硬質(zhì)合金是一種硬度非常高的材料哪怔，在主要用于金屬切削加工的切削刀具中得到了廣泛的應(yīng)用荸速。在機械加工業(yè)告岸，所提及的合金或鎢鋼通常指的就是此類硬質(zhì)合金材料湖弱。采用硬質(zhì)合金刀具可收獲諸多優(yōu)點。相比于高速鋼刀具指模，在絕大多數(shù)案例中祖修，使用硬質(zhì)合金刀具加工工件不僅可收獲更佳的被加工表面質(zhì)量，還可獲得更高的加工速度枝玩；硬質(zhì)合金刀具能承受更高的切削熱炊健，這也是其能實現(xiàn)更高金屬去除率的主要原因。當(dāng)加工高合金鋼或不銹鋼這類不易加工的被加工材料時覆厦，或在大批量生產(chǎn)以及產(chǎn)能擴充的場合凰茫，諸如此類高速鋼刀具容易快速磨損的情況下，硬質(zhì)合金刀具的采用通常能使得切削表現(xiàn)更佳们袜。

硬質(zhì)合金刀片的緣起

硬質(zhì)合金刀具工業(yè)化應(yīng)用于金屬切削始于二十世紀(jì)三十年代必工。從那以后，硬質(zhì)合金就演變成了迄今為止最為常見的刀具材料堰怜。尺寸相對小的刀具往往由整體硬質(zhì)合金制成球垂；非整體硬質(zhì)合金刀具僅在切削區(qū)域采用硬質(zhì)合金。早期的非整體硬質(zhì)合金刀具往往將硬質(zhì)合金焊接至刀體上钻蔑。到二十世紀(jì)四十年代啥刻，硬質(zhì)合金刀具制造商們就已開始生產(chǎn)夾持可換式機夾刀片的刀具，并因此受益咪笑。相比于早前的焊接式刀具可帽，這一腦洞大開的技術(shù)創(chuàng)新及對機械式夾緊結(jié)構(gòu)的采用使得刀具強度更高；現(xiàn)在已被公認(rèn)為里程碑式的發(fā)明蒲肋，不止于工具制造業(yè)領(lǐng)域蘑拯，還包括為整個金屬加工業(yè)帶來先進(jìn)而高效的加工。

這一長足的進(jìn)步為加工制造領(lǐng)域開啟了廣闊的提升空間兜粘，并立即提高了刀具的承載能力申窘，使得刀具擁有快速去除金屬的能力。除卻為刀片因磨損失效或破損失效時更換刀片變得更簡便而經(jīng)濟帶來成本降低做出保障外孔轴，還使得能分別制造切削模塊及刀體剃法。刀片的更換往往需要考慮其形狀，快速更換失效的切削刃有幾種方式路鹰，除了沿刀片中心軸線轉(zhuǎn)位外贷洲，也有反轉(zhuǎn)刀片正反面的情況。如今最被業(yè)界認(rèn)可的廣泛傳播的“可轉(zhuǎn)位刀片”這一稱謂议幻，曾經(jīng)也被稱作：可棄式刀尖诀次、可更換式刀片赃律、可替換式刀片。

硬質(zhì)合金刀片的生產(chǎn)

可轉(zhuǎn)位刀片的生產(chǎn)技術(shù)基于粉末冶金技術(shù)凳慈，生產(chǎn)流程如下：硬質(zhì)合金混合料制備咆比；壓制；燒結(jié)氨缅；燒結(jié)后處理工序扩芋；涂層。盡管數(shù)十年來以上基本工序保持不變妖局，但與此同時來自科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步卻對刀片的生產(chǎn)制造產(chǎn)生了顯著的影響聪痢。

在過去，刀片壓坯往往由人工進(jìn)行壓制细企。因此翼袒，要對具有不同壓制密度的混合料壓坯統(tǒng)一進(jìn)行燒結(jié)變得非常困難甚至難以操作。隨著越來越多具有前沿的自動化及計算機控制的先進(jìn)工業(yè)設(shè)備走進(jìn)硬質(zhì)合金制造企業(yè)屯掖，硬質(zhì)合金生產(chǎn)過程的技術(shù)控制越來越穩(wěn)定建芙、可控及可靠。其結(jié)果就是所生產(chǎn)刀片的機械加工性能變得越來越一致懂扼、加工結(jié)果具有可預(yù)見性且不因刀片批號不同導(dǎo)致加工結(jié)果不同禁荸；新技術(shù)還使得燒結(jié)刀片的尺寸公差帶更窄，精度更高阀湿，硬質(zhì)合金刀片性能得到極大提升赶熟。

現(xiàn)如今，一臺典型的刀片壓機往往是由計算機控制的高度集結(jié)了工程學(xué)的設(shè)備陷嘴。某些壓機的設(shè)計還可進(jìn)行多軸向壓制映砖。來自壓制技術(shù)的非凡進(jìn)步使得生產(chǎn)具有復(fù)雜形狀的刀片成為可能，比如刀尖高度差異非常大的刀片（圖1）灾挨。先進(jìn)的壓制技術(shù)確保能收獲更優(yōu)化的刀片形狀邑退，不僅能保證刀片表面的光滑與刀片生產(chǎn)過程的穩(wěn)定，還提高了刀片表面的精度等級（圖2）劳澄。此外地技，現(xiàn)代計算機輔助設(shè)計與制造技術(shù)（CAD/CAM）的應(yīng)用也為刀片的生產(chǎn)制造帶來了益處，使得提高刀片設(shè)計水平及獲得更佳的壓制模具部件形狀及精度成為可能秒拔。并且具有以最終燒結(jié)產(chǎn)品為導(dǎo)向來模擬壓制生產(chǎn)過程的能力墅纲，在設(shè)計的初始階段，就能從設(shè)計的角度對壓制燒結(jié)結(jié)果予以修正以促使成功研制出新刀片恐呢。

圖1：銑刀片H690 TNKX 1005刀尖角具有不等高度

圖2：車刀片CNMG 331-F3P采用了先進(jìn)壓制技術(shù)游淆，具有復(fù)雜的斷屑槽。刀片優(yōu)化了前刀面槽形以用于車削各種難加工鋼及鑄鐵

對刀片燒結(jié)先進(jìn)技術(shù)的掌控也有助于在生產(chǎn)過程中提高刀片的品質(zhì)。在燒結(jié)過程進(jìn)行工藝控制以獲取非均勻結(jié)構(gòu)的梯度硬質(zhì)合金基體擎丘，確保合金表面帶有薄層的富鈷層追临。帶有梯度層的硬質(zhì)合金基體能阻斷表面裂紋的發(fā)展，保障了硬質(zhì)合金基體具有更佳的抗脆裂性及抗破損性边久。當(dāng)今珠慧，梯度硬質(zhì)合金基體往往應(yīng)用于進(jìn)行車削加工的刀具中。

涂層技術(shù)的發(fā)展

直到二十世紀(jì)八十年代尚未出現(xiàn)涂層的硬質(zhì)合金牌號施旱。那時，為使得硬質(zhì)合金能通用于不同工程材料的加工伙斯，刀具制造商們通過添加不同的添加劑（如硬質(zhì)相或金屬添加劑）來制取不同硬質(zhì)合金牌號乌迎。涂層技術(shù)的采用極大地促進(jìn)了全球機械加工業(yè)的發(fā)展；現(xiàn)今絕大多數(shù)硬質(zhì)合金牌號都是涂層的笛坦。這一新技術(shù)還帶來額外好處区转，使得某些牌號可專用于某類特定的被加工材料的加工。不需要往硬質(zhì)合金基體添加品類繁多的添加劑版扩；這減少了硬質(zhì)合金基體牌號废离，生產(chǎn)過程控制更穩(wěn)定。

涂層硬質(zhì)合金的引入及該領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展顯著提高了刀具的切削速度礁芦。從加工實例來看蜻韭，三十年前，采用伊斯卡非涂層硬質(zhì)合金牌號IC20車削灰鑄鐵的切削速度大約為100 m/min柿扣；現(xiàn)在肖方，采用伊斯卡涂層硬質(zhì)合金牌號IC5005的切削速度達(dá)600 m/min。在另一案例中未状，相同時期俯画，采用伊斯卡非涂層牌號IC50M銑削馬氏體不銹鋼的切削速度為80 m/min；現(xiàn)在采用涂層牌號IC5500的切削速度達(dá)300 m/min司草。這些令人印象深刻的數(shù)據(jù)充分解讀了涂層硬質(zhì)合金為刀具切削速度的提升帶來的跨越式發(fā)展艰垂。

涂層技術(shù)主要沿兩個基本方向持續(xù)發(fā)展：化學(xué)氣相沉積涂層（CVD）及物理氣相沉積涂層（PVD）。CVD涂層的重大發(fā)展來自于對氧化鋁陶瓷涂層的引入埋虹。氧化鋁陶瓷涂層在高溫下具有出色的隔熱性能吭辛、耐磨性及化學(xué)穩(wěn)定性，這使得刀具能以更高的切削速度加工驳辖。

PVD涂層于二十世紀(jì)八十年代末期被引入到硬質(zhì)合金生產(chǎn)中拖牢。PVD涂層因在納米級涂層領(lǐng)域克服了生產(chǎn)制造中的諸多難題實現(xiàn)了突破性的發(fā)展。PVD涂層因此能提供全新等級的耐磨性更高的納米涂層乙遵。相比于常規(guī)PVD涂層方式浦忠，圖3所示的涂層由最大值為50 nm（納米）的涂層復(fù)合而成，已被證明大大提高了涂層的結(jié)合強度轮庵。

圖3：IC807牌號的納米涂層結(jié)構(gòu)（顯微圖片）

現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展使得操作人員能對刀片涂覆CVD及PVD兩種涂層韩记，復(fù)合涂層方式對涂層性能的控制更佳硫联。例如，伊斯卡硬質(zhì)合金牌號DT7150就是在韌性的基體上進(jìn)行中溫化學(xué)涂層（MT CVD）及TiAlN （PVD）涂層喂交。而最初研發(fā)此涂層的目的是提高具有特殊用途的硬鑄鐵的生產(chǎn)率援仍。

刀片技術(shù)的另一主要先進(jìn)生產(chǎn)制造方式就是涂層后處理技術(shù)。例如察夕，伊斯卡推出的束魔技術(shù)（SUMOTEC）就采用了對已完成表面涂層的刀片進(jìn)行后序處理的方法妖坡。前沿的束魔涂層后處理技術(shù)提高了硬質(zhì)合金牌號的強度及耐磨性，使得生產(chǎn)率更高区匣。對于CVD涂層而言偷拔，因硬質(zhì)合金基體與涂層熱膨脹系數(shù)的不同會導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生。而PVD涂層則有表面液滴殘留的問題亏钩。以上因素給涂層帶來了負(fù)面影響并因此縮短了刀片壽命莲绰。采用束魔涂層后處理技術(shù)則顯著降低甚至免除了這些不利因素的影響，除了收獲更高的刀具壽命姑丑，還能大幅提高生產(chǎn)率（圖4及圖5）蛤签。

圖4：CVD涂層采用束魔涂層后處理技術(shù)（SUMO TEC）前（左圖）后（右圖）的顯微圖片

圖5：PVD涂層采用束魔涂層后處理技術(shù)（SUMO TEC）的效果：A-未處理表面，B-處理后表面（顯微圖片）

伊斯卡近期推出的硬質(zhì)合金牌號IC6025推薦用于諸如奧氏體不銹鋼及雙相不銹鋼這類ISO M材料組的車削加工栅哀。該牌號采用了多涂層及涂層后處理技術(shù)震肮，能顯著提高航空工業(yè)領(lǐng)域材料的車削加工效率（圖6）。

圖6：伊斯卡IC6025牌號涂層示意圖留拾，該牌號專為ISO M材料組的加工而研制

伊斯卡推出的硬質(zhì)合金牌號IC806是最前沿硬質(zhì)合金牌號的代表钙蒙，適用于高溫合金的車削及切槽加工。IC806是采用了束魔涂層后處理技術(shù)的PVD涂層牌號间驮，為高溫合金躬厌，尤其是鉻鎳鐵合金（Inconel 718）的加工提供了優(yōu)異的備選方案。

鉻鎳鐵合金（Inconel 718）歸屬于鎳基超級合金试填，廣泛應(yīng)用于對零部件材料有耐高溫坠狈、耐腐蝕性能要求的場合。該材料在航空航天工業(yè)領(lǐng)域得到了普遍的應(yīng)用三麦，如制作為飛機發(fā)動機熱端部件墙冻，也被制作為各種石油工業(yè)領(lǐng)域部件。

鉻鎳鐵合金（Inconel 718）的金相組織顯示其具有高抗拉強度及抗屈服強度的奧氏體結(jié)構(gòu)屈宿。加工Inconel 718所遭遇的主要問題是刀片切削刃的溫度非常高奏尽。這是由于材料中所含的50-55%高鎳和17-21%高鉻，在加工中作為磨料磨損刀片脸嗜，導(dǎo)致刀片因高磨損率菠珍、崩刃、溝槽磨損及破損而失效。即便是在低切削速度下阴香，這些因素也會使得刀具壽命降低离秸，切削刃產(chǎn)生嚴(yán)重的塑性變形。

Inconel 718加工的另一復(fù)雜影響因素是其性能具有發(fā)生改變的趨勢恳蹲，這源于加工過程中因冶金敏感性導(dǎo)致殘余應(yīng)力以及自硬性效應(yīng)虐块。伊斯卡以高效加工這一特定材料為目標(biāo)，成功研制出IC806牌號嘉蕾。該牌號在超細(xì)晶梁氐欤基體上進(jìn)行TiAlN（PVD）涂層并進(jìn)行束魔涂層后處理（SUMO TEC），具有更加出色的耐磨性错忱，顯著提高了刀具壽命儡率，并且更可靠。

結(jié)語

硬質(zhì)合金刀片生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步來自于多個領(lǐng)域的發(fā)展航背。更前沿的壓制技術(shù)、燒結(jié)技術(shù)棱貌、涂層技術(shù)及涂層后處理技術(shù)玖媚，更多樣的表面處理方式，能對刀片切削刃進(jìn)行更優(yōu)化的處理共同使得生產(chǎn)制造的可轉(zhuǎn)位刀片能為現(xiàn)代化金屬加工業(yè)提供更適合的滿足其高效加工需求的解決方案婚脱。

（伊斯卡）

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