硬質合金切削刀片精磨裂紋的預防

劉德權 劉麗敏

摘要：對于硬質合金切削刀片在精磨過程中產生磨削裂紋的原因進行了敘述，目的在于減少以后硬質合金刀片磨削裂紋產生，提高刀片的刃磨品質，保證刀片的使用壽命。

關鍵詞：硬質合金；磨削裂紋；刃磨

0 引言

硬質合金作為當今主流切削刀具使用材料之一，具有安全性高、可靠性好、耐用持久的特點，現在已逐漸替代工具鋼和高速鋼刀具，市場銷售額也越來越大，在發達國家硬質合金刀具市場份額已超過70%，在中國也在不斷增加。2017年硬質合金焊接刀片占比約為70%，精磨可轉位刀片占比提高到30%左右，且精磨刀片增長了將近45%，精磨刀片市場發展趨向良好。隨著機床的不斷升級和產品質量要求的不斷提高，刀片的表面質量和內在質量要求也不斷提高，所以精磨刀片的需求量也不斷增加。本文將在硬質合金刀具在刃磨過程中產生的磨削裂紋缺陷進行簡單的分析，并對磨削過程中如何避免磨削裂紋進行介紹。通過對磨削裂紋的預防，減少磨削裂紋的產生，提高刀具的刃磨質量，保證刀片的使用壽命。

1 硬質合金磨削裂紋預防的重要性

硬質合金刀具在精磨加工過程當中經常會出現蜘蛛網狀裂紋和斷裂式裂紋，硬質合金刀具一旦內部產生了這些磨削裂紋，其使用壽命將大打折扣，在使用時甚至會直接崩裂，加工的工件也會因此而報廢，對使用客戶使用體驗和自身產品品質也會產生較大影響。所以在精磨加工時必須對磨削裂紋的產生進行預防，保證產品的加工質量和使用壽命。隨著機械加工市場對精度要求的不斷提高，擴大硬質合金精磨刀具的應用范圍也是勢在必行，但是為了保證精磨刀具符合其使用的標準和要求，就必須對硬質合金刀具磨削過程中所產生的裂紋進行預防研究。

2 磨削裂紋產生的原因[1]

硬質合金刀片被稱為“工業的牙齒”，具有硬度高、耐磨性好、脆性大、導熱系數小等特點。所以硬質合金刀片的磨削過程將會比普通金屬的磨削變得更加困難。由于硬度較高（一般硬質合金刀片的顯微硬度達到13000N/mm2，最大可達18000N/mm2），磨削時砂輪所需的徑向力和法向力將會更大，與之相對應的砂輪與產品直接的摩擦力也會更大，隨著磨削的不斷進行，砂輪的磨粒會變得越來越鈍，當已鈍化的顆粒無法脫落時，砂輪將會逐漸失去切削力，隨后砂輪與刀片之間將會產生更大的摩擦，產生更多的熱量。正常情況下，硬質合金刀具在磨削時溫度會高于500℃，瞬時溫度甚至會超過1000℃，在砂輪鈍化時其與刀片直接摩擦產生的溫度上升速度較快，因而引起刀片內部產生熱變形，而硬質合金是一種高彈性模量和低抗彎強度的材料。因此，當溫度急劇上升到一定程度時，硬質合金內部熱應力會導致其產生較大熱變形，當應力值超過合金所能承受的最大強度時，合金表面將會開裂，嚴重時產生類似于蜘蛛網狀的裂紋，此類裂紋常見于硬質合金刀片端面的磨削和一些需要較寬砂輪的開槽磨削。

現今的磨削加工中，普通銑刀片的磨削常采用立式磨床，而國內大大小小生產普通銑刀片的廠家較多，為了降低其生產成本，磨削端面時，大多數時候吃刀量較大，砂輪施加到刀片表面的壓力也會更大，因而砂輪磨粒鈍化的速度就會很快，當磨削完一批產品后，砂輪磨粒磨損到無法繼續工作時，刀片表面與砂輪就會因摩擦打滑產生高溫，刀片也就因此產生裂紋。尤其是YT14和YT15類銑刀，此類刀片較脆，加工時已產生鋸齒掉角，因磨削內應力產生磨削裂紋的可能性也較大。在磨削一些毛刺刀和成型刀時，一般這些刀片所開的槽較大，所以使用的砂輪也較寬，粒度一般為240#到W40，而工具磨磨削時往往為干磨。采用這種方式開槽時，砂輪與刀片槽表面之間極易產生1000℃以上高溫，刀片因此也極易產生磨削裂紋。

3 磨削裂紋的預防措施

預防磨削裂紋的產生，首先要考慮的是避免磨削時刀片高溫的產生，減少和避免刀片拉應力的產生。

1）選擇合適的砂輪并提高砂輪的自銳能力[2]

磨削硬質合金刀片由于硬質合金硬度高，為避免砂輪磨粒磨損過快，則砂輪首選金剛石砂輪。金剛石砂輪的磨粒較碳化硅砂輪要耐磨很多，其使用壽命則會長很多。另外金剛石砂輪也要選擇合適的結合劑和磨粒的軟硬度，對于常規硬質合金刀片的磨削，主選樹脂結合劑砂輪，軟硬度選擇J（軟）和N（中）兩種硬度，濃度根據磨削方式（粗磨、精磨、半精磨）選擇合適的濃度，一般粗磨選擇70%～100%，精磨選擇50%～70%，半精磨選擇60%～80%，通過這樣選擇合適的砂輪參數和形狀，保證砂輪擁有較好的自銳能力，避免砂輪磨粒鈍化過快而又無法脫落導致與工件之間產生高溫。

2）制定合適的磨削工藝并選擇合適的磨削參數

根據刀片的外觀形狀以及磨削余量制定出合適的磨削工藝。對于磨削面較大的薄刀片，盡量減少進刀量，這樣刀片與砂輪之間產生的摩擦將會更小。對于余量較大的產品，當使用普通工具磨、平面磨等磨削時，采用粗砂輪粗磨加細砂輪精磨的方式磨削；當使用數控端面磨床和周邊磨床磨削時，需設置合適的砂輪修整參數和主軸砂輪線速度，當刀片周邊單邊余量大于0.3mm時，以瑞士AGTHON DOM SEMI為例，線速度設置在18-20m/s，進刀速度選擇設置為F4-6，修整頻率為4-5片修整一次。

3）改善砂輪與磨削刀片之間的散熱條件

首先選擇的方法是通過添加合適的磨削冷卻液，直接降低砂輪磨削時與所磨刀片之間產生的高溫。冷卻液要選擇運動粘度低的冷卻液，這樣更利于冷卻液的流速，其次供液泵也要提高足夠的壓力。另外一種方式是采用間斷磨削法[3]，這種方法是在砂輪上按一定的間距開槽，使砂輪與刀片之間工作時摩擦會減少，砂輪的磨粒也可以從所開槽脫落，這樣的方式可以使砂輪與刀片之間不僅可以避免瞬時超高溫的產生，還可以讓磨削產生的熱量擴散。

4 結論

綜上所述，硬質合金刀片產生裂紋的原因主要是砂輪磨削刀片時砂輪與刀片之間發生較大摩擦而產生了瞬時超高溫，導致刀片產生的拉應力讓刀片產生塑性變形，從而導致刀片產生裂紋。防止磨削裂紋的方式首先是選擇合適的砂輪，保證砂輪擁有良好的磨削能力，其次是制定合適的磨削工藝和選擇合適的磨削參數，最后是改善刀片磨削時的散熱條件。

參考文獻：

[1]硬質合金刀具刃磨[M].機械工業出版社，段明揚等編著，1991

[2]吳春麗.金剛石砂輪的損耗及其合理選擇[J].機械工程師，2001（09）：10-12.

[3]方鴻賓，許新寶.硬質合金的間斷磨削法[J].汽車電器，1965（03）：33-34.