硬质合金刀具优点-徐州硬质合金刀具-昂迈工具

刀具经过砂轮刃磨后，刃口会存在不同程度的微观缺陷，在切削过程中，刀具刃口微观缺口极易扩展，加快刀具的磨损和损坏。刃口钝化是延常刀具寿命的金属切削配套技术，能有效减少或消除刃磨后的刀具刃口微观缺陷，以达到圆滑平整，硬质合金刀具优点，提高刀具抗冲击性能，使刀具刃口锋利坚固。

刃口钝化方式可分为传统刃口钝化和特种刃口钝化。传统刃口钝化方式主要包括磨削钝化、毛刷钝化、拖曳钝化和喷砂钝化等；特种刃口钝化方式主要包括激光钝化、电火花电蚀钝化、电化学钝化和磨料水射流钝化等。

喷砂是以压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料高速喷射到需要处理的工件表面，实现对工件表面的加工。由于磨料对工件表面的冲击和切削作用，徐州硬质合金刀具，工件的表面性能和形状会发生改变。而微喷砂技术是以传统喷砂技术为基础，采用微米级尺寸的磨料颗粒来进行待加工表面处理的技术，广泛应用于材料的表面处理，包括表面清洁、表面钝化和表面形貌处理。微喷砂处理的材料去除机理，包括裂纹扩展导致的脆性去除和磨料微切削产生的塑性去除。微喷砂技术在刀具领域主要应用在表面处理方面，如涂层刀具。通过对刀具基体表面进行相应的微喷砂处理，来改变基体的表面形貌，以增加涂层与刀具基体之间的粘结力，提高刀具的切削寿命。研究表明，对刀具的涂层表面进行微喷砂处理可以增加涂层硬度，提高刀具切削寿命。微喷砂技术在刀具刃口钝化领域没有得到广泛应用，理论研究还不充分。

本文通过微喷砂技术对硬质合金刀片yt15进行刃口钝化，研究微喷砂工艺参数对刃口半径的影响以及微喷砂处理对刃口的影响，并分析微喷砂处理的材料去除机理。

1试验步骤

试验以喷砂压力p、磨料比重w和喷砂时间t为因素，其中磨料比重w为磨料占水和磨料总的比重。每个因素设4个水平，进行64组全因素刃口钝化试验，因素水平见表1。

表1  微喷砂全因素试验因素水平

采用湿式手动喷砂机，喷砂角度45°，喷砂距离8mm。磨料为320目白刚玉，微喷砂加工如图1所示。选用可转位硬质合金刀片yt15，其尺寸标准为snmn120404，相应的材料性能见表2。通过激光共---显微镜(lsm，keyence vk-x200k)对微喷砂处理后的刀片刃口进行观测，试验观测指标为刀片刃口半径r和刃口线粗糙度ra，终结果为三次测量后的平均值。同时对其刃口形貌进行扫描电子显微镜镜(sem)观察，分析刃口材料去除机理。

图1  硬质合金刀具yt15微喷砂加工示意图

表2  硬质合金刀具yt15物理力学性能

2试验结果与分析

(1)微喷砂工艺参数对刃口半径的影响

图2为硬质合金刀具yt15刃口半径随微喷砂各工艺参数的变化趋势。图2a、图2b、图2c和图2d分别是在喷砂时间为20s、30s、40s和50s时刃口半径随喷砂压力的变化图。对比发现，在相同的喷砂压力和磨料比重下，随喷砂时间的增加，刀具刃口半径增大，这实质上是材料去除随着时间累积的结果。在相同的喷砂时间和磨料比重下，随喷砂压力的增加，硬质合金刀具规格，刀具刃口半径增大。这是因为随着喷砂压强的增加，磨料流的出口速度增加，单颗粒磨料速度也相应增加。

硬质合金可看作是硬脆材料，根据单颗粒磨料冲蚀模型可知，单颗粒磨料的材料去除量与磨料颗粒的速度的指数成正比，使得单颗粒磨料的材料去除量增加。同时磨料流速度的增加，使单位时间内有效冲击刀具刃口的磨料颗粒数量增加，刃口材料的去除量变大。因此，增加喷砂压力相当于既增加磨料比重又增加喷砂时间，两者的共同作用使刃口半径增大。

由图2分析磨料比重对刀具刃口半径的影响可知，在喷砂压力为0.2mpa和0.25mpa时，随着磨料比重的增加，刀具的刃口半径先增大而后减小；而在喷砂压力为0.3mpa和0.35mpa时，随着磨料比重的增加，刀具的刃口半径呈现一直增大的趋势。同理，根据单颗粒磨料冲蚀模型分析可知，当喷砂压力较小时，随着磨料比重的增加，虽然单颗粒磨料速度减小，但是单位体积内磨料颗粒的数量增加，造成单位时间内磨料颗粒对刀具刃口的冲击次数增加，所以刃口材料的去除量变大。当磨料比重过大时，根据能量守恒可知，磨料流的速度减小很多，其中磨料颗粒的速度大幅降低，不仅减少了单颗粒磨料材料的去除量，也使单位时间内磨料对刀具刃口的冲击次数减少，进一步减少材料去除量，使得刃口半径随着磨料比重的增加先增大后减小。当喷砂压力较大时，随着磨料比重的增加，在单位时间内增加的磨料对刀具刃口的冲击次数所增加的材料去除量要多于单颗粒磨料速度降低而减少的材料去除量。总的来说，单位时间内材料去除量增加，因此在较大喷砂压力下，刀具的刃口半径随着磨料比重的增加而增加。

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

图2  刃口半径随微喷砂各工艺参数的变化趋势

(2)微喷砂处理对刃口线粗糙度的影响

图3是硬质合金刀片yt15经过微喷砂刃口钝化处理前后的切削刃形貌。采用微喷砂工艺参数：喷砂压力p=0.2mpa，磨料比重w=0.1，喷砂时间t=30s。通过测量得到切削刃的相关参数见表3。

图3  未处理刀片与微喷砂刃口钝化刀片的切削刃形貌

可以发现，硬质合金刀片yt15的刃口轮廓由原来的r=6μm锐刃变成r=27μm的圆弧刃口。其切削刃形貌得到---，刃口线粗糙度ra由原来的0.79μm下降到0.5μm，ry则由原来的6μm下降到3μm。这是由于微喷砂处理消除了刀具刃磨时产生的微观缺陷，硬质合金刀具参数，---了刃口。

表3  未处理刀片与微喷砂刃口钝化刀片刃口参数对比(μm)

图4是微喷砂全因素试验时硬质合金刀片yt15的刃口线粗糙度的分布情况。可以得出，硬质合金yt15刀片的刃口线粗糙度为0.3-0.8μm，满足刀片的刃口粗糙度要求。

图4  硬质合金刀具yt15刃口线粗糙度分布

(3)微喷砂刃口材料去除机理研究

刀片的微喷砂过程实质上是高速磨料射流冲击材料表面，实现材料的去除。其材料去除机理主要归结为磨料颗粒对材料的去除方式。对于脆性材料，其去除机理往往不只有脆性去除，还包括磨料颗粒的微剪切引起的塑性去除。

图5是硬质合金刀具yt15在喷砂压力p=0.25mpa、磨料目数m=320、喷砂时间t=20s和磨料比重w=0.1时的刃口形貌。可以看出，经过微喷砂处理后，刀具出现了圆弧刃口，对其圆弧刃口的区域a进行放大，可以观察刃口材料去除形成的微观形貌。通过区域b可以看出，其硬质合金中硬质相的去除多为由裂纹扩展造成的脆性断裂，这是由于棱角尖锐的磨料颗粒对于硬质相的冲击作用，使之产生径向裂纹和侧向裂纹，由于磨料颗粒的高频率冲击，进而造成侧向裂纹的扩张形成网状裂纹，达到材料的去除。对于c区域的观察，也可以发现刃口材料上存在磨料颗粒的刻划痕迹，这主要是由于具有锋利刃口的白刚玉磨料颗粒对工件材料的微切削作用导致。由于刀具材料中除硬质相成分外，还包括粘结相，其微切削作用相对于粘结相更为明显，粘结相材料先于硬质相去除，使得硬质相成分显露出来。因此微喷砂处理硬质合金刀具yt15的材料去除机理，包括由磨料冲击和水楔作用引起裂纹扩展而导致硬质相材料的脆性去除，还包括磨料颗粒的微切削作用引起的材料塑性去除。

图5  硬质合金刀具yt15微喷砂刃口形貌sem图

小结

微喷砂处理可以对硬质合金刀具yt15刃口进行有效钝化，形成一定圆弧半径的刀具刃口。研究表明，刃口圆弧半径随着微喷砂时间和喷砂压力的增加而增大。对于磨料比重而言，在喷砂压力为0.2mpa和0.25mpa时，随着磨料比重的增加，刀具刃口半径先增大而后减小；在喷砂压力为0.3mpa和0.35mpa时，随着磨料比重的增加，刀具刃口半径呈现一直增大的趋势。微喷砂处理可有效---硬质合金刀具yt15的刃口，消除微观缺陷，降低刃口线粗糙度，在结构上对刀具刃口进行钝化。硬质合金刀具yt15刃口材料的去除机理，包含由裂纹扩展而导致硬质相材料的脆性去除和微切削作用引起的材料塑性去除。

刀具涂层技能知识大盘点，读懂成刀具达人！

一、刀具涂层

 经过化学或物理的方法在刀具外表构成某种薄膜，使切削刀具取得尤秀的综合切削功能，从而满足高速切削加工的要求；自20世纪70年代初硬质涂层刀具面世以来，化学气相堆积(cvd)技能和物理气相堆积(pvd)技能相继得到开展，为刀具功能的进步---了历史的新篇章。涂层刀具与未涂层刀具比较，具有显着的---性：它可大幅度进步切削刀具寿数；有用地进步切削加工效率；进步加工精度并显着进步被加工工件的外表；有用地削减刀具资料的消耗，下降加工成本；削减冷却液的使用，下降成本，利于环境保护。

二、刀具涂层的特色

 1、选用涂层技能可在不下降刀具强度的条件下，大幅度地进步刀具外表硬度，现在所能到达的硬度已接近100gpa；

 2、随着涂层技能的飞速开展，薄膜的化学安稳性及高温抗痒化性---，从而使高速切削加工成为或许。

 3、光滑薄膜具有---的固相光滑功能，可有用地---加工，也适合于干式切削加工；

 4、涂层技能作为刀具制作的终究工序，对刀具精度---没有影响，并可进行重复涂层工艺。

三、常用的涂层

 1、氮化钛涂层：

氮化钛（tin）是一种通用型pvd涂层，能够进步刀具硬度并具有较高的氧化温度。该涂层用于高速钢切削刀具或成形东西可取得很---的加工效果。

 2、氮化铬涂层：crn涂层---的抗粘结性使其在简单发作积屑瘤的加工中成为手选涂层。涂覆了这种---无形的涂层后，高速刚刀具或硬质合金刀具和成形东西的加工功能将会------。

 3、金刚石涂层cvd：金刚石涂层可为非铁金属资料加工刀具提供蕞佳功能，是加工石墨、金属基复合资料(mmc)、高硅吕合金及许多其它高磨蚀资料的抱负涂层(留意：纯金刚石涂层刀具不能用于加工钢件，因为加工钢件时会发作很多切削热，并导致发作化学反响，使涂层与刀具之间的粘附层遭到破坏)。金属加工微信，内容---，值得重视

 4、氮碳化钛涂层：氮碳化钛（ticn）涂层中增加的碳元素可进步刀具硬度并取得---的外表光滑性，是高速刚刀具的抱负涂层。

 5、氮铝钛或氮钛铝涂层(tialn/altin)：tialn/altin涂层中构成的氧化铝层能够有用进步刀具的高温加工寿数。主要用于干式或半干式切削加工的硬质合金刀具可选用该涂层。依据涂层中所含铝和钛的份额不同，altin涂层可提供比tialn涂层更高的外表硬度，因此它是高速加工范畴又一个可行的涂层挑选。

四、涂层技能及刀具涂层知识

 1、氮碳化钛(ticn)：涂层比氮化钛(tin)涂层具有更高的硬度。因为增加了含碳量，使ticn涂层的硬度进步了33%，其硬度改变范围约为hv3000——4000(取决于制作商）。

 2、cvd金刚石涂层：外表硬度---hv9000的cvd金刚石涂层在刀具上的应用已较为老练，与pvd涂层刀具比较，cvd金刚石涂层刀具的寿数进步了10——20倍。金刚石涂层刀具的高硬度，使得切削速度可比未涂层的刀具进步2——3倍，使cvd金刚氧化温度是指涂层开端分化时的温度值。氧化温度值越高，对在高温条件下的切削加工越有利。尽管tialn涂层的常温硬度也许低于ticn涂层，但事实证明它在高温加工中要比ticn有用得多。tialn涂层在高温下仍能保持其硬度的原因在于可在刀具与切屑之间构成数控---cncdar一层氧化铝，氧化铝层可将热量从刀具传入工件或切屑。与高速刚刀具比较，硬质合金刀具的切削速度一般更高，这就使tialn成为硬质合金刀具的手选涂层，硬质合金钻头和立铣刀一般选用这种pvdtialn涂层石涂层刀具成为有色金属和非金属资料切削加工的---挑选。金属加工微信，内容---，值得重视。

 3、刀具外表的硬质薄膜对资料有如下要求：硬度高、耐磨功能好；化学功能安稳，不与工件资料发作化学反响；耐热耐氧化，摩擦系数低，与基体附着结实等。单一涂层资料很难全部到达上述技能要求。涂层资料的开展，已由初的单一tin涂层、tic涂层，阅历了

tic—a12o3一tin复合涂层和ticn、tialn等多元复合涂层的开展阶段，现在蕞新开展了tin／nbn、tin／cn，等多元复合薄膜资料，使刀具涂层的功能有了很大进步。

 4、在涂层刀具制作进程中，一般依据涂层的硬度，耐磨性，高温抗痒化性，光滑性以及抗粘结性等几个方面来挑选，其间涂层氧化性是与切削温度直接相关的技能条件。氧化温度是指涂层开端分化时的温度值，氧化温度值越高，对在高温条件下的切削加工越有利。尽管tialn涂层的常温硬度也许低于ticn涂层，但事实证明它在高温加工中要比ticn有用得多。tialn涂层在高温下仍能保持其硬度的原因在于可在刀具与切屑之间构成一层氧化铝，氧化铝层可将热量从刀具传入工件或切屑。与高速刚刀具比较，硬质合金刀具的切削速度一般更高，这就使tialn成为硬质合金刀具的手选涂层，硬质合金钻头和立铣刀一般选用这种pvdtialn涂层.

 5、从应用技能角度讲：除了切削温度外，切削---、切削速度和冷却液都或许对刀具涂层的应用效果发作影响。

五、常用涂层资料发展及超硬涂层技能

 硬质涂层资猜中，工艺老练、应用广泛的是tin。现在，工业发达tin涂层高速刚刀具的使用率已占高速刚刀具的50％一70％，有的不可重磨的复

杂刀具的使用率已---90％。因为现代金属切削对刀具有---的技能要求，tin涂层日益不能适应。tin涂层的耐氧化性较差，使用温度达500℃时，膜层 显着氧化而被烧蚀，并且它的硬度也满足不了需求。tic有较高的显微硬度，因此该资料的耐磨功能较好。同时它与基体的附着结实，在制备多层耐磨涂层时，常将tic作为与基体接触的底层膜，在涂层刀具中它是十分常用的涂层资料。

 ticn和tialn的开发，又使涂层刀具的功能上了一个台阶。

ticn可下降涂层的内应力，进步涂层的耐性，增加涂层的厚度，阻止裂纹的扩散，削减刀具

崩刃。将ticn设置为涂层刀具的主耐磨层，可显着进步刀具的寿数。tialn化学安稳性好，抗痒化磨损，加工高合金钢、不锈钢、钦合金、镍合金时，比

tin涂层刀具进步寿数3—4倍。在tialn涂层中如果有较高的al浓度，在切削时涂层外表会生成一层很薄的非品态a12o3，构成一层硬

质慵懒保护膜，该涂层刀具可更有用地用于高速切削加工。掺氧的氮碳化钛ticno具有---的显微硬度和化学安稳性，能够发作相当于tic十a12o3复合

涂层的效果。金属加工微信，内容---，值得重视。