在許多情況中，高質(zhì)量切割刀具的生產(chǎn)通常始于粉末金屬的使用。當(dāng)前，粉末金屬處理需要粉末通過氣體霧化而成形，其中讓粉末粒子快速冷卻，形成非常小的粒度 — 粉末金屬材料的一個(gè)通用特征參數(shù)。高速鋼（HSS）粉末的使用允許形成更多硬質(zhì)合金成形元素。因此，小粒度和更高級別的硬質(zhì)合金成形結(jié)果會保證粉末金屬高速鋼更高的硬度及耐磨性。 然而，這些材料的成本一般要比傳統(tǒng)結(jié)晶冶金刀具級合金的高。為生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)高速鋼切削刀具而需要將粉末金屬加工成棒料，這所帶來的額外處理成本將會非常高，因此每磅棒料的售價(jià)會高達(dá)20～30美元。這種成本因素已經(jīng)嚴(yán)重地限制了它在標(biāo)準(zhǔn)切削刀具生產(chǎn)中的應(yīng)用，盡管它具有顯著的特性。 在制造行業(yè)，激光沉積技術(shù)在修理、改造和快速原型方面得到了越來越多的應(yīng)用。該技術(shù)通常會采用一種粉末，這種粉末能夠被激光束高效熔化并精確沉積到基質(zhì)材料上。激光沉積過程的特點(diǎn)有：熱變形低、對基質(zhì)產(chǎn)生的金相損失最? ⒊粱俁認(rèn)嘍越細(xì)擼倍猿粱錕梢越鋅燜俟袒?。諒T┦糶越岷掀鵠淳褪溝眉す獯沓閃艘恢?jǐn)S硐氳暮蜓∈侄巍梢雜美從醒≡竦厴糜誆煌τ貿(mào)『系墓こ濤⑾附峁?。[1-3]但是，要獲得刀具元件所需性能卻帶來了一個(gè)難以克服的挑戰(zhàn)。 意識到激光沉積的潛力后，Alvord-Polk公司開展了一個(gè)研發(fā)項(xiàng)目來尋找其可能的應(yīng)用，評價(jià)現(xiàn)有產(chǎn)品的激光沉積，并對其定性，同時(shí)還對因這種技術(shù)產(chǎn)生的可能節(jié)省進(jìn)行量化。初始試驗(yàn)是與賓夕法尼亞州立大學(xué)（賓州ARL）的應(yīng)用研究室合作進(jìn)行的，隨后的開發(fā)是在Alvord-Polk位于賓州Millersburg市的工廠內(nèi)進(jìn)行的。這種研發(fā)的結(jié)果表明，通過可選性地用 Rex 121TM對一種低成本的HSS毛坯進(jìn)行激光沉積，可以在可接受的成本下實(shí)現(xiàn)粉末金屬級質(zhì)量。 圖1. Alvord-Polk的五軸激光沉積系統(tǒng)圖1顯示了在Alvord-Polk處，采用一臺裝有2kW CO2激光器以及同軸粉末進(jìn)給系統(tǒng)的五軸激光系統(tǒng)在刀具毛坯件上精確沉積含有高硬質(zhì)合金材料的情形。圖2顯示了用該系統(tǒng)生產(chǎn)的一個(gè)沉積和磨削后直徑32mm立銑刀的照片。圖3顯示了當(dāng)前正在開發(fā)的其他刀具應(yīng)用的原理圖。Alvord-Polk已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于許多應(yīng)用而言，激光沉積對刀具元件保證了所需要的硬度和耐用度，同時(shí)降低了與材料及輔助操作相關(guān)的成本。 圖3.Alvord-Polk當(dāng)前正在開發(fā)的激光沉積的刀具應(yīng)用原理示意圖在刀具工業(yè)中應(yīng)用激光沉積技術(shù)的機(jī)會僅受可沉積的材料約束，如今人們正在進(jìn)行的重要研究：用于高耐磨應(yīng)用場合的激光處理粉末合成的改進(jìn)配方。[4, 5]通過合金感應(yīng)變相、通過第二相粒子的合成強(qiáng)化或者二者的結(jié)合而建立固化沉積物中的發(fā)展屬性。復(fù)合微觀結(jié)構(gòu) — 一種高硬度并含有非常硬粒子的可焊接矩陣形式 — 為刀具級材料進(jìn)行激光沉積提供了巨大機(jī)遇。 對具有復(fù)合物微觀結(jié)構(gòu)的刀具級材料進(jìn)行激光沉積已經(jīng)商業(yè)化。在Alvord-Polk有限公司與聯(lián)合機(jī)器和工程公司（位于俄亥俄洲D(zhuǎn)over市）之間的合作已經(jīng)促成一項(xiàng)在生產(chǎn)中切削刀具的應(yīng)用。專用深孔鉆頭刀片需要在鎢硬質(zhì)合金刀片后面整個(gè)直徑上采用鍍鉻或硬質(zhì)合金耐磨墊塊。Alvord-Polk與賓州ARL合作開發(fā)了一個(gè)采用Rex 121以及大量鎢硬質(zhì)合金粒子的激光熔覆材料。這種材料組合所帶來的性能卓越的耐磨墊塊可以進(jìn)行選擇性沉積，以取代鉻或釬焊硬質(zhì)合金耐磨墊塊。圖4顯示了一個(gè)帶有激光沉積耐磨墊塊的深孔鉆頭刀片。 圖4. 深孔鉆頭刀片照片，顯、示了采用Rex 121及鎢硬質(zhì)合金粉末生產(chǎn)的激光沉積耐磨墊塊對采用這種技術(shù)的刀具進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果超出了預(yù)計(jì)。鉆頭在被加工表面的速度比電鍍鉻刀具快2倍，耐磨性超出電鍍鉻刀具的2~4倍。此外，它還是一種針對釬焊或螺栓栓接硬質(zhì)合金耐磨墊塊的經(jīng)濟(jì)性替代方案，因?yàn)槟p的刀具可以返回廠家進(jìn)行重磨，并重新進(jìn)行新的激光沉積。 通過激光沉積生產(chǎn)刀具級材料為刀具工業(yè)革命提供了潛力。加工依賴于激光的地方在于：激光沉積能夠僅在切削刀具上需要的地方精確沉積高度工程化的材料、從而能減少成本高昂的材料用量及二次操作。已經(jīng)表明，用這種方法生產(chǎn)的刀具性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出普通材質(zhì)刀具，同時(shí)降低了制造成本。這種技術(shù)將隨著專門為這些應(yīng)用所設(shè)計(jì)的新材料的發(fā)展而得到進(jìn)一步推廣。 Ronald E. Boyer（rboyer@alvordpolk.com）是Alvord-Polk有限公司（位于賓夕法尼亞州Millersburg市）的總裁。Richard P. Martukanitz (rxm44@psu.edu)是賓夕法尼亞州立大學(xué)應(yīng)用研究實(shí)驗(yàn)室激光加工部（賓夕法尼亞州立大學(xué)）主任。