浅谈硬质合金刀具裂纹的产生与预防

浅谈硬质合金刀具裂纹的产生与预防【摘要】文章对硬质合金刀具的应用进行了概述，对硬质合金刀具裂纹的产生进行了分类，按照焊接裂纹和刃磨裂纹两大类进行阐述，详细分析裂纹产生的原因，结合理论知识和生产实践，给出合理、可行的预防措施和方法，对硬质合金刀具的加工有一定的指导意义。【关键词】硬质合金；刀具；裂纹；焊接；刃磨1.硬质合金刀具裂纹的分类硬质合金是一种常用的生产材料和工具材料，具有一些列优良的物理机械性能，硬质合金的硬度、耐磨性和红硬性都很高，因此，硬质合金刀具在切削加工中得到广泛应用，硬质合金的刀具是利用钎焊技术将合金刀头和工具钢体牢固连接在一起，裂纹是硬质合金刀具使用过程中最常遇到的问题，直接影响到刀具的正常使用。根据裂纹产生的原因，可分为焊接裂纹和刃磨裂纹；根据裂纹的鉴别，可分为宏观裂纹和微观裂纹，下面主要从裂纹的出现过程来探讨裂纹产生的原因和预防措施。2.硬质合金刀具焊接裂纹产生的原因分析焊接裂纹是合金刀具常见的焊接缺陷，其原因主要有以下几个方面造成：2.1硬质合金硬度对裂纹形成的影响通常硬质合金的强度越高，焊接时出现裂纹的可能性就越小，但是，硬质合金的主要特性硬度和耐磨性往往与其强度呈反比，这就决定了当我们要求高硬度高耐磨性的硬质合金时，就会面临低强度带来裂纹缺陷的可能性。因此，要求硬度越高的合金刀具，在加工中越要重视裂纹问题。2.2刀片、刀体及刀槽形状对裂纹形成的影响如果焊接面不平整、刀片与刀槽形状不吻合，都会使焊料分布不均匀，这样在焊接过程中将产生很大的应力集中，从而出现裂纹或断裂。如果刀槽是封闭面或半封闭面槽形，会由于焊接面积过大、热缩性差异而在焊接层处产生较大的应力，形成裂纹或崩裂。因此在满足焊接强度要求的情况下，尽可能减少焊接面和焊接面积。2.3加热过程对裂纹形成的影响焊接应力是产生焊接裂纹的直接原因，这主要是由于硬着合金刀片与刚体刀杆的差距较大的热缩性造成的。由于硬质合金（刀片）与钢（刀杆）的线膨胀系数相差很大，要比钢的低1/3～1/2，快速加热时，刀具内部产生会较大的内应力，促使热应力过大，在合金内部即表现为拉应力，当拉应力足够大时，在硬质合金刀片在焊接层处就会出现崩裂现象。硬质合金的导热性较差也是产生焊接应力的重要原因之一，这就对焊接工艺提出了很高的要求，所以，焊接温度的控制与焊料的选择显得至关重要。一般来说，将温度应控制在大于焊料熔点30～50度之间较为理想，因此，焊料要选择其熔点低于钢（刀杆）熔点40～60度的焊料。加热时，要先预热刀杆，要由下向上慢慢预热，均匀加热进行焊接，这样可以减少因膨胀系数差异带来的内应力，降低热应力使刀片刃口崩裂的可能性。2.4冷却过程对裂纹形成的影响由于热缩性差异，硬质合金刀具焊接后的冷却过程，也是影响硬质合金产生裂纹的重要原因，焊接之后进行冷却、冷却过快、急速冷却等都会使刀片产生裂纹。另外，焊料脱水不良也会造成裂纹的出现。因此，焊接时要选择具有良好脱水性的焊料，焊接之后不要急速水冷或空冷，要做保温处理，可选择放入干燥的石棉粉、砂子、石灰石等介质中缓慢冷却，当缓冷至300度时，再将其放置于保温炉内恒温6个小时，之后随炉冷却。3.硬质合金刀具刃磨裂纹产生的原因分析硬质合金的物理性质决定了其产生裂纹的特点，由于其硬度高、脆性大、导热性差和抗振性不良，所以刃磨时较易产生裂纹，主要类型有热裂、振裂、崩裂、爆裂，主要表现形式为网状裂纹。裂纹的缺陷严重影响刀具的切削性能，强度约降低一半以上。3.1刃磨热裂由于硬质合金刀片的硬度很高，所以在刃磨过程中很容易使砂轮砂粒钝化，如果砂轮自厉性效果不好，就会失去应有的切削能力，加大摩擦力，刃磨过程会由于局部高温形成附加热应力，产生热性裂纹。这种裂纹是由于硬质合金的特性与砂轮的选择使用共同造成的。因此要从消除附加热应力的因素入手，达到预防刃磨热裂的目的。3.2刃磨振裂在刃磨过程中，刀杆的刚性不好、机床主轴的跳动、刃磨余量过大、夹持不稳等因素会造成刃磨过程振动不止的，从而使刀片产生断裂现象。因此，要从消除带来振动的各种因素入手，达到预防刃磨振裂的目的。3.3刃磨崩裂刃磨时，砂轮的轴向和径向跳动过大、砂轮的旋转方向与刃口的磨削方向不同、前角与后角的刃磨顺序不当，都会使刃口产生崩裂，在刀具的刃尖圆弧上，主副切削刃上、前后面上都有可能产生细微的崩刃。因此控制砂轮的跳动与制定合理的工艺链，是控制刃磨崩裂的关键所在。4.裂纹的预防根据产生裂纹的原因，分别找出预防措施，具体可总结以下几方面：4.1裂纹的鉴别方法裂纹从此形式上可分为宏观裂纹和微观裂纹两大类。可以先用肉眼观察鉴别宏观裂纹，微观裂纹要用10倍以上放大镜观察，也可用煤油清洗法、颜色探伤法及时发现裂纹。裂纹的鉴别要及时，要准确地将带有裂纹的刀具挑选出来，避免进入下道工序，影响加工效率。4.2焊接裂纹的预防焊接之前，加工出平整、合适、与刀片吻合的焊接面，必要时做喷砂处理，减少应力集中；焊料要选择高强度的焊料，如L104等；焊接可用脱水硼砂，也可用70%的脱水硼砂与30%硼酸的混合溶剂；焊接时，先预热刀杆，掌握好加热顺序和温度；焊接后，硬质合金刀具应低温回火并随炉冷却。4.3刃磨裂纹的预防选择60～80粒度、硬度中等的碳化硅砂轮，并及时修磨砂轮表面，可选择间断磨削已达到良好的散热效果；先用氧化铝砂轮粗磨，再用碳化硅砂轮细磨，刃磨时，要控制砂轮的跳动，旋转方向要与人口的磨削方向相反，遵守先前刀面——断屑槽——副倒棱——刀尖圆弧——修光刃的顺序，切忌用力过猛，双手应采取支撑措施，防止颤动，刀刃要高于砂轮中心线1～2mm，尽可能减少与砂轮的接触面积，禁止刃磨后急速冷却，机器刃磨时，机床跳动不宜过大，配合足够的冷却液。5.总结影响硬质合金刀具产生裂纹的因素复杂多样，要分析出具体原因，从焊接与刃磨的工艺入手，积极预防，提高刃具的性能，达到节支降耗、提高工作效率的目的。