模具補(bǔ)償對(duì)硬質(zhì)合金數(shù)控刀片精度的影響

原文，何澤，譚斌，吳雨高，姚君，蘇陳成

成都邦普切削刀具股份有限公司

1 引言

硬質(zhì)合金數(shù)控刀片毛坯的精度主要由混合料、模具、壓機(jī)和燒結(jié)工藝等因素決定，在硬質(zhì)合金數(shù)控刀片生產(chǎn)過程中，混合料、壓機(jī)和燒結(jié)工藝相對(duì)固定，需要模具來保證毛坯制品的精度。通常壓制時(shí)就能獲得較高精度的壓坯，但硬質(zhì)合金制品在燒結(jié)過程中會(huì)發(fā)生液相收縮，導(dǎo)致尺寸精度降低，一般情況下，壓坯密度越大，收縮越??；反之，壓坯密度越小，收縮越大，因此可以通過模具變形進(jìn)行預(yù)補(bǔ)償來達(dá)到改變壓坯密度的目的，并獲得高精度數(shù)控刀片毛坯制品。

本文以重切刀片為例，通過對(duì)重切刀片平行度方向、垂直方向以及刀尖高度方向進(jìn)行預(yù)補(bǔ)償，以分析模具預(yù)補(bǔ)償措施對(duì)硬質(zhì)合金數(shù)控刀片精度的影響。

2 原因分析

2.1 平行度方向補(bǔ)償

如圖1所示，硬質(zhì)合金數(shù)控刀片平行度方向主要存在燒結(jié)后毛坯制品出現(xiàn)內(nèi)凹型的問題。存在兩種情況：一是僅存在中間內(nèi)凹的情況，另一種是存在中間內(nèi)凹且L1≠L2的情況。第一種情況與第二種情況形成的原理不同，如果陰模與沖頭未做預(yù)補(bǔ)償，則在生產(chǎn)過程中極易發(fā)生第二種情況。第一種情況被稱為內(nèi)凹，第二種情況被稱為內(nèi)凹+平行度大小頭(俗稱前后大小頭)。 造成平行度精度內(nèi)凹的主要原因是裝夾孔的存在使得中間壓坯密度降低，從而出現(xiàn)切削刃兩邊壓坯密度高于中間，導(dǎo)致產(chǎn)品燒結(jié)后出現(xiàn)內(nèi)凹的情況。第二種情況形成的主要原因是由推料造成的，在推料過程中，由于推入端始終比推出端多回刮一次，如果模具未做補(bǔ)償，則推出端的壓坯高度與推入端相同，從而造成推入端的壓坯密度高于推出端。

圖1 燒結(jié)后毛坯制品內(nèi)凹現(xiàn)象

2.2 垂直度方向補(bǔ)償

如圖2所示，在垂直度方向，硬質(zhì)合金數(shù)控刀片上沖頭壓制面與下沖頭壓制面存在尺寸偏差(俗稱上下大小頭)，其產(chǎn)生的主要原因是壓坯上、下面之間存在密度差異，對(duì)燒結(jié)涂料及碳?xì)夥债a(chǎn)生影響。一般通過壓型工藝來改變沖程比，從而改變上下密度差異。實(shí)踐中，因?yàn)闊Y(jié)爐碳?xì)夥铡⒎哿咸匦砸约巴苛系认鄬?duì)恒定，所以需要進(jìn)行試壓和試燒以確定正確的壓制參數(shù)。

圖2 上下大小頭的形成(L1≠L2)

2.3 刀尖高度補(bǔ)償

硬質(zhì)合金數(shù)控刀片刀尖高度不一致是指燒結(jié)后毛坯幾個(gè)主切削刃刀尖存在差異，其主要原因是由壓制過程中推料造成的(見圖3)。在推料過程中，推入端始終比推出端多回刮一次料，從而造成推入端的單重高于推出端。在上、下沖頭未做預(yù)補(bǔ)償時(shí)，推入端壓坯密度高于推出端壓坯密度，易造成燒結(jié)后推入端的刀尖高度高于推出端，出現(xiàn)推入端的內(nèi)接圓大于推出端的情況(俗稱前后大小頭)。

圖3 前后大小頭的產(chǎn)生

3 模具預(yù)補(bǔ)償方案

針對(duì)上述內(nèi)凹、前后大小頭、上下大小頭以及刀尖高的問題，可以通過對(duì)模具和壓制工藝進(jìn)行預(yù)補(bǔ)償來改善。

3.1 平行度方向(內(nèi)凹)預(yù)補(bǔ)償方案

如圖4所示，平行度方向的補(bǔ)償一般通過陰模補(bǔ)償。R值以及L1與L2差值因產(chǎn)品尺寸、燒結(jié)氣氛以及粉料特性的不同而不同，一般需要大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)才能得出理想值。

圖4 陰模型腔補(bǔ)償方案

3.2 前后大小頭及刀尖高的預(yù)補(bǔ)償方案

由形成原因分析可知，前后大小頭及刀尖高度差異與推入端比推出端多回刮一次料有關(guān)，所以對(duì)于模具補(bǔ)償來說，推入端的壓坯高度要低于推出端壓坯高度，通過改變沖頭推入端與推出端的高度來實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。實(shí)踐中，改變沖頭推入端與推出端的高度而不改變陰模前后尺寸也能達(dá)到改善數(shù)控刀片毛坯前后大小頭的效果，而改變推料盒的大小及料管的傾斜角度及大小也是需要重點(diǎn)關(guān)注的因素。

3.3 上下大小頭補(bǔ)償方案

硬質(zhì)合金數(shù)控刀片上下大小頭主要通過壓型工藝的補(bǔ)償進(jìn)行調(diào)整，使得壓坯上下密度差符合燒結(jié)爐氣氛和粉料特性等。

4 調(diào)試方案

選取同一牌號(hào)的混合料、壓機(jī)、燒結(jié)爐及燒結(jié)工藝進(jìn)行燒結(jié)，相關(guān)測(cè)量尺寸如圖5所示。

圖5 毛坯制品測(cè)量

圖5中的L1，L2，L3，L4為不同位置的刀尖切圓測(cè)量值，S11，S12，S21，S22分別為數(shù)控刀片四個(gè)刀尖高度的測(cè)量值。S1X，S2X分別為推料推入端高度與推料推出端高度。刃邊尺寸是數(shù)控刀片的中心尺寸，燒結(jié)后產(chǎn)品切圓數(shù)據(jù)如表1所示。L5，L6分別為數(shù)控刀片坯上下切圓尺寸，檢測(cè)數(shù)據(jù)如表2所示。

表1 模具補(bǔ)償前后刀尖與刃邊切圓尺寸對(duì)比 (mm)

表2 模具和壓制工藝補(bǔ)償前后毛坯上下切圓的尺寸對(duì)比 (mm)

由表1可以看出，模具補(bǔ)償前刀尖切圓之間最大差值達(dá)0.08mm，刃邊與刀尖切圓最大差值達(dá)0.10mm，經(jīng)模具補(bǔ)償后，不論是刀尖切圓差值還是刃邊與切圓差值最大僅有0.03mm，前后大小頭情況明顯改善。

由表2可以看出，僅通過壓制工藝補(bǔ)償，不進(jìn)行模具補(bǔ)償，很難做到毛坯上下切圓一致，而且不穩(wěn)定。數(shù)控刀片毛坯上下切圓相差0.11mm，上下大小頭非常明顯。經(jīng)過模具補(bǔ)償后，壓制工藝也有相應(yīng)補(bǔ)償，毛坯上下切圓相差0.02mm。經(jīng)驗(yàn)證，通過調(diào)節(jié)壓制參數(shù)的沖程比能有效改善毛坯上下大小頭的情況。

四個(gè)刀尖高度測(cè)量值如表3所示?？梢钥闯觯＞哐a(bǔ)償前，數(shù)控刀片的4個(gè)不同刀尖高最大差值為0.09mm，且S11與S12推入端高度明顯高于S21和S22的推出端高度，與原因分析結(jié)果一致。經(jīng)過模具補(bǔ)償后，四個(gè)不同刀尖高差值為0.03mm，符合形位公差要求，刀尖高度尺寸精度得到明顯改善。

表3 模具補(bǔ)償前后刀尖高度尺寸對(duì)比 (mm)

5 結(jié)語

根據(jù)上述分析可以得到以下結(jié)論：①硬質(zhì)合金數(shù)控刀片毛坯尺寸的變形本質(zhì)上由壓坯密度和燒結(jié)氣氛等因素導(dǎo)致；②在粉料特性、燒結(jié)氣氛一致的情況下，通過對(duì)模具及壓制工藝的預(yù)補(bǔ)償，從而改變壓坯密度，可以改善硬質(zhì)合金數(shù)控刀片的毛坯精度；③推料盒的大小及料管的傾斜角度和大小也是需要重點(diǎn)關(guān)注的因素；④在實(shí)際生產(chǎn)過程中，具體的模具及壓制工藝預(yù)補(bǔ)償參數(shù)需要從長(zhǎng)期大量積累的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)中得到，甚至有時(shí)需要做到“一模一策”或“一料一策”。