本發(fā)明涉及增材制造裝備制造，具體涉及一種復(fù)雜異型可換頭銑刀制備方法。

背景技術(shù)：

1、可換頭銑刀是一類(lèi)典型的復(fù)雜構(gòu)型硬質(zhì)合金刀具，相比于傳統(tǒng)整體硬質(zhì)合金槽銑刀，可換頭銑刀由于其模塊化設(shè)計(jì)，具有操作靈活，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，隨著現(xiàn)在制造業(yè)的快速發(fā)展，以及鎳基、鈦基合金等難切削材料需求量的不斷增加，具有高切削力和優(yōu)異切屑去除能力的復(fù)雜構(gòu)型硬質(zhì)合金刀具受到日益廣泛的關(guān)注。然而，當(dāng)前可換頭銑刀的制備方式主要是模壓成形與燒結(jié)致密性，但由于模具限制，往往無(wú)法直接成形構(gòu)型復(fù)雜的可換頭銑刀制品，需要依賴(lài)大量的后處理加工，導(dǎo)致可換頭銑刀制備過(guò)程中材料利用率低，以及大量加工過(guò)程中可能導(dǎo)致銑刀內(nèi)部微裂紋，影響其服役性能。

2、而近年來(lái)增材制造技術(shù)一體化成形發(fā)展為復(fù)雜構(gòu)型制品的定制化制備提供了新的途徑。增材制造是一種先進(jìn)的數(shù)字制造技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制將材料自下而上逐層堆疊獲得最終制品，由于制品的外部形狀和內(nèi)部組分分布均不受模具限制，因此其對(duì)于模壓成形難以或無(wú)法制備的復(fù)雜幾何構(gòu)型的硬質(zhì)合金零件制備具有顯著的優(yōu)勢(shì)。

3、然而，增材制造技術(shù)雖然解決了受模具限制而無(wú)法制備復(fù)雜構(gòu)型零件的問(wèn)題，其所制備的零件也能夠滿足一般生產(chǎn)需求，但對(duì)于類(lèi)似需要具有高切削力和優(yōu)異切削去除能力的需求，目前還難以滿足，導(dǎo)致現(xiàn)有的可換頭銑刀性能難以得到提升，使其服役性能較差，影響生產(chǎn)效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明意在提供一種復(fù)雜異型可換頭銑刀制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中所生產(chǎn)的可換頭銑刀難以滿足高性能需求，影響可換頭銑刀服役性能。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，一種復(fù)雜異型可換頭銑刀制備方法，本方案通過(guò)制備少主元數(shù)量的中/高熵合金黏結(jié)相，制得獨(dú)特組織結(jié)構(gòu)和優(yōu)異力學(xué)性能的硬質(zhì)合金喂料，并通過(guò)擠出式增材制造逐層制備，克服傳統(tǒng)模壓方式難以制備復(fù)雜構(gòu)型銑刀的問(wèn)題，較簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)了高性能可換頭銑刀的制備，提高可換頭銑刀的服役性能，實(shí)現(xiàn)可換頭銑刀的個(gè)性化生產(chǎn)?？蓳Q頭銑刀的制備方法包括以下步驟：

3、步驟1，制備黏結(jié)相粉末：采用co、ni、fe元素，并添加al粉或ti粉或cr粉，經(jīng)過(guò)混合制得，其中co、ni、fe元素的成分質(zhì)量比為co：ni：fe＝3～6:2～4:1～5，al粉或ti粉或cr粉的粒度范圍為1～4μm；

4、步驟2，制備硬質(zhì)合金喂料：將步驟1中制得的黏結(jié)相粉末與硬質(zhì)合金混合，制得硬質(zhì)合金復(fù)合粉末，將硬質(zhì)合金復(fù)合粉末與有機(jī)高分子材料混合后制得硬質(zhì)合金喂料；

5、步驟3，根據(jù)可換頭銑刀結(jié)構(gòu)建立銑刀三維模型，并將三維模型轉(zhuǎn)化為多層二維結(jié)構(gòu)圖；

6、步驟4，將硬質(zhì)合金喂料放入擠出式制備設(shè)備的料倉(cāng)中，根據(jù)結(jié)構(gòu)需求設(shè)定制備參數(shù)，按照多層二維結(jié)構(gòu)圖逐層制備成型，獲得生坯；

7、步驟5，對(duì)制得的生坯進(jìn)行脫脂處理，制得銑刀樣品；

8、步驟6，將脫脂后的銑刀樣品進(jìn)行熱脫脂處理，并進(jìn)行真空燒結(jié)，隨爐冷卻后制得可換頭銑刀。

9、進(jìn)一步的，所述硬質(zhì)合金為中/高熵合金黏結(jié)相硬質(zhì)合金；其中，硬質(zhì)合金復(fù)合粉末中黏結(jié)相粉末質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6～10％，硬質(zhì)合金的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90～94％。

10、進(jìn)一步的，所述有機(jī)高分子材料包括填充劑、骨架、增塑劑和表面活性劑，對(duì)應(yīng)的質(zhì)量比分別為50～75：15～35：3～7：1～6。其中表面活性劑確保喂料與復(fù)合粉體潤(rùn)濕性良好，增塑劑和填充劑保證擠出過(guò)程中流動(dòng)穩(wěn)定，少許骨架材料保證生坯脫脂后仍具有較優(yōu)強(qiáng)度以保持三維形狀，骨架材料將在燒結(jié)升溫過(guò)程經(jīng)熱脫脂中去除。

11、進(jìn)一步的，所述填充劑包括固體石蠟、液體石蠟、微晶蠟中的至少一種；所述骨架包括植物油、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的至少一種；所述增塑劑包括鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二丁酯、磷酸三甲酚酯、檸檬酸三丁酯中的至少一種；所述表面活性劑包括硬脂酸、油酸中的至少一種。

12、進(jìn)一步的，在步驟5中，采用正庚烷作為脫脂溶劑，于50～70℃脫脂20～30h，制得脫脂后的可換頭銑刀樣品。其中，脫脂溫度過(guò)低、脫脂時(shí)間過(guò)短將導(dǎo)致脫脂不完全；脫脂溫度升高將加快脫脂速率，溫度過(guò)高易導(dǎo)致生坯鼓泡、起裂；脫脂時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則影響脫脂效率。

13、進(jìn)一步的，在步驟6中，將脫脂后的銑刀樣品置于真空爐中，采用流速為50l/min的h2氣氛爐，緩慢升溫至550℃，并保溫1h進(jìn)行熱脫脂；隨后，以真空狀態(tài)持續(xù)升溫至1400～1500℃，并通入3～6bar高壓氬氣保溫20～50min進(jìn)行真空燒結(jié)。

14、進(jìn)一步的，所述制備參數(shù)包括噴嘴尺寸、制備層厚度、擠出溫度、制備平臺(tái)溫度以及填充流量。

15、進(jìn)一步的，所述噴嘴尺寸為0.1～0.8mm；所述制備層厚度為0.1～0.2mm；所述擠出溫度為120～140℃；所述制備平臺(tái)溫度為70～100℃；所述填充流量為50～100％。

16、進(jìn)一步的，還包括填充速度、走線寬度、上下層走線方向、單層走線方式。

17、進(jìn)一步的，所述黏結(jié)相粉末中各元素的摩爾百分比為5％～35％。使合金具有顯著的晶格畸變和固溶強(qiáng)化特征，以及優(yōu)異的高溫力學(xué)性能。

18、本方案的原理及優(yōu)點(diǎn)是：

19、當(dāng)前可換頭銑刀的制備方式主要是模壓成形與燒結(jié)致密化，但由于模具限制，往往無(wú)法直接成形構(gòu)型復(fù)雜的可換頭銑刀制品，需要依賴(lài)大量的后處理加工，導(dǎo)致銑刀制備過(guò)程中材料利用率低，以及大量加工過(guò)程中可能導(dǎo)致銑刀內(nèi)部微裂紋，影響其服役性能。

20、為克服以上問(wèn)題現(xiàn)提出一種新的增材制造技術(shù)，而傳統(tǒng)硬質(zhì)合金刀具基體主要以co為黏結(jié)相，wc為硬質(zhì)相，而由于金屬co高溫易軟化與抗氧化性差等特性，使得wc-co硬質(zhì)合金的耐腐蝕性和高溫性能受到限制，難以適應(yīng)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高溫等惡劣環(huán)境。面對(duì)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)硬質(zhì)合金刀具要求的日益提高，同時(shí)考慮到部分金屬資源的短缺以及相關(guān)環(huán)保健康問(wèn)題，導(dǎo)致即使采用增材制造技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，采用的傳統(tǒng)硬質(zhì)合金刀具基體材料也只能滿足一般的刀具性能需求，難以提高可換頭銑刀的綜合性能，而無(wú)法達(dá)到更高的服役性能，難以滿足更高的市場(chǎng)需求。

21、目前采用中/高熵合金作為硬質(zhì)合金粘結(jié)劑，呈現(xiàn)出較co粘結(jié)劑硬質(zhì)合金更優(yōu)異的硬度、斷裂韌性、耐蝕性和高溫抗氧化性能。中/高熵合金是一類(lèi)多主元合金，由五種及以上幾乎相等百分比的元素組成，這些合金組織中通常具有明顯的晶格畸變和固溶強(qiáng)化特征，因而具有獨(dú)特的組織和優(yōu)異的高溫力學(xué)性能。為進(jìn)一步提高中/高熵合金性能，現(xiàn)有技術(shù)中常采用添加對(duì)應(yīng)性能的元素并調(diào)節(jié)相應(yīng)元素配比來(lái)實(shí)現(xiàn)，但若主元數(shù)量過(guò)多，又會(huì)導(dǎo)致中/高熵合金晶格畸變和元素過(guò)飽和偏析較嚴(yán)重，使其韌性較低，難以滿足高溫切削所需的強(qiáng)度和韌性要求。但若主元數(shù)量過(guò)少，中/高熵合金擴(kuò)散遲滯效應(yīng)減弱，wc晶粒異常長(zhǎng)大現(xiàn)象增加，導(dǎo)致硬質(zhì)合金硬度與高溫強(qiáng)度下降，也難以滿足性能要求，因此在硬質(zhì)合金的制備上，至少都會(huì)采用四種以上元素，保證性能要求，如公開(kāi)號(hào)為cn104372230a的專(zhuān)利，公開(kāi)了一種包含ni、fe、co、cr、al等至少五種元素的方案以提高硬質(zhì)合金性能。

22、由于在現(xiàn)有技術(shù)中，為提高硬質(zhì)合金的綜合能力，普遍的方式為進(jìn)一步添加具有相應(yīng)優(yōu)異性能的元素，而不會(huì)考慮反向減少合成元素。但本方案跳出常規(guī)的增加主元合金數(shù)量制備方式的固有思維，而是采用減少主元數(shù)量的方式，以臨界點(diǎn)3～4種少主元數(shù)量作為組成元素進(jìn)行硬質(zhì)合金基體的制備。其原因在于，我們發(fā)現(xiàn)在添加了過(guò)多主元數(shù)量后，反而會(huì)導(dǎo)致中/高熵合金晶格畸變和元素過(guò)飽和偏析較嚴(yán)重，使其韌性較低，難以滿足高溫切削所需的強(qiáng)度和韌性要求，因此常會(huì)選用5種及以上元素。而本方案能夠?qū)崿F(xiàn)3～4種少主元數(shù)量，是因?yàn)楸痉桨竿瑫r(shí)結(jié)合了合理的成分質(zhì)量比參數(shù)進(jìn)行配置，制備力學(xué)性能更優(yōu)的黏結(jié)相粉末，提升銑刀的服役性能。并且通過(guò)擠出式增材制造逐層制造方式和雙噴嘴的特性，簡(jiǎn)化復(fù)雜構(gòu)型銑刀的生產(chǎn)過(guò)程，能較簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)高性能可換頭銑刀的制備，并可靈活構(gòu)造傳統(tǒng)模壓方式難以制備的內(nèi)外結(jié)構(gòu)，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中還可根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)整局部材料組分和密度分布，實(shí)現(xiàn)中/高熵合金黏結(jié)相可換頭銑刀的個(gè)性化生產(chǎn)，提高整體生產(chǎn)效率。