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简述硬质合金机械刀片的制造

硬质合金机械刀片可采用多种工艺方法成型。根据机械刀片的尺寸、形状复杂水平和生产批量,大部分切削刀片都是采用顶压和底压式刚性模具模压成型。在每一次压制时,为了保持机械刀片重量和尺寸的一致性,必须保证流入模腔的粉料量(质量和体积)都完全相同。粉料的流动性主要通过团块的尺寸分布和有机结合剂的特性来控制。通过在装入模腔的粉料上施加10-80ksi(千磅/平方英尺)的成型压力,就可以形成模压机械刀片(或称“坯件”)。

即便在极高的成型压力下,坚硬的碳化钨颗粒也不会变形或破碎,而有机结合剂却被压入碳化钨颗粒之间的缝隙之中,从而起到固定颗粒位置的作用。压力越高,碳化钨颗粒的结合就越紧密,机械刀片的压制密度就越大。牌号硬质合金粉料的模压特性可能各不相同,取决于金属结合剂的含量、碳化钨颗粒的尺寸和形状、形成团块的程度,以及有机结合剂的成分和添加量。为了提供有关牌号硬质合金粉料压制特性的量化信息,通常由粉料生产商来设计构建模压密度与成型压力的对应关系。这种信息可确保提供的粉料与刀具制造商的模压工艺协调一致。

大尺寸硬质合金机械刀片或具有高长宽比的硬质合金机械刀片(如立铣刀和钻头的刀杆)通常采用在一个柔性料袋中均衡压制牌号硬质合金粉料来制造。虽然均衡压制法的生产周期比模压法要长一些,但刀具的制造成本较低,因此该方法更适合小批量生产。

这种工艺方法是将粉料装入料袋中,并将袋口密封,然后将装满粉料的料袋置于一个腔室中,通过液压装置施加30-60ksi的压力进行压制。压制成的机械刀片通常要在烧结之前加工成特定的几何形状。料袋的尺寸被加大,以适应压紧过程中的机械刀片收缩,并为磨削加工提供足够的余量。由于机械刀片在压制成型后要进行加工,因此对装料一致性的要求不像模压法那样严格,但是,仍然希望能保证每一次装入料袋的粉料量相同。如果粉料的装料密度过小,就可能导致装入料袋的粉料不足,从而造成机械刀片尺寸偏小而不得不报废。如果粉料的装料密度过大,装入料袋的粉料过多,机械刀片在压制成型后就需要加工去除更多的粉料。尽管去除的多余粉料和报废的机械刀片都可以回收再用,但这样做毕竟会降低生产效率。

硬质合金机械刀片还可以利用挤出模或注射模进行成型加工。挤出成型工艺更适合轴对称形状机械刀片的大批量生产,而注射成型工艺通常用于复杂形状机械刀片的大批量生产。在这两种成型工艺中,牌号硬质合金粉末悬浮在有机结合剂中,结合剂赋予硬质合金混合料像牙膏那样的均匀一致性。然后,混合料或者通过一个孔被挤出成型,或者被注入一个模腔中成型。牌号硬质合金粉料的特性决定了混合料中粉末与结合剂的最佳比例,并对混合料通过挤出孔或注入模腔的流动性具有重要影响。

当机械刀片通过模压法、均衡压制法、挤出模或注射模成型法成型后,在最终烧结阶段之前,需要从机械刀片中去除有机结合剂。烧结可以去除机械刀片中的孔隙,使其变得完全(或基本上)密实。在烧结时,压制成型的机械刀片中的金属结合剂变成液体,但在毛细作用力和颗粒联系的共同作用下,机械刀片仍然能够保持其形状。

在烧结后,机械刀片的几何形状保持不变,但尺寸会缩小。为了在烧结后得到所要求的机械刀片尺寸,在设计刀具时就需要考虑其收缩率。在设计用于制造每种刀具的牌号硬质合金粉料时,都必须保证其在适当压力下压紧时具有正确的收缩率。

几乎在所有情况下,都需要对烧结后的机械刀片进行烧结后处理。对切削刀具最基本的处理方式是刃磨切削刃。许多刀具在烧结后还需要对其几何形状和尺寸进行磨削加工。有些刀具需要磨削顶部和底部;另一些刀具则需要进行外周磨削(需要或无需刃磨切削刃)。磨削产生的所有硬质合金磨屑都可以回收再利用。

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