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，在絕大多數(shù)案例中，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；硬質(zhì)合金刀具能承受更高的切削熱，這也是其能實現(xiàn)更高金屬去除率的主要原因。
1.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)，生產(chǎn)流程：硬質(zhì)合金混合料制備、壓制、燒結(jié)、后處理及涂層。盡管數(shù)十年來以上基本工序保持不變，但隨著科學(xué)技術(shù)的進步，卻對刀片的生產(chǎn)制造產(chǎn)生了顯著影響。
隨著越來越多具有前沿的自動化及計算機控制的先進工業(yè)設(shè)備走進硬質(zhì)合金制造企業(yè)，硬質(zhì)合金生產(chǎn)過程的技術(shù)控制越來越穩(wěn)定、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，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，新技術(shù)還使得燒結(jié)刀片的尺寸公差帶更窄、精度更高，硬質(zhì)合金刀片性能得到極大提升。
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。某些壓機的設(shè)計還可進行多軸向壓制。來自壓制技術(shù)的非凡進步使得生產(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（見圖1）。先進的壓制技術(shù)確保能收獲更優(yōu)化的刀片形狀，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。此外，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、獲得更佳的壓制模具部件形狀及精度成為可能。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，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。
對刀片燒結(jié)先進技術(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，確保合金表面帶有薄層的富鈷層。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。當今，梯度硬質(zhì)合金基體往往應(yīng)用于進行車削加工的刀具中。
2. 涂層技術(shù)的發(fā)展
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。從加工實例來看，30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100m/mi n；現(xiàn)在，采用伊斯卡涂層硬質(zhì)合金牌號IC5005的切削速度達600m/min。在另一案例中， 相同時期， 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80m/m i n；現(xiàn)在采用涂層牌號IC5500的切削速度達300m/min。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。
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）和物理氣相沉積涂層（PVD）。CVD涂層的重大發(fā)展來自于對氧化鋁陶瓷涂層的引入。氧化鋁陶瓷涂層在高溫下具有出色的隔熱性能、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。
PVD涂層因此能提供全新等級的耐磨性更高的納米涂層。相比于常規(guī)PVD涂層方式，圖2所示的涂層由最大值為50nm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。
現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展使得操作人員能對刀片涂覆CVD和PVD兩種涂層，復(fù)合涂層方式對涂層性能的控制更佳。例如，伊斯卡硬質(zhì)合金牌號DT7150就是在韌性的基體上進行中溫化學(xué)涂層（MTCVD）及TiAlN （PVD）涂層。最初研發(fā)此涂層的目的是提高具有特殊用途硬鑄鐵的生產(chǎn)率。
刀片技術(shù)的另一主要先進生產(chǎn)制造方式就是涂層后處理技術(shù)。例如，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行后序處理的方法。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。對于CVD涂層而言，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。以上因素給涂層帶來了負面影響并因此縮短了刀片壽命。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，還能大幅提高生產(chǎn)率（見圖3、圖4）。
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。該牌號采用了多涂層及涂層后處理技術(shù)，能顯著提高航空工業(yè)領(lǐng)域材料的車削加工效率（見圖5）。
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，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，為高溫合金，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，廣泛應(yīng)用于對零部件材料有耐高溫、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，如制作為飛機發(fā)動機熱端部件，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)。加工Inconel 718所遭遇的主要問題是刀片切削刃的溫度非常高。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，導(dǎo)致刀片因高磨損率、崩刃、溝槽磨損及破損而失效。即便是在低切削速度下，這些因素也會使得刀具壽命降低，切削刃產(chǎn)生嚴重的塑性變形。
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，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)。伊斯卡以高效加工這一特定材料為目標， 成功研制出IC806牌號。該牌號在超細晶?；w上進行TiAlN（PVD）涂層并進行束魔涂層后處理（SUMOTEC），具有更加出色的耐磨性，顯著提高了刀具壽命，并且更可靠。
3. 結(jié)語
硬質(zhì)合金刀片生產(chǎn)技術(shù)的不斷進步，更多樣的表面處理方式共同使得生產(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。
作者：伊斯卡刀具
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