將刀體先進(jìn)行淬火，而后再在刀體上高頻焊接硬質(zhì)合金刀頭的制作方法對(duì)刀體強(qiáng)度要求不高的銑刀是可行的，但對(duì)于切削速度高，切削力大，尤其是刀體截面積較小的刀具就不能取得滿意的效果。
我廠生產(chǎn)的B1279機(jī)床，用戶訂貨時(shí)要求我廠提供配套的專用刀具如：R7.25、R7.5槽銑刀(見圖1)；1號(hào)、2號(hào)倒角銑刀(見圖2)等。由于這幾種銑刀工作時(shí)切削速度高達(dá)5600～6000r/min，切削力大，按傳統(tǒng)方法制作這樣的銑刀投入使用后很快便折斷或變形，不能滿足用戶要求。又如我廠為外廠制作的成型扁鉆(見圖3)，按設(shè)計(jì)圖樣：刀體為W18Cr4V，刀頭為YG6。按設(shè)計(jì)圖樣材質(zhì)，采用先淬刀體而后再焊刀頭的方法制作的此種刀具投入使用便折斷，根本無(wú)法使用。再如，我廠產(chǎn)品用φ75mm銑刀、φ38mm、φ44mm擴(kuò)鉆(見圖4、圖5)使用原方法制作時(shí)，有：30％的刀具平均每把只能加工200～400件零件，其損壞形式主要是焊口附近的刀體部分折斷或扭曲變形；此外扭曲變形還使刀具精度喪失，造成被加工零件的報(bào)廢。
2.產(chǎn)生問題的原因調(diào)查
為弄清采用刀體先淬火而后再在刀體上高頻焊接硬質(zhì)合金刀頭的制作方法產(chǎn)生前述缺陷的原因，我們做了下面的試驗(yàn)：首先特制了試驗(yàn)銑刀，試驗(yàn)銑刀形狀尺寸的確定原則主要是為了易于金相化驗(yàn)取樣。試驗(yàn)銑刀如圖6所示，其刀體材料為40Cr，刀頭材質(zhì)為YG8。
對(duì)試驗(yàn)刀體先進(jìn)行淬火，工藝為830℃加熱30min油冷卻，200℃回火90min，其熱處理工藝曲線見圖7。試驗(yàn)刀體經(jīng)淬火后的金相組織為馬氏體+少量鐵素體(見圖8)，對(duì)其測(cè)試硬度為52～54HRC(見表1)。在淬火刀體上高頻焊接硬質(zhì)合金刀頭后，對(duì)距焊口1mm處的刀體進(jìn)行金相化驗(yàn)，金相組織為索氏體型珠光體+碎塊狀鐵素體(見圖9)，靠近刀頭處的硬度為20～24HRC(見表1)。由金相組織和所測(cè)的硬度可知，刀體經(jīng)淬火后的高強(qiáng)度、高硬度的馬氏體組織在高頻焊接過程中轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)度和硬度較低的索氏體型珠光體和碎塊狀鐵素體。在這個(gè)轉(zhuǎn)變中，刀體的硬度和強(qiáng)度大大降低。之所以發(fā)生這樣的轉(zhuǎn)變是由于在刀體上高頻焊接刀頭時(shí)，焊接溫度較高，一般在900～950℃；這樣高的溫度使淬火后的刀體在靠近焊口處被正火，從而造成此處硬度、強(qiáng)度的大大下降。而離焊口較近的區(qū)域也由于焊接時(shí)的熱傳導(dǎo)，使該區(qū)域的溫度升高，造成該區(qū)域的中、高溫回火，也使此區(qū)域的強(qiáng)度、硬度下降。刀具使用時(shí)，刀具損壞也最易出現(xiàn)在焊接處，說(shuō)明焊接處刀體硬度、強(qiáng)度下降是刀具損壞的重要原因。
3.熱處理工藝的改進(jìn)
由以上試驗(yàn)和分析，先淬刀體后焊刀頭的方法使刀體靠近焊口處的熱處理效果基本喪失。要增加刀體強(qiáng)度，提高刀具壽命，應(yīng)將刀頭焊接在刀體上后再進(jìn)行銑刀的整體淬火，以保持刀體的熱處理效果。但這種方法以前我廠從未采用過，人們擔(dān)心在淬火的加熱和冷卻過程中會(huì)使硬質(zhì)合金刀頭性能變壞，甚至在加熱過程中焊口發(fā)生變化造成刀頭脫落等。為此，我們就硬質(zhì)合金刀頭在各種不同的熱處理工藝下的性能變化(包括硬度和開裂情況)做了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。對(duì)焊口耐熱程度進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。
由以上兩個(gè)試驗(yàn)可以得出：
(1)硬質(zhì)合金刀頭在900℃以下加熱并冷卻，刀頭硬度不發(fā)生明顯變化。
(2)硬質(zhì)合金刀頭在淬火冷卻中，若淬火介質(zhì)為鹽水時(shí)，硬質(zhì)合金刀頭由于急速冷卻而開裂；若介質(zhì)為油時(shí)，在900℃以下加熱、冷卻，硬質(zhì)合金刀頭不會(huì)發(fā)生開裂。這表明在采用焊接刀具整體淬火時(shí)，刀體應(yīng)選用油冷卻即可淬硬的合金鋼，而不能使用油冷淬不硬、用水才能淬硬的碳素鋼，如刀體采用45鋼或高碳鋼的刀具，焊后整體淬火時(shí)，刀體材料應(yīng)改為合金鋼。
(3)為防止加熱過程中銑刀焊口處焊料熔化，產(chǎn)生焊料流動(dòng)或刀頭與刀體位置變化，淬火溫度不能超過900℃，最好在850℃以下。大部分的合金鋼的淬火溫度都在850℃附近，而中、高合金鋼的淬火溫度一般在900℃以上，因此用具整體淬火時(shí)，刀體材料小應(yīng)選擇中、高合金鋼，如前文提到的成型扁鉆，刀體材料為W18Cr4V，淬火溫度超越了900℃，就不能進(jìn)行整體淬火。
遵循以上三條，我們首先對(duì)試驗(yàn)銑刀(見圖6)進(jìn)行整體淬火，刀體材料、淬火工藝均與先淬后焊的試驗(yàn)銑刀相同，淬后對(duì)刀體距焊口1mm處進(jìn)行金相化驗(yàn)，金相組織為馬氏體+少量鐵素體，硬度52～54HRC，與未焊刀頭時(shí)刀體淬火的金相、硬度一致。
以上對(duì)圖1～圖5所示的各種銑刀、鉆頭進(jìn)行了整體淬火試驗(yàn)并納入正式生產(chǎn)均取得了較好效果。
需要注意的是，銑刀整體淬火時(shí)，由于刀頭焊于刀體上，而硬質(zhì)合金刀頭極硬而脆，稍有磕碰便會(huì)掉角造成報(bào)廢，因而在淬火、回火及以后的噴砂中都必須謹(jǐn)慎小心，決不能有磕碰。
4.效果
采用銑刀整體淬火，焊口處的刀體硬度較原來(lái)先淬刀體后焊刀頭有了大幅度的提高。如圖1、圖2所示的槽銑刀、倒角刀等，采用整體淬火后，解決了這些銑刀一工作便折斷的問題。如圖3所示的成型扁鉆，將刀體材料由W18Cr4v改為40Cr，整體淬火后的使用效果很好。又如圖4、圖5所示的刀具經(jīng)整體淬火后，每把刀可加工零件2000件以上，刀具壽命得到大大提高。
