陶瓷涂层刮刀系例技术数据

可加工陶瓷是一种新型的陶瓷材料，这种材料使用通常的金属加工工具和设备就能加工出精密公差的产品，那陶瓷铣刀目前主要应用于加工哪些材料呢？机械加工业界普遍认为主要是用于硬质合金铣刀不能加工的铸铁和普通钢高速切削加工以及难加工材料的加工，以提高效率的应用也较多。

陶瓷刀具已成功应用于加工各种铸铁（包括灰口铸铁、球墨铸铁、冷硬铸铁、高强铸铁和硬镍铸铁等）、钢件（包括轴承钢、超高强钢、高锰钢、淬硬钢、合金钢和耐热钢等）、热喷涂喷焊材料、镍基高温合金（包括纯镍、镍喷涂与镍焊材料和含镍高密度材料等）。

铣刀加工工艺参数表下面简要的介绍一下它的加工工艺和方法。

一、车加工：车加工操作的关键是使用低的切削速度，最好是100多转/分,较低的转速可以使工件冷却,从而防止陶瓷表面小裂纹的产生,进刀速度0.05-0.13mm/r。

水冷。

熟练后车毛刀用45度车刀一次进3mm都没问题。

在车制可加工陶瓷螺纹时,也应该使用低速度运转,切削量每走一刀,可在0.03-0.05mm范围内。

在进刀量和转速合适的情况下,高速钢和硬质合金钢刀头都是可以使用的,而硬质合金钢刀头更好一些。

刀具的几何参数:主偏角f=80°付偏角f1=5°-6°刀倾角l=-2°后角a=10°-12°前角g=15°-25°二、铣加工：铣加工类似于车加工，使用硬质合金工具，50-60rpm慢的转速，进刀速率为0.03-0.4mm/r,切割深度为不大于3mm。

对铣平面，端面或球面时，出屑槽的多少没有关系，而对较小的铣件两个出屑槽的铣刀比四个出屑槽铣刀好。

三、钻加工:钻各种不同尺寸孔，欲钻较大孔时，最好先钻１.５mm左右的小孔，并且孔的底端面先钻出一个同孔大小一致的锥面，以免钻透时周边崩落，这样钻孔效果可更好。

或两面对打。

或做一个钻模。

如欲钻较大孔时，最好用6个8个10个依次钻。

加工薄壁时先加工好内圆，放上工装支撑圆内部，再加工外圆。

图２ 三三种刮刀纸面粗糙度对比 涂布以６００ｔ／ｄ的机内涂布纸机运行情况计算如下： 陶瓷 刮刀一般在运行２ ４ ｈ 后，会因涂布面品质恶化（ 如纸面粗 糙度过高等） 而更换（其实可用到４ ８ ｈ 甚至更长时间），产 生１ ． ２ ５ ｔ 回抄废品。更换频率和产生的废纸量均比兰刚刮 刀大幅度降低。 涂布陶瓷刮刀又可分为普通陶瓷刮刀和金属陶瓷刮刀。 金属陶瓷刮刀在喷涂材料里混合了金属，使得表面更加 细腻，运行时间是普通陶瓷刮刀的２ 倍以上。金属陶瓷刮 刀可以同兰钢刮刀一样使用，不需要专门开出角度。 涂布不同刮刀工作面，其粗糙度不同。由表１ 可看出，兰钢
涂布涂布纸与纸板作为印刷与包装的主要材料之一，其 用户对质量要求越来越高，要求有细腻的纸面、稳定的品 质。作为涂布纸与纸板的计量元件之一的涂布刮刀在其 中起着非常重要的作用。
1涂涂布刮刀种类
涂布常用的涂布刮刀有兰钢刮刀、陶瓷刮刀、金属陶瓷刮 刀等几种。传统使用最多的是兰钢刮刀。陶瓷刮刀是利用 高温喷涂的方法，在钢刀基材上喷涂氧化锆等，使之形成 一定厚度的陶瓷层，然后经过研磨得到一定角度的涂布 刮刀。而金属陶瓷刮刀则是在喷涂材料里混合了金属，使 涂布面更细腻。
兰钢刮刀
１．４８
０．１１
普通陶瓷刮刀 １．１８
０．０４
金属陶瓷刮刀 １．０６
０．０３
刀与纸面的角度，
β与β 的掌握很重 ０
要。
表示（１ ）β＝ β ，此 ０
时刮刀作用在刀
面 ，工 作 情 况 可 以
接受；
表示（２ ）β＞β０ ，此 时刮刀轻微作用于
刀 尖 ，工 作 情 况 最
Байду номын сангаас
佳；
表示（３）β＜β ，此 ０
刀）或冲程（ 硬 刀 ）进行调

陶瓷刀具的应用不产生粘结，保证了工件的表面粗糙度(一般可达8．8)，此外，陶瓷刀具的抗氧化能力也大大优于硬质合金，所以可以碱小氧化磨损。

2．膏硬度和耐磨性能好陶瓷刀具的常温硬度可达HRA92~955，高于硬质台金，抗弯强度大于800MPa，耐磨性一般为硬质台金的3～5倍．如AG2在加工含铌缸套时耐用度比767硬质台金刀具提高4～5倍．3．高温力学性能好陶瓷刀具材料的高温硬度高，在1200℃的高温下仍能达到HRA80(相当于硬质合金在200--400~7时的硬度)并能继续切削。

同时抗弯强度受高温影响小(在1100℃以下基本无变化)。

陶瓷刀具的最大弱点是断裂韧性比硬质台金低，脆性比硬质合金大因此要求机床具有足够的刚性。

二、陶瓷刀具的正确使用正确选择机夹式可转位陶瓷刀具的几何参数和切削用量，是用好陶瓷刀具的必要条件1．前角的选择前角的大小直接影响刀具切削部分的受力情况和刀片的内应力状态，从而影响刀具的强度和寿命，为了提高陶瓷刀具的抗冲击能力，避免陶瓷刀具的脆性这一弱点，陶瓷刀具在加工中应采用负前角，根据所加工材料的硬度、强度和合金成分，及工件的形状和加工条件的不同．应相应地改变其前角的大小，一般为一6。

—一lO。

2．后角‰的选择刀具的前角选定以后，一般也就决定了后角的大小。

因为陶瓷刀片一般是正方休和长方体，所=‰。

但在特殊情况下也可把刀片后角磨成与前角不同的角度，如车螺纹时一般后角0>3．刃倾角L的选择刃倾角i直接影响切屑流出的方向，影响刀尖·8·T7||长沙工程陶瓷公司(4】oo】3)丝曼尤岭水江陶瓷工具r(412500)矍匦迂的强度及其散热条件，也影响工作的平稳性。

刃倾角i为正，刀尖强度低锋利陶瓷刀具应采用负的刃倾角以增强刀尖的强度，一般为-4。

～一8。

主犏角及酣蝙角的选择主偏角主要根据机床工件的刚性及工件的加工要求来选用，一般为15。

3O。

、60。

75。

和90。

等机夹刀体5．切削用量的选择切削速度v 直接影响到生产率、加工质量和刀具寿命，根据陶瓷刀具适应高速切削的特点，应选择比硬质台金刀具高的切削速度(一般为硬质台金刀具的2～10倍，在断续切削和粗加工时切削速度v应稍低)进给量应稍低于硬质合金刀具，切削深度影响不大．如精车35CrMnSiA淬A钢时，v=100～160m／min，01～015mm／r三、陶瓷刀具的刃磨陶瓷刀具材料硬度高，故一般采用人造金刚石砂轮进行磨削及刃磨．金刚石砂轮选用树脂粘结剂、浓度为75％，中软砂轮研磨采用碳化硼粉，粒度lO0～180，与机械油混合成稠状．也可用240--320粒度金剐石油石研磨刃口，消除刃口的微锯齿状刀片研磨好以后，切削加工前应检查刀体刀槽表面是否平整，压板压紧力是否均匀可靠。

陶瓷涂层刮刀片的工艺设计研究钟锦华摘㊀要:文章中主要分析了陶瓷涂层刮刀片基体Ｃｒ１２Ｍｏ１Ｖ１的热处理工艺和超音速火焰涂层工艺ꎬ并提出相应的淬回火优化工艺和最合适的喷涂工艺ꎮ实验中通过分析不同的淬火温度后的热处理达到的硬度韧性分析ꎬ选择最佳的淬火温度ꎮ对热处理后的金相显微分析㊁拉伸力学实验㊁硬度测试㊁对性能及微组织的分析ꎬ选用最合适的实验方案ꎮ在后面的超音速火焰喷涂中ꎬ涂层的厚度明显随喷涂层数递增ꎬ在相同层数条件下ꎬ再选择合适的电压ꎮ关键词:陶瓷涂层刮刀片基体ꎻＣｒ１２Ｍｏ１Ｖ１ꎻ淬回火工艺优化ꎻ超音速火焰喷涂一㊁绪论(一)陶瓷涂层刀片的国内外现状陶瓷是金属元素和非金属元素组成的晶体或非晶体化合物ꎮ因为具有共价键和离子键的结构以及自身的一些特性使陶瓷拥有很高的硬度㊁熔点和刚度㊁化学稳定性也高㊁小的摩擦系数㊁并且绝缘绝热等优越的性能ꎬ因而表现出了很强的优势ꎮ又因为陶瓷材料本身存在的气孔和玻璃相ꎬ塑性变形能力差ꎬ强度低以及韧性低也是陶瓷材料的弊端ꎮ在很多工艺制作和加工过程中ꎬ往往容易发生破碎对工艺造成很大的影响ꎬ从而大范围的限制了陶瓷材料的应用ꎮ在许多发达国家ꎬ整个刀具市场的８０％以上已经是涂层刀具ꎬ而且绝大多数的高速钢以及硬质合金刀具在投入使用之前都要经过涂层ꎮ在印刷企业中刮纸刀是重要的加工工具之一ꎬ随着客户对其质量要求的日益提高ꎬ刮刀片也需要逐渐改进ꎮ此次研究的是钢刮刀的升级产品一一陶瓷涂层刮刀ꎮ陶瓷涂布刮刀是基体钢在经过热处理之后ꎬ在表面上用金属氧化物的热喷涂法技术ꎬ最后再来精密的切削及加工工艺的钢刮刀ꎬ它的优点是精度高ꎬ耐磨性好ꎬ高的表面平整度ꎬ边缘有强的耐磨损能力ꎬ使用寿命长ꎬ生产品质很高ꎬ不需要多余的磨合时间ꎬ低频的换刀次数等ꎮ下面将陶瓷涂层刮刀跟普通钢刮刀片对比ꎬ陶瓷涂层刮刀片有下列的优点:(１)刮刀片是整个机器中最关键最重要的部件ꎬ也有一个最显著的特性就是易磨损ꎬ这也是刮刀片寿命后期失效的原因ꎮ(２)在生产纸张的时候质量一定要把好关ꎬ因此要保证纸张有良好的平整度和成纸的光泽感ꎮ(３)在刮纸的过程中ꎬ会有很多原因导致纸浆的不均匀ꎬ因此普通钢刮刀的边缘两侧会出现磨损和烧伤ꎬ两侧的几何状相差很大ꎬ纸张成张性差ꎮ金属陶瓷刮刀片在表面喷涂过程中加入了金属碳化物ꎬ其表面更加的光滑ꎮ优良的陶瓷涂层刮刀离不开性能良好的金属基体ꎬ考虑到高硬度高强度ꎬＣｒ１２Ｍｏ１Ｖ１钢(Ｄ２钢)很符合条件ꎮ(二)Ｃｒ１２Ｍｏ１Ｖ１钢在切纸刀中的应用Ｃｒ１２Ｍｏ１Ｖ１钢在国外是应用的很广泛的一种型高合金高碳高铬冷作模具钢ꎬ平衡组织为莱氏体ꎬ也是引进的钢种ꎮ而且Ｃｒ１２Ｍｏ１Ｖ１钢是在Ｃｒ１２ＭｏＶ钢的基础上改变元素含量得到的ꎬ而残留的碳化物更加的细小均匀ꎬ韧性更好ꎬ淬透性也更好ꎬ有良好的二次硬化特性ꎮ在高温状态下ꎬＣｒ１２Ｍｏ１Ｖ１也有了好的氧化性能ꎬ热处理的变形量也有变小ꎮ因此Ｃｒ１２Ｍｏ１Ｖ１和Ｃｒ１２ＭｏＶ钢对比ꎬＣｒ１２Ｍｏ１Ｖ１钢的热处理工艺性更加优秀ꎬ在大型冷作模具制作上应用十分广泛ꎮＣｒ１２Ｍｏ１Ｖ１钢的特性也很显著ꎬ钢在热处理过程中ꎬ部分Ｍｏ㊁Ｖ元素固溶在奥氏体ꎬ增强了淬透性ꎬ冷却过程两种元素还停留在基体组织中ꎬ基体组织得到了强化ꎬ提高其回火稳定性ꎬ所以二次硬化效果增强ꎮ再者ꎬ钢中含有的Ｍｏ㊁Ｖ元素ꎬ比Ｃｒ１２ＭｏＶ钢组织里面的碳化物晶粒更均匀细小ꎬ韧性高ꎬ耐磨性好ꎮ其余的微量元素同样强化了基体组织ꎬ改善了碳化物的偏析ꎬ使性能变得更加的优良ꎮ相比于Ｃｒ１２ＭｏＶ钢ꎬ强度高ꎬ韧性好ꎬ耐磨性好ꎬ寿命长等特性ꎬ因此被越来越多的使用ꎮ二㊁陶瓷涂层刮刀片基体热处理工艺介绍(一)陶瓷涂层刮刀片基体进行热处理实验１.热处理淬火探究实验在淬火探究实验中ꎬ淬火的热处理参数如下所示ꎬ将２块φ３０５ｍｍ的试样材料加热到６００ħ保温０.５ｈꎬ再升到８５０ħ保温０.５ｈꎬ再分别升温到１０５０ħꎬ１０６０ħ后保温２ｈꎬ再用空冷的方式进行冷却ꎮ接下来进行第一次的回火加热到２００ħꎬ保温２ｈꎬ冷却到室温后二次回火加热到４８０ħꎬ保温时间为２ｈꎬ再冷却到室温就完成了ꎮ结论:基体为回火马氏体和残余奥氏体(少量)ꎬ白色块状是共晶碳化物以及白色颗粒状碳化物ꎮ同时注意ꎬ回火的时候应当注意避开２７５ħ~３７５ħ间的回火脆性区ꎬ最好进行两次的回火ꎬ可较充分的降低其残余应力ꎮ并且在此温度对比下ꎬ金相组织情况区别甚微ꎮ２.力学性能试验取出我们实验其中的一块板材ꎬ用线切割的手法得到３块标准的试样用于接下来的拉伸实验ꎮ对淬火实验进行硬度测量ꎬ硬度数据和力学性能试验数据如表１ꎮ表１　淬火实验组力学性能试验数据编号温度(ħ)硬度ＨＲＣ宽(ｍｍ)厚(ｍｍ)Ｆ(ｋＮ)Ｒｍ(ＭＰａ)Ａ％ＥⅠ１０５０５８９.９２３.１３３８.９５１２９０１.２２０７０７２.０６２５Ⅱ１０５５５８.５９.９２３.４７３８.８５１２０００.６１９０８５０.０７８１６４１技术与检测Һ㊀续表编号温度(ħ)硬度ＨＲＣ宽(ｍｍ)厚(ｍｍ)Ｆ(ｋＮ)Ｒｍ(ＭＰａ)Ａ％ＥⅢ１０６０５８１５.００２.７５４２.３９９９００.３２０１９１３.０９３８㊀㊀结论:由力学拉伸实验数据得知ꎬ在１０５０ħ时ꎬ抗拉强度最大ꎬ抗拉强度总延伸率最好ꎮ其中ꎬ在第三组实验中ꎬ出现严重打滑现象ꎮ三㊁超音速火焰喷涂制备金属陶瓷涂层(一)设备构成控制系统㊁送粉器㊁喷枪联动装置㊁气体供应系统和喷枪冷却系统这五部分构成了整个的超音速火焰喷涂设备ꎮ１.控制系统是ＸＭ－５０００ＳＫ丙烷超音速系统ꎻ２.送粉器是ＺＢ２０００超音速高压送粉器ꎻ３.喷枪联动装置是ＣＭ２０Ｌ－４０四轴步进㊁伺服控制器ꎻ４.气体供应系统有氧气(Ｏ２ꎬ蓝色罐ꎬ数量５)㊁氮气(Ｎ２ꎬ送粉气体ꎬ１.２兆帕)㊁氢气(Ｈ２ꎬ绿色罐)㊁丙烷(Ｃ３Ｈ８ꎬ燃烧气体ꎬ棕红色罐ꎬ置于可燃气体保存柜ꎬ因低温液化达不到喷涂流量ꎬ所以使用时需要加热袋升温)ꎻ５.喷枪冷却系统有空压机(调节气压)㊁储气罐(内置油水分离装置)和空气冷冻干燥机(除油除水ꎬ通过高级过滤使空气无水无油无颗粒)ꎮ(二)主要工艺参数１.超音速火焰喷涂装置前处理实验设备前期检查:利用鼓泡法检查各罐气体是否漏气ꎬ管道是否破损ꎻ查看可燃气体保存柜排风及加热是否运行正常ꎻ试运行三轴数控滑台及喷枪联动杆程序ꎮ开启各种气体ꎻ开启控制系统㊁喷枪冷却系统㊁气体供应系统㊁除尘装置ꎻ开启喷涂装置㊁喷枪联动装置㊁送粉装置ꎮ２.粉末特性实验所选用的一种粉末材料是微米级镍基碳化钨钴粉末ꎬ镍基碳化钨钴粉末的ＷＣ－１２Ｃｏ占的４５％ꎬ剩下为镍粉和铬粉按４:１制成混合粉料ꎬ用霍尔流量计测量其粉末流动性为２５~２８ｓꎮ３.喷涂距离对于大部分超音速火焰喷涂系统来说ꎬ粉末颗粒从喷枪被喷射１００ｍｍ时就能上升到它的最高温度ꎬ之后随着喷射距离增加而降温ꎬ对于超音速火焰喷涂来说ꎬ不同材料加热到熔融状态的时间并不相同ꎬ所以尽量使粉末加热时间增加ꎬ也就是尽量让涂层粉末迟点到达工件表面ꎮ综上所述ꎬ说选取的喷涂距离应最佳为２３０ｍｍꎮ４.送分电压超音速火焰喷涂的过程中ꎬ其中最重要的一个参数就是送粉机的送粉电压ꎬ送粉电压决定了送粉量和火焰温度ꎬ而送粉量在很大程度上能改变涂层厚度㊁致密度和结合度ꎮ所以调节一个好的送粉电压对涂层性能至关重要ꎮ研究表明:喷涂金属陶瓷涂层时当送粉电压在４~７Ｖ之间变化时ꎬ会有良好的燃烧温度和适宜的送粉量ꎬ送粉量在３８~６０ｇ/ｍｉｎ之间变化时ꎬ涂层孔隙率在１.１２％~２％之间ꎮ(三)金属陶瓷涂层微观组织形貌为了探究超音速火焰喷涂涂层易腐蚀和验证涂层致密性不足的推断ꎬ因此文章采用ＳＥＭ对涂层进行分析ꎬ以微观观察涂层的厚度㊁均匀度㊁元素分布和成分分析ꎮ综合来说ꎬ虽然喷涂层数高的涂层相比较低层数情况要良好一些ꎬ但是ＷＣ－Ｃｏ金属陶瓷涂层都含有可见较大的气泡缝隙和球状 液滴 ꎬ并没有把基体覆盖完全ꎬ均存在腐蚀漏洞ꎮ１.涂层厚度分析整体来看ꎬ涂层通过超音速火焰喷涂在工件上的结合度较好ꎬ少有空隙ꎮ综上所述:ＷＣ－Ｃｏ涂层明显ꎬ球状 气泡 众多ꎬ且表面不平整ꎻ但都未达到防腐蚀涂层的致密度㊁结合度㊁平整度ꎮ在不同位置测量ＷＣ－Ｃｏ金属陶瓷涂层样品的涂层厚度３次ꎬ并取涂层厚度平均值ꎬ如下表２所示:表２㊀ＷＣ－Ｃｏ金属陶瓷涂层１至８号样品涂层厚度/μｍ样品编号４.５－３４.５－６４.５－９４.５－１２６－３６－６６－９６－１２ＷＣ－Ｃｏ３４.８５４０.０７４２.７４５６.６５３３.８３３６.８７４６.８６５４.２２㊀㊀从表２中可以看出涂层的厚度明显随喷涂层数递增ꎬ对于ＷＣ－Ｃｏ涂层ꎬ在相同层数条件下ꎬ理论上高送粉电压会有更多送粉量ꎬ但涂层并没有变厚ꎬ６Ｖ送粉电压的涂层厚度要比４Ｖ送粉电压的薄ꎮ四㊁结论Ｄ２属于高碳高铬型钢ꎬ属于莱氏体钢ꎮ经过热处理之后ꎬ其金相组织能够得到均匀的回火马氏体ꎬ少量残余的奥氏体以及块状共晶碳化物和白色细颗粒二次碳化物ꎮ在１０５０ħ时ꎬ其中的碳物颗粒更加的均匀细小ꎮ通过力学性能实验对比ꎬ在１０５０ħ时ꎬ抗拉强度最大ꎬ延伸率最好ꎮ在此基体钢基础上通过超音速火焰喷涂技术涂层ꎬＷＣ－Ｃｏ涂层明显ꎬ涂层的厚度明显随喷涂层数递增ꎬ在相同层数条件下ꎬ理论上高送粉电压会有更多送粉量ꎬ但涂层并没有变厚ꎬ６Ｖ送粉电压的涂层厚度要比４Ｖ送粉电压的薄.参考文献:[１]邓世均.热喷涂高性能陶瓷涂层[Ｊ].材料保护ꎬ１９９９(１). [２]郭亚龙.涂布刮刀使用性能的分析[Ｊ].中华纸业ꎬ２００５(４):４４－４５.[３]周军峰.刮刀涂布理论[Ｊ].西南造纸ꎬ２００５ꎬ３４(３):１４－１５. [４]赵昌盛.模具材料及热处理手册[Ｍ].机械工业出版社ꎬ２００８.[５]李作贤.冷作模具钢Ｃｒ１２Ｍｏ１Ｖ１钢材的研制与开发[Ｊ].特钢技术ꎬ２００５ꎬ１０(１):３８－４４.[６]张定夷.Ｃｒ１２Ｍｏ１Ｖ１钢组织和性能研究[Ｊ].金属热处理ꎬ１９９８(４):１－３.[７]陆荣平.Ｃｒ１２Ｍｏ１Ｖ１钢退火工艺的研究[Ｊ].四川冶金ꎬ１９９３(３):５０－５３.[８]梁桂强ꎬ邹丽静ꎬ邵芳ꎬ等.超声电沉积制备ＮｉＧＴｉＮ涂层及其耐腐蚀特性研究[Ｊ].功能材料ꎬ２０１４(１３):１３０５９－１３０６３. [９]刘建武ꎬ张雪莹ꎬ张吉阜ꎬ邝子奇ꎬ黄科ꎬ曾威.热喷涂碳化钨涂层对４０ＣｒＮｉＭｏＡ钢耐腐蚀与抗疲劳性能的影响[Ｊ].热加工工艺ꎬ２０１５ꎬ４４(８):１２５－１２８.作者简介:钟锦华ꎬ黑旋风锯业股份有限公司ꎮ７４１。