硬质合金刀片压制及磨削技术探讨

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：传统硬质合金刀片的压制过程是在压力机上完成的。关于先进的硬质合金刀片注射成形技术内容请参考相关资料。硬质合金刀片的磨削目的主要是达到刀片的尺寸和形状公差，获得锋利的刃口和抗冲击的切削刃倒棱。ISO刀具材料分为P、M、K三个区域，现业界将硬质合金刀具材料分为P、M、K、N、S、H六个区域。

硬质合金由硬的碳化物形成的硬点和金属粘结剂烧结而成。它具有高速钢的韧性，并有很高的切削速度、耐磨性与热硬性。最近60年来硬质合金的制造技术得到了长足的发展，特别是涂层技术的应用，使涂层硬质合金成为机夹刀片的首选。非涂层硬质合金刀片和焊接硬质合金刀具广泛地应用在铝合金加工和非标准刀具制造上。

硬质合金比高速钢具有更高的硬度、耐磨性、耐高温性以及抗腐蚀能力，允许切削温度在800～1000℃之间。切削中碳钢时，切削速度达100m/min左右。但其常温下的冲击韧度远不及高速钢。

硬质合金是一种粉末烧结产品，由多种碳化物硬点，比如碳化钨（WC）、碳化钛（TiC）、碳化钽（TaC）、碳化铌（NbC）等，经金属钴（Co）粘结在一起在高温高压下烧结而成。碳化物硬点颗粒的直径从1～10μm不等，颗粒尺寸的一致性要比颗粒的直径对刀具性能的影响更大。按硬质合金的种类，硬质合金的碳化物硬点的含量在60%～95%（质量分数）。硬质合金的应用范围非常广泛，几乎所有的工件材料都可以用硬质合金刀片来加工。

1.硬质合金刀片的制造流程

1）制粉过程。矿石经粉碎后，再经过复杂的化学反应和还原过程得到硬质合金的原材料粉末。

2）刀片压制过程。传统硬质合金刀片的压制过程是在压力机上完成的。潮湿的硬质合金原材料粉末被填充在模具型腔里面，当压力头工作时，刀片的形状和断屑槽花纹被模具压制成形。但是此时的硬质合金刀片尺寸要比烧结后的尺寸大50%，这是因为此时刀片基体内部还存在大量的水分和气孔。关于先进的硬质合金刀片注射成形技术内容请参考相关资料。

3）刀片烧结过程。刀片成形后要送入烧结炉进行高温高压烧结，形成坚硬的最终形态。有各种先进的烧结技术，烧结温度通常在1300～1600℃之间。

4）刀片磨削过程。硬质合金刀片的磨削目的主要是达到刀片的尺寸和形状公差，获得锋利的刃口和抗冲击的切削刃倒棱。磨料主要是金刚石粉末砂片或射流粉末。

5）化学涂层或物理涂层过程。在20世纪60年代末，硬质合金刀片涂层技术获得了巨大的进步。刀片被涂层后，硬质合金刀片可以获得更高的切削速度和更长的寿命，切削速度可提高30%～50%，尤其在难加工材料和重切削领域有着很大优势。涂层的材料主要包括氮化钛（TiN）、氧化铝（Al₂O₃）、碳氮化钛（TiCN）、氮铝化钛（TiAlN）等。涂层的方法有化学涂层法（CVD）和物理涂层法（PVD）。多层涂层技术可以使刀片进行高速干切削加工。

2.硬质合金的应用分类

硬质合金刀具包括涂层或者非涂层的刀具，按照其所适合加工的工件材料和切削速度范围进行了应用区间的分类。ISO的硬质合金分类法的目标是为了使用者可以按照所加工的材料和抗冲击要求来选择刀具。如图1-26所示，应用条块的尖点标志着刀具材料的最佳应用点，条块的宽度表示此刀具材料韧性和耐磨性的范围。对于某一家刀具厂商的产品，也许在同一个应用区域有几种刀具材料可以选择，比如在P10这个区域（见图1-26）内可能有几种类型的非涂层硬质合金，它们的晶粒度质量各不相同，也许还有一种涂层硬质合金刀具，或者还有金属陶瓷甚至高速钢刀具，它们的应用区间相同，但是它们的切削速度和寿命不同，所以价格也不同，各自适合不同的工艺状况。

ISO刀具材料分为P、M、K三个区域（图1-27），现业界将硬质合金刀具材料分为P、M、K、N、S、H六个区域。其中的数字代表刀具的抗冲击性和耐磨性，数字越大，刀具的抗冲击性T（韧性）越大，数字越小，刀具的耐磨性WR（硬度）越高。