切削刀片基礎知識

 一個一般的機加工車間每年可能要消耗數千枚切削刀片。一位操作工人可能每天都要使用許多切削刀片，但卻從來沒有細想過在這些刀片背后蘊藏的復雜科學知識。了解一些有關切削刀片的制造工藝技術，對于刀具的正確使用和性能優化將會大有裨益。

       機床刀具硬質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在的大部分刀片都是由硬質合金制成，其主要成分為碳化鎢（WC）和鈷（Co）。WC是刀片中的硬質顆粒，而Co作為結合劑可使刀片成形。

       改變硬質合金特性Z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顆粒則可以生產出硬度較高、耐磨性較好，但脆性也較大的硬質合金材料。在加工硬度非常高的金屬材料時，采用細晶粒硬質合金刀片可能會獲得Z理想的加工效果。而另一方面，粗晶粒硬質合金刀片在斷續切削或其他對刀片韌性要求較高的加工中性能更為優越。

       控制硬質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。根據具體的加工類型，選擇適當的WC晶粒尺寸和Co含量比，需要相關的科學知識和豐富的加工經驗。

       通過應用梯度材料技術，在一定程度上可以避免在刀片強度與韌性之間進行妥協取舍。這項全球主要刀具制造商均已普遍應用的技術包括，在刀片的外層采用比內層更高的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”的作用，使刀片可以承受一定的沖擊而不會破裂。這就使刀片的刀體可以獲得采用強度更高的硬質合金成分才能實現的各種優異性能。

       一旦確定了原材料的粒度、成分等技術參數，就可以開始切削刀片的實際制造流程。首先將符合配比的鎢粉、碳粉和鈷粉放入一個尺寸與洗衣機差不多大的碾磨機中，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干燥機中，將其中的液體蒸發以后，就獲得了團塊狀的粉料，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，可將粉料像面團一樣臨時粘結在一起。然后在壓模中將材料壓制成刀片的形狀。根據不同的刀片壓制方法，可以采用單軸壓機進行壓制，也可以采用多軸壓機從不同的角度壓制出刀片形狀。

       獲得壓制成形的坯料后，將其置于一個大型燒結爐中，在高溫下進行燒結。在燒結過程中，PEG從坯料混合物中被融化排出，Z后留下硬質合金刀片的半成品。當PEG被融出后，刀片收縮到其Z終尺寸。這一工藝步驟需要進行精確的數學計算，因為根據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微米以內。

       刀片涂層的制備

       此時，產品的形態已經與Z終的成品刀片相差無幾。但是，為了獲得Z佳切削性能，還必須對刀片進行表面涂層。Z常用的刀片涂層工藝是化學氣相沉積（CVD）工藝，即通過高電流將某種金屬靶材離子化，然后通過蒸發冷凝沉積到刀片上?？梢詫⑦@一過程形象地比喻為，當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，就會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，但實際爐溫可能超過480℃。