硬质合金切削刀片精磨裂纹的预防

刘德权 刘丽敏

摘要：对于硬质合金切削刀片在精磨过程中产生磨削裂纹的原因进行了叙述，目的在于减少以后硬质合金刀片磨削裂纹产生，提高刀片的刃磨品质，保证刀片的使用寿命。

关键词：硬质合金；磨削裂纹；刃磨

0 引言

硬质合金作为当今主流切削刀具使用材料之一，具有安全性高、可靠性好、耐用持久的特点，现在已逐渐替代工具钢和高速钢刀具，市场销售额也越来越大，在发达国家硬质合金刀具市场份额已超过70%，在中国也在不断增加。2017年硬质合金焊接刀片占比约为70%，精磨可转位刀片占比提高到30%左右，且精磨刀片增长了将近45%，精磨刀片市场发展趋向良好。随着机床的不断升级和产品质量要求的不断提高，刀片的表面质量和内在质量要求也不断提高，所以精磨刀片的需求量也不断增加。本文将在硬质合金刀具在刃磨过程中产生的磨削裂纹缺陷进行简单的分析，并对磨削过程中如何避免磨削裂纹进行介绍。通过对磨削裂纹的预防，减少磨削裂纹的产生，提高刀具的刃磨质量，保证刀片的使用寿命。

1 硬质合金磨削裂纹预防的重要性

硬质合金刀具在精磨加工过程当中经常会出现蜘蛛网状裂纹和断裂式裂纹，硬质合金刀具一旦内部产生了这些磨削裂纹，其使用寿命将大打折扣，在使用时甚至会直接崩裂，加工的工件也会因此而报废，对使用客户使用体验和自身产品品质也会产生较大影响。所以在精磨加工时必须对磨削裂纹的产生进行预防，保证产品的加工质量和使用寿命。随着机械加工市场对精度要求的不断提高，扩大硬质合金精磨刀具的应用范围也是势在必行，但是为了保证精磨刀具符合其使用的标准和要求，就必须对硬质合金刀具磨削过程中所产生的裂纹进行预防研究。

2 磨削裂纹产生的原因[1]

硬质合金刀片被称为“工业的牙齿”，具有硬度高、耐磨性好、脆性大、导热系数小等特点。所以硬质合金刀片的磨削过程将会比普通金属的磨削变得更加困难。由于硬度较高（一般硬质合金刀片的显微硬度达到13000N/mm2，最大可达18000N/mm2），磨削时砂轮所需的径向力和法向力将会更大，与之相对应的砂轮与产品直接的摩擦力也会更大，随着磨削的不断进行，砂轮的磨粒会变得越来越钝，当已钝化的颗粒无法脱落时，砂轮将会逐渐失去切削力，随后砂轮与刀片之间将会产生更大的摩擦，产生更多的热量。正常情况下，硬质合金刀具在磨削时温度会高于500℃，瞬时温度甚至会超过1000℃，在砂轮钝化时其与刀片直接摩擦产生的温度上升速度较快，因而引起刀片内部产生热变形，而硬质合金是一种高弹性模量和低抗弯强度的材料。因此，当温度急剧上升到一定程度时，硬质合金内部热应力会导致其产生较大热变形，当应力值超过合金所能承受的最大强度时，合金表面将会开裂，严重时产生类似于蜘蛛网状的裂纹，此类裂纹常见于硬质合金刀片端面的磨削和一些需要较宽砂轮的开槽磨削。

现今的磨削加工中，普通铣刀片的磨削常采用立式磨床，而国内大大小小生产普通铣刀片的厂家较多，为了降低其生产成本，磨削端面时，大多数时候吃刀量较大，砂轮施加到刀片表面的压力也会更大，因而砂轮磨粒钝化的速度就会很快，当磨削完一批产品后，砂轮磨粒磨损到无法继续工作时，刀片表面与砂轮就会因摩擦打滑产生高温，刀片也就因此产生裂纹。尤其是YT14和YT15类铣刀，此类刀片较脆，加工时已产生锯齿掉角，因磨削内应力产生磨削裂纹的可能性也较大。在磨削一些毛刺刀和成型刀时，一般这些刀片所开的槽较大，所以使用的砂轮也较宽，粒度一般为240#到W40，而工具磨磨削时往往为干磨。采用这种方式开槽时，砂轮与刀片槽表面之间极易产生1000℃以上高温，刀片因此也极易产生磨削裂纹。

3 磨削裂纹的预防措施

预防磨削裂纹的产生，首先要考虑的是避免磨削时刀片高温的产生，减少和避免刀片拉应力的产生。

1）选择合适的砂轮并提高砂轮的自锐能力[2]

磨削硬质合金刀片由于硬质合金硬度高，为避免砂轮磨粒磨损过快，则砂轮首选金刚石砂轮。金刚石砂轮的磨粒较碳化硅砂轮要耐磨很多，其使用寿命则会长很多。另外金刚石砂轮也要选择合适的结合剂和磨粒的软硬度，对于常规硬质合金刀片的磨削，主选树脂结合剂砂轮，软硬度选择J（软）和N（中）两种硬度，浓度根据磨削方式（粗磨、精磨、半精磨）选择合适的浓度，一般粗磨选择70%～100%，精磨选择50%～70%，半精磨选择60%～80%，通过这样选择合适的砂轮参数和形状，保证砂轮拥有较好的自锐能力，避免砂轮磨粒钝化过快而又无法脱落导致与工件之间产生高温。

2）制定合适的磨削工艺并选择合适的磨削参数

根据刀片的外观形状以及磨削余量制定出合适的磨削工艺。对于磨削面较大的薄刀片，尽量减少进刀量，这样刀片与砂轮之间产生的摩擦将会更小。对于余量较大的产品，当使用普通工具磨、平面磨等磨削时，采用粗砂轮粗磨加细砂轮精磨的方式磨削；当使用数控端面磨床和周边磨床磨削时，需设置合适的砂轮修整参数和主轴砂轮线速度，当刀片周边单边余量大于0.3mm时，以瑞士AGTHON DOM SEMI为例，线速度设置在18-20m/s，进刀速度选择设置为F4-6，修整频率为4-5片修整一次。

3）改善砂轮与磨削刀片之间的散热条件

首先选择的方法是通过添加合适的磨削冷却液，直接降低砂轮磨削时与所磨刀片之间产生的高温。冷却液要选择运动粘度低的冷却液，这样更利于冷却液的流速，其次供液泵也要提高足够的压力。另外一种方式是采用间断磨削法[3]，这种方法是在砂轮上按一定的间距开槽，使砂轮与刀片之间工作时摩擦会减少，砂轮的磨粒也可以从所开槽脱落，这样的方式可以使砂轮与刀片之间不仅可以避免瞬时超高温的产生，还可以让磨削产生的热量扩散。

4 结论

综上所述，硬质合金刀片产生裂纹的原因主要是砂轮磨削刀片时砂轮与刀片之间发生较大摩擦而产生了瞬时超高温，导致刀片产生的拉应力让刀片产生塑性变形，从而导致刀片产生裂纹。防止磨削裂纹的方式首先是选择合适的砂轮，保证砂轮拥有良好的磨削能力，其次是制定合适的磨削工艺和选择合适的磨削参数，最后是改善刀片磨削時的散热条件。

参考文献：

[1]硬质合金刀具刃磨[M].机械工业出版社，段明扬等编著，1991

[2]吴春丽.金刚石砂轮的损耗及其合理选择[J].机械工程师，2001（09）：10-12.

[3]方鸿宾，许新宝.硬质合金的间断磨削法[J].汽车电器，1965（03）：33-34.