淺談硬質合金刀具裂紋的產(chǎn)生與預防

時間：2017-12-12作者：株洲通達合金材料有限公司瀏覽：13

淺談硬質合金刀具裂紋的產(chǎn)生與預防
 
  1.硬質合金刀具裂紋的分類 
　　硬質合金是一種常用的生產(chǎn)材料和工具材料，具有一些列優(yōu)良的物理機械性能，硬質合金的硬度、耐磨性和紅硬性都很高，因此，硬質合金刀具在切削加工中得到廣泛應用，硬質合金的刀具是利用釬焊技術將合金刀頭和工具鋼體牢固連接在一起，裂紋是硬質合金刀具使用過程中較常遇到的問題，直接影響到刀具的正常使用。根據(jù)裂紋產(chǎn)生的原因，可分為焊接裂紋和刃磨裂紋；根據(jù)裂紋的鑒別，可分為宏觀裂紋和微觀裂紋。 
　　2.硬質合金刀具焊接裂紋產(chǎn)生的原因分析 
　　焊接裂紋是合金刀具常見的焊接缺陷，其原因主要有以下幾個方面造成： 
　　2.1硬質合金硬度對裂紋形成的影響 
　　通常硬質合金的強度越高，焊接時出現(xiàn)裂紋的可能性就越小，但是，硬質合金的主要特性硬度和耐磨性往往與其強度呈反比，這就決定了當我們要求高硬度高耐磨性的硬質合金時，就會面臨低強度帶來裂紋缺陷的可能性。因此，要求硬度越高的合金刀具，在加工中越要重視裂紋問題。 
　　2.2刀片、刀體及刀槽形狀對裂紋形成的影響 
　　如果焊接面不平整、刀片與刀槽形狀不吻合，都會使焊料分布不均勻，這樣在焊接過程中將產(chǎn)生很大的應力集中，從而出現(xiàn)裂紋或斷裂。如果刀槽是封閉面或半封閉面槽形，會由于焊接面積過大、熱縮性差異而在焊接層處產(chǎn)生較大的應力，形成裂紋或崩裂。因此在滿足焊接強度要求的情況下，盡可能減少焊接面和焊接面積。 
　　2.3加熱過程對裂紋形成的影響 
　　焊接應力是產(chǎn)生焊接裂紋的直接原因，這主要是由于硬著合金刀片與剛體刀桿的差距較大的熱縮性造成的。由于硬質合金（刀片）與鋼（刀桿）的線膨脹系數(shù)相差很大，要比鋼的低1/3～1/2，快速加熱時，刀具內部產(chǎn)生會較大的內應力，促使熱應力過大，在合金內部即表現(xiàn)為拉應力，當拉應力足夠大時，在硬質合金刀片在焊接層處就會出現(xiàn)崩裂現(xiàn)象。硬質合金的導熱性較差也是產(chǎn)生焊接應力的重要原因之一，這就對焊接工藝提出了很高的要求，所以，焊接溫度的控制與焊料的選擇顯得至關重要。 
　　一般來說，將溫度應控制在大于焊料熔點30～50度之間較為理想，因此，焊料要選擇其熔點**鋼（刀桿）熔點40～60度的焊料。加熱時，要先預熱刀桿，要由下向上慢慢預熱，均勻加熱進行焊接，這樣可以減少因膨脹系數(shù)差異帶來的內應力，降低熱應力使刀片刃口崩裂的可能性。 
　　2.4冷卻過程對裂紋形成的影響 
　　由于熱縮性差異，硬質合金刀具焊接后的冷卻過程，也是影響硬質合金產(chǎn)生裂紋的重要原因，焊接之后進行冷卻、冷卻過快、急速冷卻等都會使刀片產(chǎn)生裂紋。另外，焊料脫水不良也會造成裂紋的出現(xiàn)。因此，焊接時要選擇具有良好脫水性的焊料，焊接之后不要急速水冷或空冷，要做保溫處理，可選擇放入干燥的石棉粉、砂子、石灰石等介質中緩慢冷卻，當緩冷至300度時，再將其放置于保溫爐內恒溫6個小時，之后隨爐冷卻。 
　　3.硬質合金刀具刃磨裂紋產(chǎn)生的原因分析 
　　硬質合金的物理性質決定了其產(chǎn)生裂紋的特點，由于其硬度高、脆性大、導熱性差和抗振性不良，所以刃磨時較易產(chǎn)生裂紋，主要類型有熱裂、振裂、崩裂、爆裂，主要表現(xiàn)形式為網(wǎng)狀裂紋。裂紋的缺陷嚴重影響刀具的切削性能，強度約降低一半以上。 
　　3.1刃磨熱裂 
　　由于硬質合金刀片的硬度很高，所以在刃磨過程中很容易使砂輪砂粒鈍化，如果砂輪自厲性效果不好，就會失去應有的切削能力，加大摩擦力，刃磨過程會由于局部高溫形成附加熱應力，產(chǎn)生熱性裂紋。這種裂紋是由于硬質合金的特性與砂輪的選擇使用共同造成的。因此要從消除附加熱應力的因素入手，達到預防刃磨熱裂的目的。 
　　3.2刃磨振裂 
　　在刃磨過程中，刀桿的剛性不好、機床主軸的跳動、刃磨余量過大、夾持不穩(wěn)等因素會造成刃磨過程振動不止的，從而使刀片產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象。因此，要從消除帶來振動的各種因素入手，達到預防刃磨振裂的目的。 
　　3.3刃磨崩裂 
　　刃磨時，砂輪的軸向和徑向跳動過大、砂輪的旋轉方向與刃口的磨削方向不同、前角與后角的刃磨順序不當，都會使刃口產(chǎn)生崩裂，在刀具的刃尖圓弧上，主副切削刃上、前后面上都有可能產(chǎn)生細微的崩刃。因此控制砂輪的跳動與制定合理的工藝鏈，是控制刃磨崩裂的關鍵所在。 
　　4.裂紋的預防 
　　根據(jù)產(chǎn)生裂紋的原因，分別找出預防措施，具體可總結以下幾方面： 
　　4.1裂紋的鑒別方法 
　　裂紋從此形式上可分為宏觀裂紋和微觀裂紋兩大類?？梢韵扔萌庋塾^察鑒別宏觀裂紋，微觀裂紋要用10倍以上放大鏡觀察，也可用煤油清洗法、顏色探傷法及時發(fā)現(xiàn)裂紋。裂紋的鑒別要及時，要準確地將帶有裂紋的刀具挑選出來，避免進入下道工序，影響加工效率。 
　　4.2焊接裂紋的預防 
　　焊接之前，加工出平整、合適、與刀片吻合的焊接面，必要時做噴砂處理，減少應力集中；焊料要選擇高強度的焊料，如L104等；焊接可用脫水硼砂，也可用70%的脫水硼砂與30%硼酸的混合溶劑；焊接時，先預熱刀桿，掌握好加熱順序和溫度；焊接后，硬質合金刀具應低溫回火并隨爐冷卻。 
　　4.3刃磨裂紋的預防 
　　選擇60～80粒度、硬度中等的碳化硅砂輪，并及時修磨砂輪表面，可選擇間斷磨削已達到良好的散熱效果；先用氧化鋁砂輪粗磨，再用碳化硅砂輪細磨，刃磨時，要控制砂輪的跳動，旋轉方向要與人口的磨削方向相反，遵守先前刀面——斷屑槽——副倒棱——刀尖圓弧——修光刃的順序，切忌用力過猛，雙手應采取支撐措施，防止顫動，刀刃要**砂輪中心線1～2mm，盡可能減少與砂輪的接觸面積，禁止刃磨后急速冷卻，機器刃磨時，機床跳動不宜過大，配合足夠的冷卻液。 
　　5.總結 
　　影響硬質合金刀具產(chǎn)生裂紋的因素復雜多樣，要分析出具體原因，從焊接與刃磨的工藝入手，積極預防，提高刃具的性能，達到節(jié)支降耗、提高工作效率的目的。

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