硬質合金刀具為什么能實現更高的金屬去除率?

采用硬質合金刀具可收獲諸多優點。相比于高速鋼刀具，在絕大多數案例中，使用硬質合金刀具加工工件不僅可收獲更佳的被加工表面質量，還可獲得更高的加工速度;硬質合金刀具能承受更高的切削熱，這也是其能實現更高金屬去除率的主要原因。

1.硬質合金刀片的生產

可轉位刀片的生產技術基于粉末冶金技術，生產流程:硬質合金混合料制備、壓制、燒結、后處理及涂層。盡管數十年來以上基本工序保持不變，但隨著科學技術的進步，卻對刀片的生產制造產生了顯著影響。

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設備走進硬質合金制造企業，硬質合金生產過程的技術控制越來越穩定、可控及可靠。其結果就是所生產刀片的機械加工性能變得越來越一致，加工結果具有可預見性且不因刀片批號不同導致加工結果不同，新技術還使得燒結刀片的尺寸公差帶更窄、精度更高，硬質合金刀片性能得到極大提升。

現如今，一臺典型的刀片壓機往往是由計算機控制的、高度集結了工程學的設備。某些壓機的設計還可進行多軸向壓制。來自壓制技術的非凡進步使得生產具有復雜形狀的刀片成為可能，比如刀尖高度差異非常大的刀片。先進的壓制技術確保能收獲更優化的刀片形狀，不僅能保證刀片表面的光滑與刀片生產過程的穩定，還提高了刀片表面的精度等級。此外，現代計算機輔助設計與制造技術(CAD/CAM)的應用也為刀片的生產制造帶來了益處，使得提高刀片設計水平、獲得更佳的壓制模具部件形狀及精度成為可能。具有以最終燒結產品為導向來模擬壓制生產過程的能力，在設計的初始階段，就能從設計的角度對壓制燒結結果予以修正，以促使成功研制出新刀片。

對刀片燒結先進技術的掌控也有助于在生產過程中提高刀片的品質。在燒結過程進行工藝控制以獲取非均勻結構的梯度硬質合金基體，確保合金表面帶有薄層的富鈷層。帶有梯度層的硬質合金基體能阻斷表面裂紋的發展， 保障了硬質合金基體具有更佳的抗脆裂性及抗破損性。當今，梯度硬質合金基體往往應用于進行車削加工的刀具中。

2. 涂層技術的發展

涂層硬質合金的引入及該領域的持續發展，顯著提高了刀具的切削速度。涂層技術主要沿兩個基本方向持續發展:化學氣相沉積涂層(CVD)和物理氣相沉積涂層(PVD)。CVD涂層的重大發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、耐磨性及化學穩定性，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PVD涂層方式，圖2所示的涂層由最大值為50nm的涂層復合而成，已被證明大大提高了涂層的結合強度。

現代技術的發展使得操作人員能對刀片涂覆CVD和PVD兩種涂層，復合涂層方式對涂層性能的控制更佳。例如，伊斯卡硬質合金牌號DT7150就是在韌性的基體上進行中溫化學涂層(MTCVD)及TiAlN (PVD)涂層。最初研發此涂層的目的是提高具有特殊用途硬鑄鐵的生產率。

刀片技術的另一主要先進生產制造方式就是涂層后處理技術。例如，伊斯卡推出的束魔技術(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提高了硬質合金牌號的強度及耐磨性，使得生產率更高。對于CVD涂層而言，因硬質合金基體與涂層熱膨脹系數的不同會導致內應力的產生。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，還能大幅提高生產率。

鉻鎳鐵合金(Inconel 718)歸屬于鎳基超級合金，廣泛應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領域得到了普遍的應用，如制作為飛機發動機熱端部件，也被制作為各種石油工業領域部件。

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構。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，切削刃產生嚴重的塑性變形。

Inconel 718加工的另一復雜影響因素是其性能具有發生改變的趨勢，這源于加工過程中因冶金敏感性導致殘余應力以及自硬性效應。

3. 結語

硬質合金刀片生產技術的不斷進步，更多樣的表面處理方式共同使得生產制造的可轉位刀片能為現代化金屬加工業提供更適合的滿足其高效加工需求的解決方案。

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