切削刀具的基底、涂层和刀刃的准备,在高效加工中起着关键的作用,经常关乎金属切削工序的成败。这些因素,加上嵌入的断屑器和刀尖,决定着切削刀具对于一个特定的工件或特定的用途的适应性。
这些参数的组合,可以保证刀具的加工寿命长,经济性好。当设计刀片来满足要求越来越高的加工应用时,为应付工件的新挑战而最新开发的基底材料,含有钨,这是切削刀具制造商的目标研究和开发的基底、涂层和制备品。
碳化钨硬质合金刀具的硬度和韧性可以应付范围广阔的切削参数,切削刀具制造商,可以通过在1到5微米的范围内改变钨颗粒的尺寸,制造出基底材料。
用较细的颗粒(亚微细粒),刀具更耐磨。相反,较大尺寸的颗粒,使刀具韧性较高。细颗粒的基底材料主要用于切削航空、航天工业材料,诸如钛、铬镍铁耐热蚀合金(因康镍合金)和高温合金的刀片。
刀具制造商除了改变这些刀具的粒度以外,还可以任意改变基底材料中钴的含量。钴被用作一种粘结剂——保持碳化钨颗粒粘结在一起的粘结剂。把钴的含量,从通常的6%提高到12%,可以提高韧性,能使刀具制造商调整刀具的成分,满足任何应用的要求,无论它需要韧性或耐磨性。
刀具制造商也能通过在刀具表面加上一层浓缩的钴层,或通过选择性地把其它种类的合金元素,诸如碳化钛(TiC)、碳化钽(TaC)、碳化钒(VC)和碳化铌(NbC),加到碳化钨的合成物中,来提高基底材料的性能。浓缩的钴层大大提高了刀刃的强度,改善了粗切和断续切削的性能。车间在选择基底材料来匹配工件材料和加工要求时,应该注意,基底材料的5种其它特性——断裂韧度、横向断裂强度、抗压强度、硬度和抗热冲击阻力,也很重要。
切削刀具生产商Iscar MetalsInc.声称,近年来涂层的开发,由于化学气相沉积涂层刀具昂贵,已经导致物理气相沉积涂层刀具需求的增长。化学气相沉积涂层的厚度范围在5 到15微米之间变化,而物理气相沉积涂层的厚度范围从2到6微米。化学气相沉积当加到基底材料的顶部时,产生拉伸应力,而物理气相沉积涂层在基底上增加压缩应力。Iscar说,拉伸应力与压缩应力之间的差别,在连续切削与断续切削中,影响刀刃的性能。在涂层过程中,开发新的合金元素也有助于粘结涂层,改善涂层的性能。