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一個(gè)一般的機(jī)加工車間每年可能要消耗數(shù)千枚切削刀片。一位操作工人可能每天都要使用許多切削刀片，但卻從來沒有細(xì)想過在這些刀片背后蘊(yùn)藏的復(fù)雜科學(xué)知識。c，對于刀具的正確使用和性能優(yōu)化將會(huì)大有裨益。
硬質(zhì)合金刀片的成分
與所有人造制品一樣，制造切削刀片首先要解決原材料的問題，即確定刀片材料的成分與配方?，F(xiàn)在的大部分刀片都是由硬質(zhì)合金制成，其主要成分為碳化鎢（WC）和鈷（Co）。WC是刀片中的硬質(zhì)顆粒，而Co作為結(jié)合劑可使刀片成形。
改變硬質(zhì)合金特性最簡單的方法就是通過改變所用WC顆粒的晶粒尺寸。用粒度較大（3－5μm）的WC顆粒制備的硬質(zhì)合金材料硬度較低，比較容易磨損；用粒度較?。ǎ?μm）的WC顆粒則可以生產(chǎn)出硬度較高、耐磨性較好，但脆性也較大的硬質(zhì)合金材料。在加工硬度非常高的金屬材料時(shí)，采用細(xì)晶粒硬質(zhì)合金刀片可能會(huì)獲得最理想的加工效果。而另一方面，粗晶粒硬質(zhì)合金刀片在斷續(xù)切削或其他對刀片韌性要求較高的加工中性能更為優(yōu)越。
控制硬質(zhì)合金刀片特性的另一種方法是改變WC與Co的含量比例。與WC相比，Co的硬度低得多，但韌性更好，因此，減少Co含量將獲得硬度更高的刀片。當(dāng)然，這再一次提出了綜合平衡的問題——硬度更高的刀片具有更好的耐磨性，但其脆性也更大。根據(jù)具體的加工類型，選擇適當(dāng)?shù)腤C晶粒尺寸和Co含量比，需要相關(guān)的科學(xué)知識和豐富的加工經(jīng)驗(yàn)。
通過應(yīng)用梯度材料技術(shù)，在一定程度上可以避免在刀片強(qiáng)度與韌性之間進(jìn)行妥協(xié)取舍。這項(xiàng)全球主要刀具制造商均已普遍應(yīng)用的技術(shù)包括，在刀片的外層采用比內(nèi)層更高的Co含量比。更具體地說，就是在刀片的外層（厚度為15－25μm）增大Co含量，以提供類似于“緩沖區(qū)”的作用，使刀片可以承受一定的沖擊而不會(huì)破裂。這就使刀片的刀體可以獲得采用強(qiáng)度更高的硬質(zhì)合金成分才能實(shí)現(xiàn)的各種優(yōu)異性能。
一旦確定了原材料的粒度、成分等技術(shù)參數(shù)，就可以開始切削刀片的實(shí)際制造流程。首先將符合配比的鎢粉、碳粉和鈷粉放入一個(gè)尺寸與洗衣機(jī)差不多大的碾磨機(jī)中，將粉料碾磨到所需要的粒度，并將各種材料均勻混合。在碾磨過程中加入酒精和水，制備出一種濃稠的黑色漿料。然后將這種漿料放入一臺旋風(fēng)干燥機(jī)中，將其中的液體蒸發(fā)以后，就獲得了團(tuán)塊狀的粉料，并將其貯存起來。
在下一步制備工藝中，可以獲得刀片的雛形。首先，將制備好的粉料與聚乙二醇（PEG）混合，PEG作為一種增塑劑，可將粉料像面團(tuán)一樣臨時(shí)粘結(jié)在一起。然后在壓模中將材料壓制成刀片的形狀。根據(jù)不同的刀片壓制方法，可以采用單軸壓機(jī)進(jìn)行壓制，也可以采用多軸壓機(jī)從不同的角度壓制出刀片形狀。
獲得壓制成形的坯料后，將其置于一個(gè)大型燒結(jié)爐中，在高溫下進(jìn)行燒結(jié)。在燒結(jié)過程中，PEG從坯料混合物中被融化排出，最后留下硬質(zhì)合金刀片的半成品。當(dāng)PEG被融出后，刀片收縮到其最終尺寸。這一工藝步驟需要進(jìn)行精確的數(shù)學(xué)計(jì)算，因?yàn)楦鶕?jù)不同的材料成分和配比，刀片的收縮量也各不相同，而且要求將成品的尺寸公差控制在幾個(gè)微米以內(nèi)。
刀片涂層的制備
此時(shí)，產(chǎn)品的形態(tài)已經(jīng)與最終的成品刀片相差無幾。但是，為了獲得最佳切削性能，還必須對刀片進(jìn)行表面涂層。最常用的刀片涂層工藝是化學(xué)氣相沉積（CVD）工藝，即通過高電流將某種金屬靶材離子化，然后通過蒸發(fā)冷凝沉積到刀片上?？梢詫⑦@一過程形象地比喻為，當(dāng)柏油路面的溫度變得非常低，而空氣中又充滿高濃度的水汽時(shí)，就會(huì)在路面上形成一層薄冰。不過，與此不同的是，雖然置于涂層爐中的刀片溫度相對較低，但實(shí)際爐溫可能超過480℃。
另一種常用的刀片涂層工藝是物理氣相沉積（PVD）工藝。與CVD工藝相比，采用PVD技術(shù)可以沉積出更薄的涂層，從而可使切削刃更鋒利，在切削難加工材料（如淬硬鋼、鈦合金和耐熱超級合金）時(shí)可獲得更優(yōu)異的切削性能。
在典型的刀片CVD涂層工藝中，刀片上涂覆的第一層涂層為氮碳化鈦（TiCN）。這種涂層材料能提供優(yōu)異的耐磨性，而且還具有易于與硬質(zhì)合金基體粘結(jié)的優(yōu)點(diǎn)。通常，氧化鋁（Al2O3）被用作第二層涂層。這種涂層具有極佳的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，能保護(hù)刀片免受切削高溫和冷卻液中化學(xué)成分的不利影響。
TiCN和Al2O3涂層的厚度主要取決于刀片的加工類型。例如，車削加工硬材料時(shí)，需要對刀片進(jìn)行充分保護(hù)，因此每種涂層的厚度可能都需要達(dá)到10μm。而對于軟材料的精加工，涂覆5μm厚的TiCN層和2μm厚的Al2O3層可能更為適當(dāng)。
完成了TiCN和Al2O3涂層的制備后，切削刀片在使用功能上已接近成品。遺憾的是， Al2O3涂層的顏色是全黑色，使用者很難分辨刀片的哪些工作面已經(jīng)使用過，以及切削刃是否已被磨損。為了解決這一問題，大多數(shù)刀具制造商都會(huì)在刀片上最后再涂覆一層氮化鈦（TiN）涂層。這種亮金色的涂層具有很好的可視性，使用者可以通過其顏色的變化，很容易地評估切削刀片的磨損狀態(tài)。
過去，涂覆完TiN涂層就標(biāo)志著切削刀片的制造全部完成。但近年來，還有最后一道工序已變得逐漸普及。在CVD或PVD涂層工序中，當(dāng)?shù)镀鋮s時(shí)，不同涂層材料的收縮程度各不相同。因此，在各層涂層中會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，并出現(xiàn)微裂紋。為了消除這些應(yīng)力，并最大限度地減少微裂紋，人們采用了一種用酒精、氧化鋁和細(xì)砂的混合物對刀片進(jìn)行噴砂處理的先進(jìn)技術(shù)。在噴砂處理完成后，切削刀片的制造就大功告成了。株洲金信硬質(zhì)合金有限公司 專業(yè)從事于硬質(zhì)合金圓棒,硬質(zhì)合金板材,硬質(zhì)合金粉末, 歡迎來電咨詢!
