圖1 新型復(fù)合硬質(zhì)含金牌號(hào)與傳統(tǒng)的單一硬質(zhì)合金牌號(hào)結(jié)構(gòu)對(duì)比
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圖2 復(fù)合結(jié)構(gòu)基體的硬質(zhì)合金旋轉(zhuǎn)刀具可擴(kuò)展加工范圍
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圖3復(fù)合結(jié)構(gòu)基體可擴(kuò)展超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金的加工范圍
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圖4可采用的幾種復(fù)合基體結(jié)構(gòu)型式 |
用于金屬切削的旋轉(zhuǎn)刀具通常采用硬質(zhì)合金(WC)作為基體材料廷诺，這是由于硬質(zhì)合金在強(qiáng)度偷崩、耐磨性搬葬、抗破裂韌性等機(jī)械性能上具有獨(dú)特的綜合優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的整體硬質(zhì)合金旋轉(zhuǎn)刀具都是采用單一結(jié)構(gòu)的基體材料绍移，即整個(gè)基體都用同一種硬質(zhì)合金牌號(hào)制造沛专，這種結(jié)構(gòu)的刀具在使用性能上存在較大的局限性。
一般來(lái)說(shuō)啤盯，鉆孔加工有一個(gè)顯著特點(diǎn)讯翎，從鉆頭的鉆尖中心到外線處的切削速度存在很大差異，即鉆頭外線處的旋轉(zhuǎn)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鉆尖中心處的旋轉(zhuǎn)速度抬而。這種現(xiàn)象極易導(dǎo)致單一基材硬質(zhì)合金鉆頭的鉆尖中心切削刃過(guò)早失效最勤，而這通常是因?yàn)橛操|(zhì)合金牌號(hào)硬度過(guò)高引起微崩刃所致；另一方面墓老，鉆頭外緣部分的切削刃又可能因硬質(zhì)合金牌號(hào)硬度過(guò)低而導(dǎo)致過(guò)早失效坚矢。因此，在選擇單一基材鉆頭的硬質(zhì)合金牌號(hào)時(shí)辽蚀，必須對(duì)材料性能進(jìn)行折衷權(quán)衡翁纵，以兼顧這兩種相互沖突的失效機(jī)理。
立銑刀在加工中承受較大的側(cè)向推力泳落。由于立銑刀具有較大的長(zhǎng)徑比沐恨，因此在側(cè)向推力作用下會(huì)產(chǎn)生一定的撓曲，撓曲程度與硬質(zhì)合金基體牌號(hào)密切相關(guān)婚被。刀具的撓曲會(huì)對(duì)銑刀的切削深度和工件的尺寸精度產(chǎn)生不利影響狡忙。與鉆頭的情況類(lèi)似梳虽，在選擇立銑刀的硬質(zhì)合金基體牌號(hào)時(shí)，也需要在兩種相互沖突的失效機(jī)理之間進(jìn)行折衷權(quán)衡灾茁，即基體材料太硬時(shí)窜觉，刀具容易破損；較軟時(shí)北专，刀具又容易過(guò)快磨損禀挫。
如果硬質(zhì)合金鉆頭和立銑刀采用復(fù)合結(jié)構(gòu)的基體材料，即在刀具的不同部位逗余，材料的物理特性根據(jù)加工需要而有所不同特咆，則刀具切削性能將得到顯著改善季惩，刀具使用壽命將大大提高录粱。
最近開(kāi)發(fā)成功的新一代復(fù)合硬質(zhì)合金牌號(hào)在不同部位具有不同的機(jī)械性能(包括材料的彈性模量、硬度画拾、耐磨性啥繁、抗破裂韌性、拉伸強(qiáng)度摊矮、抗蝕性头熏、熱膨脹系數(shù)、熱傳導(dǎo)系數(shù)等)影偶。這種新型復(fù)合硬質(zhì)合金牌號(hào)與傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)刀具采用的單一硬質(zhì)合金牌號(hào)的結(jié)構(gòu)對(duì)比如圖1所示转挽。新型復(fù)合硬質(zhì)合金牌號(hào)由至少2種不同的硬質(zhì)合金牌號(hào)構(gòu)成，不同牌號(hào)之間按同軸方式排列确羹，從而使制備出中心與外線部位具有木同機(jī)械性能的旋轉(zhuǎn)刀具基體成為可能届审。
采用復(fù)合結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金基體的旋轉(zhuǎn)刀具可大大擴(kuò)展其切削速度- 材料去除率的范圍。如圖2所示癣偶，硬度高于92HRA的單一結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金牌號(hào)一般用于切削速度較高噪旭、材料去除率較低的切削加工(如精加工)；而硬度低于90HRA的硬質(zhì)合金牌號(hào)一般用于切削速度較低恃楔、材料去除率較高的切削加工(如粗加工)垢蔑。對(duì)于上述任何一種單一結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金牌號(hào)，要擴(kuò)展其加工范圍而又避免刀具過(guò)早失效涡写，通常都是相當(dāng)困難的菩擦。如采用復(fù)合結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金基體，則有助于克服單一硬質(zhì)合金牌號(hào)固有的局限性搅窿。例如嘁酿，外緣硬度較高、芯部硬度較低的復(fù)合結(jié)構(gòu)基體硬質(zhì)合金刀具可以適應(yīng)高硬度牌號(hào)的切削速度和低硬度牌號(hào)的材料去除進(jìn)行切削加工戈钢。顯而易見(jiàn)痹仙，這種刀具可實(shí)現(xiàn)的加工范圍取決于構(gòu)成復(fù)合硬質(zhì)合金基體的不同硬質(zhì)合金牌號(hào)的選用是尔。
在許多鉆削和立銑加工中，采用新型的超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金牌號(hào)制造的刀具顯示出明顯的性能優(yōu)勢(shì)开仰。此類(lèi)牌號(hào)的WC平均粒度約為0.5μm拟枚，制造的刀具具有極高的硬度和強(qiáng)度，且能在較長(zhǎng)的壽命周期中很好地保持切削刃的鋒銳性众弓。但是恩溅，此類(lèi)牌號(hào)的一個(gè)致命缺點(diǎn)是抗破裂韌性較差。由于材料的脆性較大谓娃，加工中產(chǎn)生的低水平振動(dòng)就可能導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)刀具因崩刃破損而過(guò)早失效脚乡，因此極大地限制了其在單一基體鉆頭和立銑刀中的應(yīng)用。采用復(fù)合結(jié)構(gòu)基體則可較好克服超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金牌號(hào)抗振性差的缺點(diǎn)滨达。圖3所示為外緣部分采用超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金牌號(hào)奶稠、中心部分采用強(qiáng)韌性較好的常規(guī)亞微顆粒硬質(zhì)合金牌號(hào)的復(fù)合結(jié)構(gòu)基體。
利用制備復(fù)合硬質(zhì)合金基體的工藝柔性恃打，可以根據(jù)特定的加工需要制造出各種不同結(jié)構(gòu)的復(fù)合硬質(zhì)合金基體钟唯。此外，通過(guò)采用復(fù)合結(jié)構(gòu)基體市缠，也使硬質(zhì)合金刀具能夠應(yīng)用于過(guò)去只能采用硬度較低焚痰、韌性較高的高速鋼刀具加工場(chǎng)合。例如羔辉，復(fù)合基體硬質(zhì)合金階梯鉆的端部可具備與高速鋼鉆頭類(lèi)似的低硬度和高韌性盯萄，而高硬度的外緣部則可延長(zhǎng)鉆頭的壽命。由此睁衰，采用復(fù)合結(jié)構(gòu)基體為硬質(zhì)合金復(fù)合鉆的制造提供了新的選擇——制造出可一次完成粗用牲、精加工的新型刀具。
在設(shè)計(jì)高性能旋轉(zhuǎn)刀具時(shí)碉办，硬質(zhì)合金基體除可采用同軸復(fù)合結(jié)構(gòu)外理币，也可采用其它型式的復(fù)合結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖4)。
復(fù)合結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金基體為高性能鉆頭虐干、立銑刀的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供了新的機(jī)遇和空間聋亡，與單一結(jié)構(gòu)基體相比，大大擴(kuò)展了旋轉(zhuǎn)刀具的加工范圍际乘，從而可顯著提高鉆削坡倔。立銑加工的生產(chǎn)率。
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