如何实现粉末冶金零件生坯的切削加工

钨基高密度合金及其复合材料和其他钨基合金，具有高强度、高密度、高红硬性、低膨胀系数、耐磨损等优异性能，在国防工业和民用工业中已得到广泛应用。但常规粉末压制-烧结工艺制备的产品外形受到一定限制，同时因烧结后零件的硬度高、脆性大、导电性差，故钨基合金零件的后续加工主要采用机械研磨和特种加工，加工手段极为有限且成本很高。近年来，已有很多关于改进粉末冶金零件加工性能的研究报道，如在粉末中添加易切削剂(MnS或MnS2)等，然而采用这种工艺会产生切削刀具磨损快、需频繁更换与调整切削刀具、热处理变形及变色等很多问题。因此，不少研究者已考虑用其他新方法来克服粉末冶金零件低加工性能所引起的问题，其中之一是生坯加工技术，即在烧结之前对零件进行切削加工。这一方法的优点在于：零件粉末颗粒之间极强的原子结合及硬化在烧结之前并未形成，而是以冷焊和颗粒间的机械啮合为主，切削力和切削区的温度均保持在较低范围，刀具的磨损及产生的热量较少，生产效率高，可解决钨基合金粉末冶金零件尺寸、形状受限及生产成本高等问题，扩大钨基合金的应用范围。然而，由于粉末冶金零件的生坯强度通常很低(如生坯密度为6.8g/cm3的压制钢零件的强度仅为12～17MPa)，故其加工抗力很低，由此将导致加工表面的光洁度较差，零件于加工过程中出现边缘破损甚至在装夹时即被破坏。因此，提高粉末冶金零件生坯的密度和强度是实现对其进行切削加工的关键所在。

湖南大学和厦门理工学院采用预烧结工艺提高WC-Co硬质合金的生坯强度，并对其加工性能进行了研究。预烧结温度为750～950℃。对其进行车削和铣削试验以评估生坯的加工性能。试验结果表明，随车削转速的增大，切削加工表面的光洁度变好，但随转速的增大，样品承受的切削力也变大，生坯零件在出刀边缘处存在碎裂现象甚至发生断裂。所以应该采用较低的切削速度。预烧结样品经车削后在出刀边缘处有轻微破碎，而经铣削后样品的整体结构和加工表面的粗糙度均有明显改善。将预烧结且经切削加工的生坯样品在1420℃/45min条件下进行烧结，烧结后样品的尺寸变化平稳，且样品中加工部分与未加工部分的尺寸变化一致。此外经检测，烧结样品的硬度与用传统方法加工零件的相当，表明在生坯切削加工过程中没有引起裂纹或微裂纹的产生。