，每一所述墊板的下部均與所述刀坯緊密貼合；所有所述墊板與所述刀刃之間圍合成容納腔，所述熔覆層設置在所述容納腔內。3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于：所述刀坯以多把并排緊貼的方式固定在所述夾具上，所述墊板設置在多把所述刀坯的四周；在進行所述熱處理之前，需將多把所述刀坯一一切割分離。4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述等離子弧為等離子弧槍產生的微束等離子弧，所述等離子弧槍的壓縮噴嘴的直徑為1mm至2mm,所述微束等離子弧的直徑為1mm至5mm,所述微束等離子弧的長度為5mm至8mm。5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于：微束等離子增材制造參數包括：所述壓縮噴嘴與所述刀刃的表面距離為5m...

【專利技術屬性】
技術研發人員：栗子林，張瑞華，屈岳波，路超，肖夢智，邱橋，康平，張圓，
申請(專利權)人：陽江市五金刀剪產業技術研究院，陽江東華激光智能科技有限公司，陽江市普瑞德增材制造研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東,44