宿迁硬质合金刀具材料产品介绍

机械加工进程中，孔的加工一向都是整个加工工程中的要点和难点，通常会用到钻头、钻夹头、铰刀，珩磨棒等加工刀具，起浮夹具一般业界说的比较少，但常常听工人师傅说起浮夹头，那么什么是起浮夹具呢？

起浮夹具（Floating holder)是指东西可以沿平行于东西轴线的轴向起浮或沿笔直空间内角度摇摆或一起具有这2种起浮。

为什么要运用起浮夹具？

在机械零部件制造进程中经常有很多的高精度、高外表质量的孔加工需求，而孔加工一向都是机械加工中的难点和要点，钻孔，铰孔后运用高精密珩磨加工无疑是一种***重要和***常见的加工办法。

在单冲程珩磨工艺中，对精度保持高水准加工的一起，还要在单次往复中完成包括外表粗糙度，圆柱度等一系列精度的加工，其本身对主轴和工件的直线度要求也较为高。如果是采用珩磨专用机，由于专用机特殊的起浮主轴和追随马达的装配，所以一般情况下运用高品质的万向节即可实现***率单冲程珩磨。

加工中心的功能提升

虽然国产机床的制造商们在不断努力进步产品质量和精度以满意各种精度的需求，但机床的主轴和待珩磨的孔之间的直线性仍是很难到达，由于这涉及到厂商几十年的研发水准，以及机床中任何一个零件的上下游供应链水准问题。我们不行能要求一台国产十几万的机床或加工中心，到达它们三倍售价的进口机床相同水准；所以要使内孔到达很高的圆心度、圆柱度仍然是个非常扎手的问题。

另外，导致主轴与工件直线性差的另一个重要的也是***难处理的原因是机床轴承的发热导致主轴的同心度误差，这几乎是个不行消除的要素。要获得孔和机床主轴的高精度的同心度，就要使珩磨棒很***的伸进孔中而且保证不受任何径向力，起浮夹具正是为此类情况规划的，一起起浮夹具还补偿工件装置、珩磨棒等在水平轴向或在笔直空间内的差错。所以无论是国产机床仍是进口高精密数控机床，起浮夹具对孔的直线度和圆柱度的进步都是决定性的。

起浮夹具的特点

? 径向振幅按捺在5μm以下；

? 出资少却能进行比曾经更高精度的加工；

? 东西替换时刻减少，进步出产效率；

? 消除因切削抵抗发生的误差；

? 按捺品质不稳定，减少不良品和修正工件；

? 纠正前工序的孔加工误差。起浮夹具的使用

起浮夹具使用加工机械：钻床、立式加工中心、珩磨机等。

使用东西：金刚石珩磨棒、铰刀、丝锥、滚光刀等。

使用领域包括：轿车发动机、船只发动机以及液压、衣疗、动力、航空等各个领域的机械零部件制造中。

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。

降低本钱！数控刀具的重磨与再涂层技能

硬质合金和高速刚刀具的重磨和再涂层是现在常见的工艺。虽然刀具重磨或再涂层的价格仅为新刀具制作本钱的一小部分，但却能延伸刀具寿数。重磨工艺是特别刀具或价格昂贵刀具的典型处理办法。可进行重磨或再涂层的刀具包括钻头、铣刀、滚刀以及成形刀具等。

刀具的重磨

在钻头或铣刀的重磨过程中，需要磨削切削刃以除掉原涂层，因而所用砂轮有必要具有足够的 硬度。重磨对切削刃的预处理是十分要害的，不仅要保证刀具重磨后原始切削刃的几何形状 能被完全准确地保留，并且要求重磨对PVD涂层刀具有必要是“安全”的。因而，有必要防止不合理的磨削工艺（例如：高温导致刀具表层受损的粗磨或干磨）。

涂层之前，可用化学办法去除原有的悉数涂层。化学去除法常用于复杂刀具（如滚刀、拉刀），或屡次复涂的刀具以及因涂层厚度而发生问题的刀具。化学去除涂层的办法通常仅限于高速刚刀具，由于该办法会危害硬质合金基体：选用化学去除涂层法将从硬质合金 基体上滤除钴，导致基体外表疏松、发生气孔以至难以进行再涂层。

“化学去除法手选用于高速钢硬涂层的腐蚀去除”巴尔查斯涂层公司的技能主管Dennis Quinto先生指出。“由于硬质合金基体中含有与涂层中类似的化学成分，因而化学去除溶剂更简单危害硬质合金基体而不是高速钢基体”。

“刀具在涂层去除溶液中逗留的时间是至关重要的”金星涂层公司的副总裁Bill

Langendor fer先生指出。“把刀具留在溶液中的时间越长，对刀具的腐蚀就越严重。虽然对高速钢而言，腐蚀率要低得多，但当刀具上的原涂层被去除后仍应立即将刀具取出并进行清洗”。

此外，还有一些适用于去除PVD涂层的具有专利的化学办法。在这些化学办法中涂层去除溶液与硬质合金基体仅有微小的化学反应，但现在这些办法没有广泛运用。别的，还有其它清洗涂

层的办法，如激光加工、研磨喷砂等。化学去除法是***常用的办法，由于它能够提供良好的 外表涂层去除一致性。

现在典型的再涂层工艺是通过重磨工艺去除刀具原有涂层。

再涂层的经济性

***常见的刀具涂层有TiN、TiC和TiAlN。其它超硬氮/碳化物的涂层也有运用，但不太遍及。PVD金刚石涂层刀具也能够进行重磨和再涂层。在再涂层过程中，刀具应被“维护”以防止临界外表的损伤。

常常有这种状况：用户购买了未涂层的刀具后，在刀具需要重磨时再进行涂层，或在新刀具或重磨后的刀具上进行不同的涂层。

Bill Langendorfer先生说：“在许多状况下，我们去除刀具上的TiN涂层，从头涂上TiAlN 涂层。由于用户期望进步刀具的生产功率，而TiAlN涂层东西比TiN涂层东西切削速度更高、也更耐高温。用户常常期望能够从刀具制作商那里取得功能更好的新的涂层刀具，因而‘刀具制作商可能不得不从头开发一种带有TiAlN涂层的新刀具’。但与从头开发这种新刀具相比，从旧刀具上去除TiN涂层并涂上TiAlN涂层所花的时间要短得多。”

再涂层的约束像一把刀具能够屡次重磨一样，刀具的切削刃也能够进行屡次涂层。而“在已经重磨过的刀具外表取得粘着功能良好的涂层是进步刀具功能的要害。”IonBond LLC公司国内出售总监Rob Bokram先生指出。

除切削刃以外，在刀具每次修磨时，刀具外表的其余部分或许并不需要去除涂层或再涂层，这取决于刀具的类型以及加工中所运用的切削参数。滚刀和拉刀是进行再涂层时需去除一切原涂层的刀具，否则刀具功能将会降低。在应力导致的粘附问题变得杰出之前，刀具可进行少数几次再涂层而不需除掉旧涂层 。虽然PVD涂层具有有利于金属切削的剩余压应力，但这种压力会随涂层厚度的增加而增大，并且在超越某个固定的限值后涂层将开端出现分层现象。在未去除旧涂层而进行再涂层时，刀具的外径上就增加了一个厚度。关于钻头而言，就意味着所钻的孔径在变大。因而有必要考虑涂层附加的厚度对刀具外径的影响，同时还要考虑这二者对被加工孔径尺度公役的影响。

一个钻头可在不去除旧涂层的状况下再涂层5～10次 ，但在此之后将面对严重的差错问题。Spec东西公司副总裁Dennis Klein则认为：在±1μm 的差错范围内，涂层厚度不会成为问题；但当差错在0.5～0.1μm范围内时，有必要考虑涂层厚度带来的影响。只需涂层厚度不成为问题，那么再涂层、重磨的刀具完全可能比原来的功能更好。