硬質合金刀具-昂邁工具(查看)-硬質合金刀具制造

刀具經過砂輪刃磨后，刃口會存在不同程度的微觀缺陷，在切削過程中，刀具刃口微觀缺口極易擴展，加快刀具的磨損和損壞。刃口鈍化是延常刀具壽命的金屬切削配套技術，能有效減少或消除刃磨后的刀具刃口微觀缺陷，硬質合金刀具材料，以達到圓滑平整，提高刀具抗沖擊性能，使刀具刃口鋒利堅固。

刃口鈍化方式可分為傳統刃口鈍化和特種刃口鈍化。傳統刃口鈍化方式主要包括磨削鈍化、毛刷鈍化、拖曳鈍化和噴砂鈍化等；特種刃口鈍化方式主要包括激光鈍化、電火花電蝕鈍化、電化學鈍化和磨料水射流鈍化等。

噴砂是以壓縮空氣為動力，以形成高速噴射束將噴料高速噴射到需要處理的工件表面，實現對工件表面的加工。由于磨料對工件表面的沖擊和切削作用，工件的表面性能和形狀會發生改變。而微噴砂技術是以傳統噴砂技術為基礎，采用微米級尺寸的磨料顆粒來進行待加工表面處理的技術，廣泛應用于材料的表面處理，包括表面清潔、表面鈍化和表面形貌處理。微噴砂處理的材料去除機理，包括裂紋擴展導致的脆性去除和磨料微切削產生的塑性去除。微噴砂技術在刀具領域主要應用在表面處理方面，如涂層刀具。通過對刀具基體表面進行相應的微噴砂處理，來改變基體的表面形貌，以增加涂層與刀具基體之間的粘結力，提高刀具的切削壽命。研究表明，對刀具的涂層表面進行微噴砂處理可以增加涂層硬度，提高刀具切削壽命。微噴砂技術在刀具刃口鈍化領域沒有得到廣泛應用，理論研究還不充分。

本文通過微噴砂技術對硬質合金刀片YT15進行刃口鈍化，研究微噴砂工藝參數對刃口半徑的影響以及微噴砂處理對刃口質量的影響，并分析微噴砂處理的材料去除機理。

1試驗步驟

試驗以噴砂壓力P、磨料比重W和噴砂時間T為因素，其中磨料比重W為磨料占水和磨料總質量的比重。每個因素設4個水平，進行64組全因素刃口鈍化試驗，因素水平見表1。

表1  微噴砂全因素試驗因素水平

采用濕式手動噴砂機，噴砂角度45°，噴砂距離8mm。磨料為320目白剛玉，微噴砂加工如圖1所示。選用可轉位硬質合金刀片YT15，其尺寸標準為SNMN120404，相應的材料性能見表2。通過激光共聚焦顯微鏡(LSM，Keyence VK-X200K)對微噴砂處理后的刀片刃口進行觀測，試驗觀測指標為刀片刃口半徑r和刃口線粗糙度Ra，終結果為三次測量后的平均值。同時對其刃口形貌進行掃描電子顯微鏡鏡(SEM)觀察，分析刃口材料去除機理。

圖1  硬質合金刀具YT15微噴砂加工示意圖

表2  硬質合金刀具YT15物理力學性能

2試驗結果與分析

(1)微噴砂工藝參數對刃口半徑的影響

圖2為硬質合金刀具YT15刃口半徑隨微噴砂各工藝參數的變化趨勢。圖2a、圖2b、圖2c和圖2d分別是在噴砂時間為20s、30s、40s和50s時刃口半徑隨噴砂壓力的變化圖。對比發現，在相同的噴砂壓力和磨料比重下，隨噴砂時間的增加，刀具刃口半徑增大，這實質上是材料去除隨著時間累積的結果。在相同的噴砂時間和磨料比重下，隨噴砂壓力的增加，刀具刃口半徑增大。這是因為隨著噴砂壓強的增加，磨料流的出口速度增加，單顆粒磨料速度也相應增加。

硬質合金可看作是硬脆材料，根據單顆粒磨料沖蝕模型可知，單顆粒磨料的材料去除量與磨料顆粒的速度的指數成正比，使得單顆粒磨料的材料去除量增加。同時磨料流速度的增加，使單位時間內有效沖擊刀具刃口的磨料顆粒數量增加，刃口材料的去除量變大。因此，增加噴砂壓力相當于既增加磨料比重又增加噴砂時間，兩者的共同作用使刃口半徑增大。

由圖2分析磨料比重對刀具刃口半徑的影響可知，在噴砂壓力為0.2MPa和0.25MPa時，隨著磨料比重的增加，刀具的刃口半徑先增大而后減小；而在噴砂壓力為0.3MPa和0.35MPa時，隨著磨料比重的增加，刀具的刃口半徑呈現一直增大的趨勢。同理，根據單顆粒磨料沖蝕模型分析可知，當噴砂壓力較小時，隨著磨料比重的增加，雖然單顆粒磨料速度減小，但是單位體積內磨料顆粒的數量增加，造成單位時間內磨料顆粒對刀具刃口的沖擊次數增加，所以刃口材料的去除量變大。當磨料比重過大時，根據能量守恒可知，磨料流的速度減小很多，其中磨料顆粒的速度大幅降低，不僅減少了單顆粒磨料材料的去除量，也使單位時間內磨料對刀具刃口的沖擊次數減少，進一步減少材料去除量，使得刃口半徑隨著磨料比重的增加先增大后減小。當噴砂壓力較大時，隨著磨料比重的增加，在單位時間內增加的磨料對刀具刃口的沖擊次數所增加的材料去除量要多于單顆粒磨料速度降低而減少的材料去除量。總的來說，硬質合金刀具制造，單位時間內材料去除量增加，因此在較大噴砂壓力下，刀具的刃口半徑隨著磨料比重的增加而增加。

(a)T=20s(b)T=30s(c)T=40s(d)T=50s

圖2  刃口半徑隨微噴砂各工藝參數的變化趨勢

(2)微噴砂處理對刃口線粗糙度的影響

圖3是硬質合金刀片YT15經過微噴砂刃口鈍化處理前后的切削刃形貌。采用微噴砂工藝參數：噴砂壓力P=0.2MPa，磨料比重W=0.1，噴砂時間T=30s。通過測量得到切削刃的相關參數見表3。

圖3  未處理刀片與微噴砂刃口鈍化刀片的切削刃形貌

可以發現，硬質合金刀片YT15的刃口輪廓由原來的r=6μm銳刃變成r=27μm的圓弧刃口。其切削刃形貌得到改善，刃口線粗糙度Ra由原來的0.79μm下降到0.5μm，Ry則由原來的6μm下降到3μm。這是由于微噴砂處理消除了刀具刃磨時產生的微觀缺陷，改善了刃口質量。

表3  未處理刀片與微噴砂刃口鈍化刀片刃口參數對比(μm)

圖4是微噴砂全因素試驗時硬質合金刀片YT15的刃口線粗糙度的分布情況。可以得出，硬質合金YT15刀片的刃口線粗糙度為0.3-0.8μm，滿足刀片的刃口粗糙度要求。

圖4  硬質合金刀具YT15刃口線粗糙度分布

(3)微噴砂刃口材料去除機理研究

刀片的微噴砂過程實質上是高速磨料射流沖擊材料表面，實現材料的去除。其材料去除機理主要歸結為磨料顆粒對材料的去除方式。對于脆性材料，其去除機理往往不只有脆性去除，還包括磨料顆粒的微剪切引起的塑性去除。

圖5是硬質合金刀具YT15在噴砂壓力P=0.25MPa、磨料目數M=320、噴砂時間T=20s和磨料比重W=0.1時的刃口形貌。可以看出，經過微噴砂處理后，刀具出現了圓弧刃口，對其圓弧刃口的區域A進行放大，可以觀察刃口材料去除形成的微觀形貌。通過區域B可以看出，其硬質合金中硬質相的去除多為由裂紋擴展造成的脆性斷裂，這是由于棱角尖銳的磨料顆粒對于硬質相的沖擊作用，使之產生徑向裂紋和側向裂紋，由于磨料顆粒的高頻率沖擊，進而造成側向裂紋的擴張形成網狀裂紋，達到材料的去除。對于C區域的觀察，也可以發現刃口材料上存在磨料顆粒的刻劃痕跡，這主要是由于具有鋒利刃口的白剛玉磨料顆粒對工件材料的微切削作用導致。由于刀具材料中除硬質相成分外，還包括粘結相，其微切削作用相對于粘結相更為明顯，粘結相材料先于硬質相去除，使得硬質相成分顯露出來。因此微噴砂處理硬質合金刀具YT15的材料去除機理，包括由磨料沖擊和水楔作用引起裂紋擴展而導致硬質相材料的脆性去除，還包括磨料顆粒的微切削作用引起的材料塑性去除。

圖5  硬質合金刀具YT15微噴砂刃口形貌SEM圖

小結

微噴砂處理可以對硬質合金刀具YT15刃口進行有效鈍化，形成一定圓弧半徑的刀具刃口。研究表明，刃口圓弧半徑隨著微噴砂時間和噴砂壓力的增加而增大。對于磨料比重而言，在噴砂壓力為0.2MPa和0.25MPa時，隨著磨料比重的增加，刀具刃口半徑先增大而后減小；在噴砂壓力為0.3MPa和0.35MPa時，隨著磨料比重的增加，刀具刃口半徑呈現一直增大的趨勢。微噴砂處理可有效改善硬質合金刀具YT15的刃口質量，消除微觀缺陷，降低刃口線粗糙度，在結構上對刀具刃口進行鈍化。硬質合金刀具YT15刃口材料的去除機理，包含由裂紋擴展而導致硬質相材料的脆性去除和微切削作用引起的材料塑性去除。

刀具涂層技能知識大盤點，讀懂成刀具達人！

一、刀具涂層

 經過化學或物理的方法在刀具外表構成某種薄膜，使切削刀具取得尤秀的綜合切削功能，從而滿足高速切削加工的要求；自20世紀70年代初硬質涂層刀具面世以來，化學氣相堆積(CVD)技能和物理氣相堆積(PVD)技能相繼得到開展，為刀具功能的進步開創了歷史的新篇章。涂層刀具與未涂層刀具比較，具有顯著的優越性：它可大幅度進步切削刀具壽數；有用地進步切削加工效率；進步加工精度并顯著進步被加工工件的外表質量；有用地削減刀具資料的消耗，下降加工成本；削減冷卻液的使用，下降成本，利于環境保護。

二、刀具涂層的特色

 1、選用涂層技能可在不下降刀具強度的條件下，大幅度地進步刀具外表硬度，現在所能到達的硬度已接近100GPa；

 2、隨著涂層技能的飛速開展，薄膜的化學安穩性及高溫抗癢化性更加出色，從而使高速切削加工成為或許。

 3、光滑薄膜具有良好的固相光滑功能，可有用地改善加工質量，也適合于干式切削加工；

 4、涂層技能作為刀具制作的終究工序，對刀具精度簡直沒有影響，并可進行重復涂層工藝。

三、常用的涂層

 1、氮化鈦涂層：

氮化鈦（TiN）是一種通用型PVD涂層，能夠進步刀具硬度并具有較高的氧化溫度。該涂層用于高速鋼切削刀具或成形東西可取得很不錯的加工效果。

 2、氮化鉻涂層：CrN涂層良好的抗粘結性使其在簡單發作積屑瘤的加工中成為手選涂層。涂覆了這種簡直無形的涂層后，高速剛刀具或硬質合金刀具和成形東西的加工功能將會大大改善。

 3、金剛石涂層CVD：金剛石涂層可為非鐵金屬資料加工刀具提供蕞佳功能，是加工石墨、金屬基復合資料(MMC)、高硅呂合金及許多其它高磨蝕資料的抱負涂層(留意：純金剛石涂層刀具不能用于加工鋼件，因為加工鋼件時會發作很多切削熱，并導致發作化學反響，使涂層與刀具之間的粘附層遭到破壞)。【金屬加工微信，內容不錯，值得重視】

 4、氮碳化鈦涂層：氮碳化鈦（TiCN）涂層中增加的碳元素可進步刀具硬度并取得更好的外表光滑性，是高速剛刀具的抱負涂層。

 5、氮鋁鈦或氮鈦鋁涂層(TiAlN/AlTiN)：TiAlN/AlTiN涂層中構成的氧化鋁層能夠有用進步刀具的高溫加工壽數。主要用于干式或半干式切削加工的硬質合金刀具可選用該涂層。依據涂層中所含鋁和鈦的份額不同，AlTiN涂層可提供比TiAlN涂層更高的外表硬度，因此它是高速加工范疇又一個可行的涂層挑選。

四、涂層技能及刀具涂層知識

 1、氮碳化鈦(TiCN)：涂層比氮化鈦(TiN)涂層具有更高的硬度。因為增加了含碳量，使TiCN涂層的硬度進步了33%，其硬度改變范圍約為Hv3000——4000(取決于制作商）。

 2、CVD金剛石涂層：外表硬度高達Hv9000的CVD金剛石涂層在刀具上的應用已較為老練，與PVD涂層刀具比較，CVD金剛石涂層刀具的壽數進步了10——20倍。金剛石涂層刀具的高硬度，使得切削速度可比未涂層的刀具進步2——3倍，使CVD金剛氧化溫度是指涂層開端分化時的溫度值。氧化溫度值越高，對在高溫條件下的切削加工越有利。盡管TiAlN涂層的常溫硬度也許低于TiCN涂層，但事實證明它在高溫加工中要比TiCN有用得多。TiAlN涂層在高溫下仍能保持其硬度的原因在于可在刀具與切屑之間構成數控微信號cncdar一層氧化鋁，氧化鋁層可將熱量從刀具傳入工件或切屑。與高速剛刀具比較，硬質合金刀具的切削速度一般更高，這就使TiAlN成為硬質合金刀具的手選涂層，硬質合金鉆頭和立銑刀一般選用這種PVDTiAlN涂層石涂層刀具成為有色金屬和非金屬資料切削加工的不錯挑選。金屬加工微信，內容不錯，值得重視。

 3、刀具外表的硬質薄膜對資料有如下要求：①硬度高、耐磨功能好；②化學功能安穩，不與工件資料發作化學反響；⑧耐熱耐氧化，摩擦系數低，硬質合金刀具，與基體附著結實等。單一涂層資料很難全部到達上述技能要求。涂層資料的開展，已由初的單一TiN涂層、TiC涂層，閱歷了

TiC—A12O3一TiN復合涂層和TiCN、TiAlN等多元復合涂層的開展階段，現在蕞新開展了TiN／NbN、TiN／CN，等多元復合薄膜資料，使刀具涂層的功能有了很大進步。

 4、在涂層刀具制作進程中，一般依據涂層的硬度，耐磨性，高溫抗癢化性，光滑性以及抗粘結性等幾個方面來挑選，其間涂層氧化性是與切削溫度直接相關的技能條件。氧化溫度是指涂層開端分化時的溫度值，氧化溫度值越高，對在高溫條件下的切削加工越有利。盡管TiAlN涂層的常溫硬度也許低于TiCN涂層，但事實證明它在高溫加工中要比TiCN有用得多。TiAlN涂層在高溫下仍能保持其硬度的原因在于可在刀具與切屑之間構成一層氧化鋁，氧化鋁層可將熱量從刀具傳入工件或切屑。與高速剛刀具比較，硬質合金刀具的切削速度一般更高，這就使TiAlN成為硬質合金刀具的手選涂層，硬質合金鉆頭和立銑刀一般選用這種PVDTiAlN涂層.

 5、從應用技能角度講：除了切削溫度外，切削深度、切削速度和冷卻液都或許對刀具涂層的應用效果發作影響。

五、常用涂層資料發展及超硬涂層技能

 硬質涂層資猜中，工藝老練、應用廣泛的是TiN。現在，工業發達國家TiN涂層高速剛刀具的使用率已占高速剛刀具的50％一70％，有的不可重磨的復

雜刀具的使用率已超越90％。因為現代金屬切削對刀具有很高的技能要求，TiN涂層日益不能適應。TiN涂層的耐氧化性較差，使用溫度達500℃時，膜層 顯著氧化而被燒蝕，并且它的硬度也滿足不了需求。TiC有較高的顯微硬度，因此該資料的耐磨功能較好。同時它與基體的附著結實，在制備多層耐磨涂層時，常將TiC作為與基體接觸的底層膜，在涂層刀具中它是十分常用的涂層資料。

 TiCN和TiAlN的開發，又使涂層刀具的功能上了一個臺階。

TiCN可下降涂層的內應力，進步涂層的耐性，增加涂層的厚度，阻止裂紋的擴散，削減刀具

崩刃。將TiCN設置為涂層刀具的主耐磨層，可顯著進步刀具的壽數。TiAlN化學安穩性好，抗癢化磨損，加工高合金鋼、不銹鋼、欽合金、鎳合金時，比

TiN涂層刀具進步壽數3—4倍。在TiAlN涂層中如果有較高的Al濃度，在切削時涂層外表會生成一層很薄的非品態A12O3，硬質合金刀具優點，構成一層硬

質慵懶保護膜，該涂層刀具可更有用地用于高速切削加工。摻氧的氮碳化鈦TiCNO具有很高的顯微硬度和化學安穩性，能夠發作相當于TiC十A12O3復合

涂層的效果。金屬加工微信，內容不錯，值得重視。

  

俗話說“工欲善其事必先利其器”，這個道理從古至今都被很好地延續并傳揚著，然而在機床行業，刀具似乎并不是越“快”越好，很多在初接觸到機床刀具的時候，都有著一個疑問“為何好好的刀具要進行鈍化處理呢？”今天就讓我們一起來了解一下關于“刀具鈍化”的那些事兒。

其實，刀具鈍化并不是大家字面理解的意思，而是一種有效提高刀具使用壽命的手段。通過平整、拋光、去毛刺等工序達到提高刀具質量的目的。這其實是刀具在精磨之后，涂層之前的一道正常工序。一般來說，刀具鈍化拋光的方式分為毛刷、噴砂、拖拽式拋光機，這其中又屬毛刷與拖拽式的應用為廣泛。

從事金屬切削行業的人都知道，刀具在成品前會經過砂輪刃磨，但是刃磨加工會造成不同程度的微觀缺口。這就導致數控機床在進行高速切削的同時微觀缺口會極易擴展，從而加快刀具的磨損和損壞。現代的切削技術中對刀具的穩定性和精密性都有了嚴格要求，因此數控刀具在涂層前必須經過刀口的鈍化處理，才能保證涂層的牢固性和使用壽命。

刀具鈍化的優勢與目的

1.抵抗刀具物理磨損

在切削過程中刀具表面會被工件逐漸耗損，切削過程中切削刃在高溫高壓下也易發生塑性變形。刀具的鈍化處理可以幫助刀具提高剛性，避免刀具過早喪失切削性能。

2.保持工件的光潔度

刀具刃口有毛刺會導致刀具磨損，加工工件的表面也會變得粗糙。經鈍化處理后，刀具的刃口會變得很光滑，崩刃現象也會相應減少，工件表面光潔度也會提高。

3.方便凹槽排屑

對刀具凹槽拋光處理可以提高表面質量和排屑性能，凹槽表面越平整光滑，排屑就越好，就可實現更連貫的的切削加工。

數控機床的刀具在經過鈍化拋光后，表面會留下許多小孔，在加工時這些小孔可以吸附更多的切削液，使得切削時產生的熱量大大減少，極大得提高切削加工的速度。

綜上所述，刀片刃口鈍化十分重要，正如我國古人所說“千里之堤，潰于蟻穴”，刀片刃口微觀缺口這個“蟻穴”雖小，卻影響刀具性能和壽命這個“千里之提”，是不可小視的大問題。刀片刃口鈍化技術是提高刀具壽命減少刀具消耗的有效措施之一。無論在經濟和技術兩個方面都是可行的、有效的，進一步推動我國切削加工水平的提高，縮小與國外刀具切削性能的差距。

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