南京硬质合金刀具规格承诺守信

俗话说“工欲善其事必先利其器”，这个道理从古至今都被很好地延续并传扬着，然而在机床行业，刀具似乎并不是越“快”越好，很多在初接触到机床刀具的时候，都有着一个疑问“为何好好的刀具要进行钝化处理呢？”今天就让我们一起来了解一下关于“刀具钝化”的那些事儿。

其实，刀具钝化并不是大家字面理解的意思，而是一种有效提高刀具使用寿命的手段。通过平整、抛光、去毛刺等工序达到提高刀具质量的目的。这其实是刀具在精磨之后，涂层之前的一道正常工序。一般来说，刀具钝化抛光的方式分为毛刷、喷砂、拖拽式抛光机，这其中又属毛刷与拖拽式的应用为广泛。

从事金属切削行业的人都知道，刀具在成品前会经过砂轮刃磨，但是刃磨加工会造成不同程度的微观缺口。这就导致数控机床在进行高速切削的同时微观缺口会极易扩展，从而加快刀具的磨损和损坏。现代的切削技术中对刀具的稳定性和精密性都有了严格要求，因此数控刀具在涂层前必须经过刀口的钝化处理，才能保证涂层的牢固性和使用寿命。

刀具钝化的优势与目的

1.抵抗刀具物理磨损

在切削过程中刀具表面会被工件逐渐耗损，切削过程中切削刃在高温高压下也易发生塑性变形。刀具的钝化处理可以帮助刀具提高刚性，避免刀具过早丧失切削性能。

2.保持工件的光洁度

刀具刃口有毛刺会导致刀具磨损，加工工件的表面也会变得粗糙。经钝化处理后，刀具的刃口会变得很光滑，崩刃现象也会相应减少，工件表面光洁度也会提高。

3.方便凹槽排屑

对刀具凹槽抛光处理可以提高表面质量和排屑性能，凹槽表面越平整光滑，排屑就越好，就可实现更连贯的的切削加工。

数控机床的刀具在经过钝化抛光后，表面会留下许多小孔，在加工时这些小孔可以吸附更多的切削液，使得切削时产生的热量大大减少，极大得提高切削加工的速度。

综上所述，刀片刃口钝化十分重要，正如我国古人所说“千里之堤，溃于蚁穴”，刀片刃口微观缺口这个“蚁穴”虽小，却影响刀具性能和寿命这个“千里之提”，是不可小视的大问题。刀片刃口钝化技术是提高刀具寿命减少刀具消耗的有效措施之一。无论在经济和技术两个方面都是可行的、有效的，进一步推动我国切削加工水平的提高，缩小与国外刀具切削性能的差距。

机械加工开展的总趋势是高功率、、高柔性和强化环境意识。在机械加工范畴，切（磨）削加工是运用广泛的加工办法。

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高速切削是切削加工的开展方向，已成为切削加工的干流。它是***制造技能的重要共性关键技能，推广运用高速切削技能将大幅度前进出产功率和加工质量并降低成本。

高速切削技能的开展和运用决定于机床和刀具技能的前进，其间刀具资料的前进起决定性的效果。研讨表明，高速切削时，跟着切削速度的前进，切削力减小，切削温度上升很高，达到必定值后上升逐步趋缓。

造成刀具损坏主要的原因是切削力和切削温度效果下的机械摩擦、粘结、化学磨损、崩刃、破碎以及塑性变形等磨损和破损，因而高速切削刀具资料主要的要求是高温时的力学功能、热物理功能、抗粘结功能、化学稳定性（氧化性、分散性、溶解度等）和抗热震功能以及抗涂层决裂功能等。

根据这一要求，近20多年来，开展了一批适于高速切削的刀具资料，可在不同切削条件下，切削加工各种工件资料。虽然咱们总是期望得到既有高的硬度以确保刀具的耐磨性，又有高的耐性来防止刀具的碎裂，但现在的技能开展还没有找到如此优越功能的刀具资料，鱼于熊掌无法兼得。

因而，咱们会在实践中按照需求选用更合适的刀具材科，粗加工时优先考虑刀具资料的耐性，精加工时优先考虑刀具资料的硬度。当然人们还期待着以超高切削速度进行加工而取得更好的效果。下面仅就常见的工件资料及刀具的相关情况做如下简单介绍。

铝合金

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1.1 易切削铝合金

该资料在航空航天工业运用较多，适用的刀具有K10、K20、PCD，切削速度在2000～4000m/min，进给量在3～12m/min，刀具前角为12°～18°，后角为10°～18°，刃倾角可达25°。

1.2 铸铝合金

铸铝合金根据其Si含量的不同，选用的刀具也不同。

对Si含量小于12%的铸铝合金可选用K10、Si3N4刀具，当Si含量大于12%时，可选用PKD（人造金刚石）、PCD（聚晶金刚石）及CVD金刚石涂层刀具。

关于Si含量达16%～18%的过硅吕合金，蕞好选用PCD或CVD金刚石涂层刀具，其切削速度可在1100m/min，进给量为0.125mm/r。

铸 铁

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对铸件，切削速度大于350m/min时，称为高速加工，切削速度对刀具的选用有较大影响。当切削速度低于750m/min时，可选用涂层硬质合金、金属陶瓷；切削速度在510～2000m/min时，可选用Si3N4淘瓷刀具；切削速度在2000～4500m/min时，可运用CBN刀具。铸件的金相***对高速切削刀具的选用有必定影响，加工以珠光体为主的铸件在切削速度大于500m/min时，可运用CBN或Si3N4，当以铁素体为主时，由于分散磨损的原因，使刀具磨损严峻，不宜运用CBN，而应选用淘瓷刀具。

如粘结相为金属Co，晶粒尺度平均为3?m，CBN含量大于90%～95%的BZN6000在V=700m/min时，宜加工高铁素体含量的灰铸铁。粘结相为陶瓷（AlN AlB2）、晶粒尺度平均为10?m、CBN含量为90%～95%的Amborite刀片，在加工高珠光体含量的灰铸铁时，在切削速度小于1100m/min时，随切削速度的增加，刀具寿数也增加。

一般钢

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切削速度对钢的表面质量有较大的影响，据研讨，其蕞佳切削速度为500～800m/min。现在，涂层硬质合金、金属陶瓷、非金属陶瓷、CBN刀具均可作为高速切削钢件的刀具资料。其间涂层硬质合金可用切削液。用PVD涂层办法出产的TiN涂层刀具其耐磨功能比用CVD涂层法出产的涂层刀具要好，因为前者可很好地坚持刃口形状，使加工零件取得较高的精度和表面质量。

金属淘瓷刀具现在占市场份额较大，以TiC-Ni-Mo为基体的金属陶瓷化学稳定性好，但抗弯强度及导热性差，适于切削速度在400～800m/min的小进给量、小切深的精加工：用TiCN作为基体、结合剂中少钼多钨的金属陶瓷将强度和耐磨两者结合起来，用TiN来增加金属陶瓷的耐性，其加工钢或铸铁的切深可达2～3mm。

高硬度钢

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高硬度钢（HR***0～70）的高速切削刀具可用金属陶瓷、陶瓷、TiC涂层硬质合金、PCBN等。金属陶瓷可用基本成分为TiC增加TiN的金属陶瓷，其硬度和断裂耐性与硬质合金大致相当，而导热系数不到硬质合金的1/1O，并具有优异的耐氧化性、抗粘结性和耐磨性。

别的其高温下机械功能好，与钢的亲和力小，适合于中高速（在200m/min左右）的模具钢SKD加工。金属陶瓷尤其适合于切槽加工。选用淘瓷刀具可切削硬度达63HRC的工件资料，如进行工件淬火后再切削，实现“以切代磨”。切削淬火硬度达48～58HRC的45钢时，切削速度可取150～18Om/min，进给量在O.3～0.4min/r，切深可取2～4mm。粒度在1?m，TiC含量在20%～30%的Al203-TiC淘瓷刀具，在切削速度为100m/min左右时，可用于加工具有较高抗剥落功能的高硬度钢。当切削速度高于1000m/min时，PCBN是蕞佳刀具资料，CBN含量大于90%的PCBN刀具适合加工淬硬工具钢（如55HRC的H13工具钢）。

高温镍基合金

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Inconel 718镍基合金是典型的难加工资料，具有较高的高温强度、动态剪切强度，热分散系数较小，切削时易产生加工硬化，这将导致刀具切削区温度高、磨损速度加快。高速切削该合金时，主要运用陶瓷和CBN刀具。碳化硅晶须增强氧化铝陶瓷在100～300m/min时可取得较长的刀具寿数，切削速度高于500m/min时，增加TiC氧化铝淘瓷刀具磨损较小，而在100～300m/min时其缺口磨损较大。氮化硅陶瓷（Si3N4）也可用于Inconel 718合金的加工。一般认为，SiC晶须增强陶瓷加工Inconel 718的蕞佳切削条件为：切削速度700m/min，切深为1～2mm，进给量为O.1～0.18mm/z。氦氧化硅吕（Sialon）陶瓷耐性很高，适合于切削过固溶处理的Inconel718（45HRC）合金，Al203-SiC晶须增强陶瓷适合于加工硬度低的镍基合金。

钛合金

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钛合金强度、冲击耐性大，硬度稍低于Inconel 718，但其加工硬化十分严峻，故在切削加工时出现温度高、刀具磨损严峻的现象。实验得出，用直径10mm的硬质合金K10两刃螺旋铣刀（螺旋角为30°）高速铣削钛合金，可达到满意的刀具寿数，切削速度可高达628m/min，每齿进给量可取O.06～0.12mm/z，连续高速车削钛合金的切削速度不宜超越200m/min。

复合资料

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航天用的***复合资料，以往用硬质合金和PCD，硬质合金的切削速度受到限制，而在900℃以上高温下PCD刀片与硬质合金或高速刚刀体焊接处熔化，用淘瓷刀具则可实现300m/min左右的高速切削。

高速切削技能已成为切削加工的干流，加快其推广运用，将会发明巨大经济效益。高速切削刀具资料对开展和运用高速切削技能具有决定性效果。超硬刀具资料（PCD与CBN）、淘瓷刀具、TiC（N）基硬质合金刀具（金属陶瓷）和涂层刀具等四大类高速切削刀具资料各有其特性和运用范围，它们相互配合，彼此竞争，推进高速切削技能的开展和运用。

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，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，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质量的影响，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质量的比重。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。通过激光共聚焦显微镜(L***，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，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。其切削刃形貌得到改善，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，改善了刃口质量。

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。微喷砂处理可有效改善硬质合金刀具YT15的刃口质量，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。