硬質(zhì)合金常稱為鎢鋼,是用粉末冶金法生產(chǎn)的由難熔金屬化合物(硬質(zhì)相)和粘結金屬(粘結相)所構成的復合材料。其基本特點是:高硬度、高耐磨性;高彈性模量;高抗壓強度;化學穩(wěn)定性好(耐酸、堿、高溫氧化);沖擊韌性較低;膨脹系數(shù)低,導熱、導電與鐵及其合金相近。
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,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。粉料的流動性主要通過團塊的尺寸分布和有機結合劑的特性來控制。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,堅硬的碳化鎢顆粒也不會變形或破碎,而有機結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,碳化鎢顆粒的結合就越緊密,工件的壓制密度就越大。不同牌號硬質(zhì)合金粉料的模壓特性可能各不相同,取決于金屬結合劑的含量、碳化鎢顆粒的尺寸和形狀、形成團塊的程度,以及有機結合劑的成分和添加量。為了提供有關牌號硬質(zhì)合金粉料壓制特性的量化信息,通常由粉料生產(chǎn)商來設計構建模壓密度與成型壓力的對應關系。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)合金工件通常采用在一個柔性料袋中均衡壓制牌號硬質(zhì)合金粉料來制造。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腔室中,通過液壓裝置施加30-60ksi的壓力進行壓制。壓制成的工件通常要在燒結之前加工成特定的幾何形狀。料袋的尺寸被加大,以適應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行加工,因此對裝料一致性的要求不像模壓法那樣嚴格,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。
硬質(zhì)合金工件還可以利用擠出?;蜃⑸淠_M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雜形狀工件的大批量生產(chǎn)。在這兩種成型工藝中,不同牌號硬質(zhì)合金粉末懸浮在有機結合劑中,結合劑賦予硬質(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孔被擠出成型,或者被注入一個模腔中成型。不同牌號硬質(zhì)合金粉料的特性決定了混合料中粉末與結合劑的最佳比例,并對混合料通過擠出孔或注入模腔的流動性具有重要影響。
當工件通過模壓法、均衡壓制法、擠出?;蜃⑸淠3尚头ǔ尚秃螅谧罱K燒結階段之前,需要從工件中去除有機結合劑。燒結可以去除工件中的孔隙,使其變得*(或基本上)密實。在燒結時,壓制成型的工件中的金屬結合劑變成液體,但在毛細作用力和顆粒聯(lián)系的共同作用下,工件仍然能夠保持其形狀。
在燒結后,工件的幾何形狀保持不變,但尺寸會縮小。為了在燒結后得到所要求的工件尺寸,在設計刀具時就需要考慮其收縮率。在設計用于制造每種刀具的牌號硬質(zhì)合金粉料時,都必須保證其在適當壓力下壓緊時具有正確的收縮率。幾乎在所有情況下,都需要對燒結后的工件進行燒結后處理。對切削刀具最基本的處理方式是刃磨切削刃。許多刀具在燒結后還需要對其幾何形狀和尺寸進行磨削加工。有些刀具需要磨削頂部和底部;另一些刀具則需要進行外周磨削。
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