硬质合金焊接刀具裂纹的产生及控制措施

摘要：本文主要就影响硬质合金刀具磨削裂纹的因素进行了阐述，并对防止刀具裂纹，提高刀具质量的具体控制措施进行总结。。

关键词：硬质合金焊接；刀具；裂纹

中图分类号：TQ320.67+4 文献标识码：A

1概述

随着新型机研制过程的不断深入，难加工材料种类及数量逐渐增多，对刀具类产品的需求也逐渐由高速钢刀具向硬质合金刀具方向转变，硬质合金刀具在航空、航天等领域的应用也越来越广泛。

作为焊接式硬质合金车刀的制造及修磨单位，我们遇到过刀具不快；刀具使用过程中合金刀片撕裂掉块；刀片在焊接处整体断裂；焊接刀片裂纹等质量问题，且以磨削裂纹最为常见。因此有必要分析硬质合金刀具磨削裂纹的产生原因并加以控制，总结归纳防止磨削裂纹的改进措施，减少刀具裂纹，提高硬质合金车刀的质量及使用寿命。

2影响硬质合金刀具磨削裂纹的因素

2.1硬质合金刀具材料特性影响

硬质合金材料特性有硬度高、脆性大、塑性差、导热系数小等。材料硬度高，磨削时需要有较大的磨削压力；材料脆性大，磨削时产生磨削裂纹的倾向大；材料导热系数低，就不允许大的磨削热量产生。因此，对硬质合金刀具的刃磨，要求砂轮要有较好的自砺性及合理的刃磨工艺，良好的冷却，较好的散热。

2.2砂轮对硬质合金刀具磨削裂纹影响

砂轮磨削硬质合金刀具，最严重的问题就是硬质合金容易裂纹或开裂，除了硬质合金刀片质量、刀具结构不合理、刀片焊接内应力、机床振动大及刀具在工序周转过程中的碰撞等因素外，在磨削过程中砂轮和磨削工艺也会造成裂纹。

制造刀具的硬质合金硬度高，在刃磨的过程中磨粒容易钝化，如果砂轮的自锐能力不好，磨钝的磨粒不能及时脱落，砂轮失去切削能力，加剧了砂轮与硬质合金刀具被磨削表面之间的磨擦，磨削热量剧增，磨削区域热量不能及时传出，使硬质合金被磨表面产生1000℃以上的瞬时高温，且温升速度快，引起热变形。加之硬质合金的抗弯强度低，在室温下几乎没有塑性，不能通过本身的塑性变形削除部分热应力。在磨削热的作用下，硬质合金被磨削表面上产生的局部应力值超过硬质合金的强度极限，产生裂纹或开裂。

碳化硅砂轮磨削硬质合金的磨削效率低、磨削力大、自砺性差，磨削接触区表面局部温度高，磨削时刀具刃口质量差、表面粗糙度差、废品率高。而金刚石砂轮磨削硬质合金的磨削效率高、磨削力小、自砺性好、金刚石刃口锋利、不易钝化，磨削接触区表面局部温度较低，一般在400℃左右，目前应用广泛。

2.3焊接应力对硬质合金刀具磨削裂纹的影响

硬质合金刀片上出现裂纹，有时是由于焊接时焊接应力超过硬质合金刀片的强度而产生。焊接应力形成于刀片焊接及热处理时，对磨削裂纹的危险最大，它不一定在焊接过程中显露出来，在某些情况下在刃磨时才会显露。在焊接刀具时，刀体的高度HC要大于刀片高度HT三倍，即HC/HT>3。

HC/HT﹤3，硬质合金表层产生拉应力，容易出现裂纹；

HC/HT=4-5，硬质合金表层无显著应力，不易产生裂纹；

HC/HT﹤8时，在焊接层上产生均布载荷。

硬质合金迅速加热和快速冷却时热量分布不均，有时会产生显著的瞬时应力。焊接时，由于快速加热，硬质合金外层受压应力，中间受拉应力，超过允许的加热速度时，可能出现裂纹或内部的不可见裂纹；快速冷却，外层上会出现拉应力，引起合金出现裂纹。

3硬质合金刀具裂纹的具体控制措施

实践表明，金刚石砂轮的线速度和径向进给量越大、砂轮硬度越高、砂轮粒度越细、刀具材料导热系数越低、砂轮磨损得越严重，都会使磨削温度升高得越厉害，越容易产生磨削裂纹及磨削烧伤，要控制和避免磨削裂纹及磨削烧伤，必须减少磨削热的产生，加速磨削热的传出。

防止硬质合金刀具刃磨开裂的措施，除在检查刀片、刀具结构、焊接工艺、热处理工艺、机床调整及工序转运过程中需给以足够重视外，还必须使砂轮和磨削工艺适应硬质合金刀具的磨削特性，以减少磨削热的产生。比如提高砂轮的自锐能力，使钝化的磨粒及时脱落，砂轮的磨削性能得到改善，以减少磨削热；改善磨削区域的散热条件，分散磨削热。可采用减少砂轮与硬质合金连续接触摩擦时间的办法，使磨削产生的热量能有机会及时扩散而不集聚，从而改善磨削条件。

3.1控制焊接应力，使刀体高度与刀片厚度相匹配

在焊接刀具时，将刀体的高度HC与刀片厚度HT的比值控制在6-8，即6﹤HC/HT﹤8。

在制造硬质合金车刀的生产过程中，有些刀具设计的硬质合金刀片厚度达7-10mm，这类刀具在焊接时硬质合金刀片出现裂纹的现象很严重，刀片因裂纹报废率达70%以上。（见表1）

刀体与刀片厚度的不匹配是导致这一问题的主要原因。在满足工艺要求的前提下，我们逐步减小刀片厚度：1）采用线切割设备将刀片切割开，控制刀片厚度值小于5mm。2）对切割后的硬质合金刀片进行热处理，去除切割应力。通过这种方法使刀片的焊接裂纹率降低到10%-15%以下，效果非常好。（见表2）

3.2适当降低磨削速度，减少磨削热

3.3选取较软的金刚石砂轮，减少工件和砂轮的接触面积

3.4根据磨削要求合理选择砂轮粒度，经常保持砂轮在锋利的条件下磨削

3.5加速磨削热传出

3.6保持加工系统的刚性

3.7勤修砂轮，保持砂轮具有良好的磨削性能

3.8避免硬质合金的迅速骤冷骤热

结语

硬质合金刀具产生磨削裂纹的主要原因是磨削工艺和参数不恰当，导致磨削接触区局部瞬时温度过高引起近表面层过高的拉应力值超过材料的破断强调造成。通过改进和优化磨削工艺和磨削参数，可有效防止磨削裂纹和磨削烧伤的产生，提高工件表面质量，改善刀具强度和使用寿命。

参考文献

[1]硬质合金刀具刃磨.机械工业出版社，1955.

[2]硬质合金工具的破损及其断裂韧性.冶金工业出版社，1989.