硬质合金刀片制造工艺与设备。要点

专业：机械制造及其自动化

班级：机制（3）班

姓名：XXX

时间：2014/7/3

目录

摘要…………………………………………1. 关键字………………………………………2. 前言…………………………………………3.

1 硬质合金的概述

1.1 硬质合金

1.2 市场概况

2 硬质合金的生产工艺

2.1 生产原料

2.2工艺流程

2.3 加工种类

2.4 加工种类优缺点对比

3 硬质合金性能及其与使用关系3.1 硬度

3.2 抗弯刚度

3.3 冲击韧性

3.4 耐磨性

3.5 抗压强度

3.6 导热率

3.7 线胀系数

4 硬质合金的种类及其用途

4.1 硬质合金的种类

4.2 各种牌号硬质合金的用途

5 硬质合金的加工设备

5.1 球磨机

5.2 制粒设备

5.3 自动压机

5.4 单体真空脱蜡烧结炉

6 国外硬质合金

6.1 瑞典

6.2 美国

6.3 日本

6.4 以色列

小结…………………………………………... 参考资料……………………………………... 致谢…………………………………………...

摘要：

硬质合金石由难熔金属的碳

化物以铁族金属钴或镍作胶结金属，用

粉末冶金方法制造的合金材料。由于硬

质合金具有高硬度、耐磨损、耐腐蚀、

耐高温和线胀系数小一系列优点，在现代工业生产中，已成为金属加工、矿山开采、石油钻探，国防军工等不可缺少的重要工具材料。

关键字：硬质合金性能工艺设备

前言

硬质合金具有很高的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性，被誉为“工业牙齿”，并且未来高新技术武器装备制造、尖端科学技术的进步以及核能源的快速发展，将大力提高对高技术含量和高质量稳定性的硬质合金产品的需求。随着国民经济的迅速增长，硬质合金的需求也高速增长。因此研究并了解硬质合金是十分有意义的事情。

1 硬质合金的概述

1.1 硬质合金

由难熔金属的硬质化合物和粘结金属

通过粉末冶金工艺制成的一种合金材

料。硬质合金具有硬度高、耐磨、强

度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系

列优良性能，特别是它的高硬度和耐

磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度。现在新型硬质合金刀具的切削速度等于碳素钢的数百倍。

1.2 市场概况

据中国钨业协会硬质合金分会提供的数据显示，2011年全国有硬质合金生产企业300余家，拥有专业科研院所30余家，全行业从业人员超过2.5万人。截至2011年，拥有10万t/a的钨精矿产能、18万t/a的钨酸和钨盐的产能、6.2万t/a的碳化钨产能、3.8万t/a的硬质合金产能，以及Co、Ni、Ta、的配套供应能力。

2011年中国硬质合金产量为2.35万吨，硬质合金行业销售收入209亿元，硬质合金出口近5000吨，出口创汇超过3.6亿美元，硬质合金深加工产品产量达到6600吨，占合金总产量的1/3。所生产的硬质合金产品品种基本齐全，规格型号超过4万个，产量和品种基本能满足中国各经济领域的需求。

2 硬质合金的生产工艺

2.1 生产原料

生产硬质合金的的主要原料有三氧化钨、钨粉、三氧化钛、铌粉或五氧化二铌、氧化钴及炭黑等。在硬质合金的生产中，一般需要制取碳化钨、碳化钛、碳化铌和金属钴粉。

2.2 工艺流程

将碳化钨和钴按所需的比例进行配制，然后加入酒精，进行球磨。球磨后经干燥、过筛、加入成型剂，在进行干燥、擦碎过筛，便得到所需的混合料。混合料送去进行压制。压制品在经烧结，变成最终成品。

以下是流程图：

2.3 加工种类

2.3.1 磨料磨削加工

磨料磨削加工方法，可用以加工模具及切削刀具，其加工示意图如右图。

磨削硬质合金常用

的是绿色碳化硅砂轮。

研磨抛光则多用碳化硼

或金刚石粉等。

选择绿色碳化硅砂轮时应注

意：

⑴ 砂轮与工件的接触面愈大，

砂轮应愈软；

⑵ 在使用细粒度的砂轮时，应

选用较软的砂轮；

⑶在加工过程中，工件使用机械夹固时，砂轮硬度应较软； ⑷加工时，使用冷却液，可以提高砂轮的使用寿命。 碳化硅砂轮刃磨硬质合金工具注意事项

⑴ 避免发生过热现象。可以使用冷却液消除。

⑵ 应勤修砂轮。

⑶ 在刃磨过程中用力不能过猛。

⑷ 刃磨硬质合金刀具是，应先使刀体部分接触砂轮，然后再磨合金部分，退刀时则应先使合金部分离开砂轮，这样可不致将已磨好的刀刃被砂轮打坏。

⑸ 硬质合金道具的刃磨，要经过粗磨和精磨，这时砂轮机的轴向及径向跳动应调整好。

2.3.2 金刚石磨轮磨削加工

金刚石磨轮是

目前磨削硬

质合金最好

的工具。由于

用途不同，可

分金属结合

剂、树脂结合剂和电金属结合剂金刚石磨轮等三种。金属结合

剂金刚石磨轮耐用度和生产效率

高，多用于粗磨；树脂结合剂金

刚石磨轮具有较好的抛光性能，

用于精磨；电金属结合剂易制造

特小、特薄和其他异形面的金刚石磨轮，常用于小孔和异形加工面磨削及高硬度材料切割。

金刚石磨轮的适用范围：金刚石磨轮适用于精磨及半精磨工序，用以加工硬质合金、陶瓷、半导体等高硬度脆性材料。磨削余量应控制在0.1—0.2毫米，过大则引起金刚石消耗量增大，在刃磨硬质合金道具中，适用于刀刃磨前刃面等面积大而余量小的工序。

金刚石磨轮结构由基体、非金刚石层及金刚石层等组成。基体材

料一般采用钢、铜、铝、电木等材料；非金刚石层，是连接金刚石层和基体之用，一般有一个或数十个槽与基体相

连以提高结合强度；金刚石层是磨轮的工作部分，由金刚石、结合剂与填充料组成，厚度在1.5-5毫米之间。根据制造工艺不同，还可有其它的结构形式，但大体上都包括上述三个部分。

2.3.3 电火花加工

电火花加工是利用浸在工作

液中的两极间脉冲放电时产

生的电蚀作用蚀除导电材料

的特种加工方法，又称放电

加工或电蚀加工。电火花加

工，由于电极消耗很小，可

以得到较高的加工精度。但

由于电火花加工容易烧伤金属，所以光洁度不能达到很高。

电火花加工硬质合金可用于内外磨、平面磨、螺纹磨、成型模等。近几年来，许多许多单位采用普通磨床经适当改装后作电火花磨床使用，获得良好效果。

电火花加工硬质合金磨具的工艺参数：

1.电极材料对电极材料的要求是，导电性好，导热性好、加工

性好、抗腐蚀性高，具有足够的使用强度，成本低及生产率高。

2.电极形状模孔加工的电极形状，基本与孔型相一致。

3.液体介质在电火花加工中，液体介质的作用是使被加工的金

属颗粒从已加工部位排除，降低电极温度，使加工过程稳定，提高电极间隙之间的介电强度。对介质的要求是粘度小，介电强度高，燃点高，对电极无化学作用，放点作用稳定，来源充足，价格低。

4.放电间隙火花放电的强度，随电极间隙的增减而变化。在加

工过程中，电极与工件之间的间隙逐渐变大，放电也随之减弱直至停止。

5.电规准在电火花加工中，合理地选择电规准，对生产率和精

度都有直接影响。

2.3.4 电解磨削加工

一、电解磨削的原理电解磨削是由电解作用和机械作用相结合的磨削过程。电解起主导作用，约占75-90﹪，机械作用在一般

情况下仅占10﹪.磨轮与

工件之间保持一定的接触

压力，凸出的磨料使工件

与磨轮的金属基本体间构

成一定的间隙，流动的电解液经喷嘴输入间隙中，使工件表面产生电化学作用，金属被电解并在其表面上形成一层氧化薄膜，这层氧化薄膜，由磨轮上的磨料磨去，随电解液冲走，电解作用与磨削过程交替进行，直至达到一定的精度和光洁度为止。

2. 电解磨削的特点电解磨削的主要特点是：生产率高、磨轮消耗较小、加工过程中无显著热作用，因而在加工过程中，工件表面不会产生过热现象，防止磨削裂纹发生。

3. 电解磨削适用于各种金属材料加工，特别是对于一般机械加工方法以磨削的材

料，如硬质合金、高

钒高速钢，采用电解

磨削，可收到良好的

效果。目前主要用于

磨削硬质合金刀具、

量具和模具。

二、电解磨削设备

主要由直流电源、机

床和液压系统三部分组成。如图：

1. 电源设备可采用低压大电流发电机或硅整流器，供给直流电压为0-24伏。

2. 机床电解磨削机床一般多采用普通磨床改装。

3. 液压系统液压系统主要是电解液槽和液压泵。

三、电解液电解液在电解磨削中，一方面其电解作用，另一方面起冷却作用。电解液是电解磨削过程中的重要因素，它对加工工件的光洁度、精度和生产率有很大影响，一般按下列原则进行选择：

⑴电导度大，以便通过大电流;

⑵腐蚀性低；

⑶对电解生成物溶解能力强；

⑷对人体无害。

四、导电磨轮

1. 导电磨轮要求导电磨轮的质量好坏，直接影响到电解磨削效果、加工质量和生产效率。导电磨轮应满足下列要求：

⑴导电性能好；

⑵磨削能力高；

⑶磨轮体具有足够的强

度和硬度；

⑷能贮存一定数量的电

解液；

⑸耐用度高，在长时间工作条件下，能保持规定的加工间隙；

⑹使用寿命长，制造成本低。

五、电解磨削工艺参数

在电解磨削加工过程中，磨削效率与电解液浓度、温度、流量，电参数、加工间隙、接触压力、磨削用量有关，这些因素也影响到表面光洁度和加工精度。

2.4 加工种类优缺点对比

3 硬质合金的性能及其与使用关系

3.1 硬度

硬质合金的主要成分是难溶金属钨和钛

的碳化物和胶结金属钴。由于难熔金属

碳化物具有极高的硬度，所以合金本身

就具有很高的硬度。硬质合金的硬度一

般在HRA86-93之间，并随合金中含钴量的增加而降低。在钨钛钴合金中，硬质合金的硬度又随其中碳化钛含量的增加而提高。因此，在含钴量相同时，钨钛钴合金的硬度高于钨钴合金。

其次，硬质合金的硬度与碳化钨晶粒的大小有密切关系，随着碳化钨晶粒的细化，合金的硬度只增加。引起硬度的变化还有一些工艺上的原因，球磨制度不当、欠烧或过烧，均会使合金硬度降低。因此，适当的调

整碳化钨的晶粒，改

进生产工艺可以改变

硬质合金的硬度。

硬质合金高温硬度

好，在500℃以下时，

其硬度维持不变。当

温度高于500℃时，才有明显的下降。但在1000-1100℃时，硬质合金的硬度HRA仍有73-76相当HB430-477。二淬火钢在200℃时，硬度即迅速下降，在1000-1100℃时，其硬度就降低到HB30-40.

3.2 抗弯强度

在常温时，硬质合金的抗弯强度在75-250公斤/平方毫米之间，并且含钴量越高，抗弯强度越高，在含钴量一定时，碳化钛含量增加引起抗弯强度急剧下降。因此，钴含量相同的钨钴合金抗弯

强度高于钨钛钴合金。同时，抗弯强度与碳化钨晶粒的大小有关，粗晶粒钨钴合金的抗弯刚度较细晶粒钨钴合金较高。这是由于碳化钨晶粒增大后，碳化钨的总面积减小钴层厚度增加，从而提高了硬质合金的抗弯强度。

硬质合金的表面状况对它的抗弯强度有很大的影响。在制造硬质合金工具时，应防止其表面产生各种类型的裂纹，否则就会影响到它的抗弯强度。例如。因磨削而产生网状裂纹的合金，其抗弯刚度大约会降低1/2。若表面经金刚砂研磨，其抗弯强度可提高25﹪。常温时硬质合金的抗弯强度较钢为低，在设计、制造和使用硬质合金工具时，必须考虑这一点。

3.3 冲击韧性

硬质合金脆性很高，而且几乎与温度无关。在常温时，淬火钢的冲击韧性大于硬质合金的冲击韧性1-2倍，而退火钢则大于硬质合金9倍。在高温时，钢的新鸿基韧性比硬质合金大几百倍。所以，在镶焊硬质合金工具时，不允许对硬质合金刀片作冲击性的压紧。在运输硬质合金工具时，应注意不要使其互相碰撞或受到冲击，否则就会造成损坏现象。

硬质合金的冲击韧性与合金中含钴量有关。含钴量愈高，冲击韧性也愈高。根据实验，WC-Co合金含钴量与冲击韧性的关系如图所示。硬质合金的冲击韧性随碳化钨的晶粒的增大而提高，所以粗晶

粒钨

钴合

金较

细晶

粒钨

钴合

金高

20-30％。例如粗晶合金YG8C的冲击韧性为0.35公斤-米/平方厘米，而细晶粒合金YG8则仅为0.25公斤/平方厘米。关于钨钛钴合金和钨钴合金冲击韧性的比较数据很少，有待进一步研究。

3.4 耐磨性

硬质合金的耐磨性比最好的高速钢药膏15-20倍。硬质合金的耐磨性能是极其错综复杂的，并与其化学成分和组织结构等有关。当其他条件一致时，硬质合金中的碳化物晶粒越细，其耐磨性越高。

硬质合金的耐磨性在金属切削加工中，起着极大的作用，特别是在钢材的连续切削加工中，刀具磨损时，尤为显著。钨钛钴合金

由于在切削加工钢材的过程中，刀剑表面形成一层氧化钛薄膜，使切削不易粘结在刀具表面，因而降低了切削对硬质合金刀具的磨损，故其耐磨性叫钨钴合金为高，这也就是切削钢材时，为什么要选用钨钛钴合金的一个重要原因。而在加工铸铁时，一方面由于切削呈碎粒状，另一方面切削温度较低，刀具的磨损主要是在后面上，故宜采用抗弯强度较高的钨钴类合金。

3.5抗压强度

硬质合金的抗压强度与合金中的含钴量和碳化钨晶粒粗细有关；钨钴合金的抗压强度随钴含量增加而增加，钴含量5%时抗压强度值最大，钴含量继续增加，其抗压强度随之而下降；细晶粒钨钴合金的抗压强度也较粗晶粒钨钴合金较高，而钨钛钴合金的抗压强度又低于钨钴合金，如图所示。

在钨钛钴合金中，其抗压强度随碳化钴含量的增加而降低。

3.6 导热率

钨钴合金的导热率为0.14-0.15卡/厘米.度.秒，比高速钢高1-2倍；而钨钛钴合金的导热率仅为0.04-0.15卡/厘米.度.秒，高钛合金如YT30、YT60的导热率比高速钢低。硬质合金的导热率随钴含量增加而增加，而钨钛钴合金的导热率又与含钛量有关，随碳化钛的含量增加而降低。

在金属切削加工时，到账、热率这一性能具有特别重要的意义。大家知道，金属切削加工中产生的热量，主要传导于刀具、切屑和被加工的零件上。热量的传导过程，在颇大程度上取决于刀具的导热率。当刀具的导热率很高时，绝大部分的热量传给刀具，极小部分传给切屑与被加工零件。当刀具的导热率低时，则与此相反，热量即大部分集中于切屑上，这对于切屑加工是有利的。因为切屑受到强热就会软化，亦即李玉切削过程的顺利进行。钨钛钴合金由于含有大量的碳化钛，导热率显著低于钨钴类合金。所以，在钢材的连续切削加工时，采用钨钛钴类合金。但是对某些难加工钢材，如耐热合金钢和高强度合金钢等，则不能用钨钛钴类合金加工，而要采用具有较高使用强度的钨钴类合金加工。其主要原因在于加工这类钢材时，不仅需要刀具材料有高的耐磨性，而且具有足够的使用强度，保证在切削过程中，不致有崩刃或硬质合金颗粒脱落而影响切削过程的顺利进行。但钨钴类合金耐磨性差、加工效率低。