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硬質(zhì)合金是使用泛的一類高速加工（HSM）刀具材料‚此類材料是通過粉末冶金工藝生產(chǎn)的‚由硬質(zhì)碳化物（通常為碳化鎢WC）顆粒和質(zhì)地較軟的金屬結(jié)合劑組成。目前‚有數(shù)百種不同成分的WC基硬質(zhì)合金‚它們中大部分都采用鈷（Co）作為結(jié)合劑‚鎳（Ni）和鉻（Cr）也是常用的結(jié)合劑元素‚另外還可以添加其他一些合金元素。為什么有如此之多的硬質(zhì)合號？刀具制造商如何為某種特定的切削加工選擇正確的刀具材料？為了回答這些問題‚首先讓我們了解一下使硬質(zhì)合金成為一種理想刀具材料的各種特性。

硬度與韌性

WC-Co硬質(zhì)合金在兼具硬度和韌性方面具有獨(dú)到優(yōu)勢。碳化鎢（WC）本身具有很高的硬度（超過剛玉或氧化鋁）‚而且在工作溫度升高時(shí)其硬度也很少下降。但是‚它缺乏足夠的韌性‚而這對于切削刀具是的性能。為了利用碳化鎢的高硬度‚并改善其韌性‚人們利用金屬結(jié)合劑將碳化鎢結(jié)合在一起‚從而使這種材料既具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過高速鋼的硬度‚同時(shí)又能夠承受在大多數(shù)切削加工中的切削力。此外‚它還能承受高速加工所產(chǎn)生的切削高溫。

如今‚幾乎所有的WC-Co刀具和刀片都采用了涂層‚因此‚基體材料的作用似乎顯得不太重要了。但實(shí)際上‚正是WC-Co材料的高彈性系數(shù)（衡量剛度的指標(biāo)‚WC-Co的室溫彈性系數(shù)約為高速鋼的三倍）為涂層提供了不變形的基底。WC-Co基體還能提供所需要的韌性。這些性能都是WC-Co材料的基本特性‚但也可以在生產(chǎn)硬質(zhì)合金粉體時(shí)‚通過調(diào)整材料成分和微觀結(jié)構(gòu)而定制材料性能。因此‚刀具性能與特定加工的適配性在很大程度上取決于最初的制粉工藝。

工件制造

硬質(zhì)合金工件可采用多種工藝方法成型。根據(jù)工件的尺寸、形狀復(fù)雜水平和生產(chǎn)批量‚大部分切削刀片都是采用頂壓和底壓式剛性模具模壓成型。在每一次壓制時(shí)‚為了保持工件重量和尺寸的一致性‚必須保證流入模腔的粉料量（質(zhì)量和體積）都相同。粉料的流動(dòng)性主要通過團(tuán)塊的尺寸分布和有機(jī)結(jié)合劑的特性來控制。通過在裝入模腔的粉料上施加10－80ksi（千磅/平方英尺）的成型壓力‚就可以形成模壓工件（或稱“坯件”）。

即便在的成型壓力下‚堅(jiān)硬的碳化鎢顆粒也不會(huì)變形或破碎‚而有機(jī)結(jié)合劑卻被壓入碳化鎢顆粒之間的縫隙之中‚從而起到固定顆粒位置的作用。壓力越高‚碳化鎢顆粒的結(jié)合就越緊密‚工件的壓制密度就越大。牌號硬質(zhì)合金粉料的模壓特性可能各不相同‚取決于金屬結(jié)合劑的含量、碳化鎢顆粒的尺寸和形狀、形成團(tuán)塊的程度‚以及有機(jī)結(jié)合劑的成分和添加量。為了提供有關(guān)牌號硬質(zhì)合金粉料壓制特性的量化信息‚通常由粉料生產(chǎn)商來設(shè)計(jì)構(gòu)建模壓密度與成型壓力的對應(yīng)關(guān)系。這種信息可確保提供的粉料與刀具制造商的模壓工藝協(xié)調(diào)一致。

大尺寸硬質(zhì)合金工件或具有高長寬比的硬質(zhì)合金工件（如立銑刀和鉆頭的刀桿）通常采用在一個(gè)柔性料袋中均衡壓制牌號硬質(zhì)合金粉料來制造。雖然均衡壓制法的生產(chǎn)周期比模壓法要長一些‚但刀具的制造成本較低‚因此該方法更適合小批量生產(chǎn)。

這種工藝方法是將粉料裝入料袋中‚并將袋口密封‚然后將裝滿粉料的料袋置于一個(gè)腔室中‚通過液壓裝置施加30－60ksi的壓力進(jìn)行壓制。壓制成的工件通常要在燒結(jié)之前加工成特定的幾何形狀。料袋的尺寸被加大‚以適應(yīng)壓緊過程中的工件收縮‚并為磨削加工提供足夠的余量。由于工件在壓制成型后要進(jìn)行加工‚因此對裝料一致性的要求不像模壓法那樣嚴(yán)格‚但是‚仍然希望能保證每一次裝入料袋的粉料量相同。如果粉料的裝料密度過小‚就可能導(dǎo)致裝入料袋的粉料不足‚從而造成工件尺寸偏小而不得不報(bào)廢。如果粉料的裝料密度過大‚裝入料袋的粉料過多‚工件在壓制成型后就需要加工去除更多的粉料。盡管去除的多余粉料和報(bào)廢的工件都可以回收再用‚但這樣做畢竟會(huì)降低生產(chǎn)效率。

硬質(zhì)合金工件還可以利用擠出?；蜃⑸淠＿M(jìn)行成型加工。擠出成型工藝更適合軸對稱形狀工件的大批量生產(chǎn)‚而注射成型工藝通常用于復(fù)雜形狀工件的大批量生產(chǎn)。在這兩種成型工藝中‚牌號硬質(zhì)合金粉末懸浮在有機(jī)結(jié)合劑中‚結(jié)合劑賦予硬質(zhì)合金混合料像牙膏那樣的均勻一致性。然后‚混合料或者通過一個(gè)孔被擠出成型‚或者被注入一個(gè)模腔中成型。牌號硬質(zhì)合金粉料的特性決定了混合料中粉末與結(jié)合劑的比例‚并對混合料通過擠出孔或注入模腔的流動(dòng)性具有重要影響。

當(dāng)工件通過模壓法、均衡壓制法、擠出?；蜃⑸淠３尚头ǔ尚秃?#8218;在最終燒結(jié)階段之前‚需要從工件中去除有機(jī)結(jié)合劑。燒結(jié)可以去除工件中的孔隙‚使其變得（或基本上）密實(shí)。在燒結(jié)時(shí)‚壓制成型的工件中的金屬結(jié)合劑變成液體‚但在毛細(xì)作用力和顆粒聯(lián)系的共同作用下‚工件仍然能夠保持其形狀。

在燒結(jié)后‚工件的幾何形狀保持不變‚但尺寸會(huì)縮小。為了在燒結(jié)后得到所要求的工件尺寸‚在設(shè)計(jì)刀具時(shí)就需要考慮其收縮率。在設(shè)計(jì)用于制造每種刀具的牌號硬質(zhì)合金粉料時(shí)‚都必須保證其在適當(dāng)壓力下壓緊時(shí)具有正確的收縮率。

幾乎在所有情況下‚都需要對燒結(jié)后的工件進(jìn)行燒結(jié)后處理。對切削刀具最基本的處理方式是刃磨切削刃。許多刀具在燒結(jié)后還需要對其幾何形狀和尺寸進(jìn)行磨削加工。有些刀具需要磨削頂部和底部；另一些刀具則需要進(jìn)行外周磨削（需要或無需刃磨切削刃）。磨削產(chǎn)生的所有硬質(zhì)合金磨屑都可以回收再利用。