硬质合金刀具材料的选择对刀具寿命、加工效率、加工质量和加工成本等的影响很大。刀具切削时要承受高压、高温、摩擦、冲击和振动等作用。因此,刀具材料应具备如下一些基本性能:
(1) 硬度和耐磨性。刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度,一般要求在60HRC以上。刀具材料的硬度越高,耐磨性就越好。
(2) 强度和韧性。刀具材料应具备较高的强度和韧性,以便承受切削力、冲击和振动,防止刀具脆性断裂和崩刃。(3) 耐热性。刀具材料的耐热性要好,能承受高的切削温度。(4) 工艺性能和经济性。刀具材料应具备好的锻造性能、热处理性能、焊接性能;磨削加工性能等,而且要追求高的性能价格比。
硬质合金刀片在实验室中完成质检后,刀片的顶部和底部都将被磨削成要求的厚度。因为硬质合金非常坚硬,所以需要使用工业金刚石对其进行磨削。当刀片达到要求的厚度后,对其进行进一步磨削加工以获得准确的几何形状和尺寸。在基默工厂,工作人员采用6轴磨板来满足极为严格的公差要求。磨削完成后,刀片会被清洁并涂层。为避免任何油脂或灰尘,在这一阶段处理刀片时必须佩带手套。刀片被置于转盘的夹具上,然后送入压力较低的涂层炉。涂层后刀片呈现不同的颜色。
至此刀片已被生产出来,工作人员会使用显微镜对每批产品进行抽检,确保质量符合要求。在包装前,工作人员会再次逐个检查刀片,并核对图纸和批次号,然后用激光在刀片上标记正确的材质,将刀片放入贴有标签的灰色包装盒中,即可把刀片配送给客户。
根据涂层方法不同,涂层刀具可分为化学气相沉积(CVD)涂层刀具和物理气相沉积(PVD)涂层刀具。涂层硬质合金刀具一般采用化学气相沉积法,沉积温度在1000℃左右。涂层高速刀具一般采用物理气相沉积法,沉积温度在500℃左右;
根据涂层刀具基体材料的不同,涂层刀具可分为硬质合金涂层刀具、高速钢涂层刀具、以及在陶瓷和超硬材料(金刚石和立方氮化硼)上的涂层刀具等。
根据涂层材料的性质,涂层刀具又可分为两大类,即“硬”涂层刀具和 ‘软”涂层刀具。“硬”涂层刀具追求的主要目标是高的硬度和耐磨性,其主要优点是硬度高、耐磨性能好,典型的是TiC和TiN涂层。“软”涂层刀具追求的目标是低摩擦系数,也称为自润滑刀具,它与工件材料的摩擦系数很低,只有0.1左右,可减小粘接,减轻摩擦,降低切削力和切削温度。
近开发了纳米涂层 (Nanoeoating)刀具。这种涂层刀具可采用多种涂层材料的不同组合 (如金属/金属、金属/陶瓷、陶瓷/陶瓷等),以满足不同的功能和性能要求。设计合理的纳米涂层可使刀具材料具有优异的减摩抗磨功能和自润滑性能,适合于高速干切削。
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