車刀的刃磨與裝夾

車刀裝置狀況的好壞直接影響到被加工零件的尺度精度和外表粗糙度，假如我們不留意車刀的正確裝置，就會降低切削效果，乃至損壞刀具和工件。

1.車刀裝夾的基本要求

　?。?）車刀不能伸出刀架太長，在滿意車削的狀況下，盡可能伸出短些。因為車刀伸出過常，刀桿剛性相對削弱，簡單發(fā)生振蕩，使車出的工件外表光潔度差。一般車刀伸出的長度不超越刀桿厚度的2倍。切槽刀車刀伸出的長度比槽深多2～3mm。 堵截刀車刀伸出的長度比工件壁厚多2～3mm。 　

?。?）車刀刀尖應對準工件的中心。車刀裝置得過高或過低都會引起車刀視點的變化而影響正常切削。

　　（3）車刀刀桿應與車床主軸軸線垂直 。

　?。?）裝車刀用的墊片要平整，盡可能地用厚墊片以削減片數，一般只用2～3片。如墊刀片的片數太多或不平整，會使車刀發(fā)生振蕩，影響切削。各墊片應墊在在刀桿正下方，前端與刀座邊際齊。

　?。?）裝上車刀后，要緊固刀架螺釘，一般要緊固兩個螺釘。緊固時，應運用專用扳手輪換逐一擰緊。不必加力桿，避免使螺釘受力過大而損害。

　　為進步車削作業(yè)效率，刃磨車刀時充分考慮刀具各刃的綜合應用，車刀裝置在刀架上，在不滾動或少滾動刀架的狀況下完結盡量多的作業(yè)。下面介紹幾種批量生產時車刀的裝夾方法。

2. 車刀的裝夾方法

　　（1）如圖1所示，工件需求車外圓、車端面、倒角，假如只用一把車刀需求滾動刀架。

　　若把車刀前面磨成如圖2所示，在不滾動刀架的狀況下就能夠完結車外圓、車端面、倒角作業(yè)。

　　（2）如圖3所示，工件需鉆孔、孔口倒角。一般狀況下需求麻花鉆、外圓車刀、孔口倒角用車刀、450偏刀（或將外圓車刀偏轉車端面）

　　若將車刀前面磨成如圖4，車端面時，從工件外圓車至工件中心，在工件中心處縱向移動2.7mm，然后中滑板退刀進行孔口倒角至要求，然后削減刀具裝夾，削減作業(yè)程序，進步效率。

　?。?）如圖5所示，軸上切槽、槽的兩端倒角。一般狀況下需求切槽刀，而且需求偏轉刀架倒角，而左端的倒角很簡單碰到卡盤，極不安全。若將切槽刀左右刃別離刃磨來契合倒角要求（如圖6的車刀前面圖），不需求偏轉刀架即可完結切槽、倒角的作業(yè)。

　?。?）如圖7所示，工件需求車外圓、車端面、切槽、倒角、倒圓。將車刀前面刃磨成如圖8所示，不滾動刀架的狀況下一次完結一切操作。AD刃車外圓，AB刃起修光效果。AB刃切端面挨近中心時DE刃倒圓。AB刃切槽時，BC刃倒角。

　?。?）如圖9所示，對管材孔口倒角和端面倒角?？蓪④嚨肚懊嫒心コ扇鐖D10所示。車刀裝在刀架上，調理固定好中滑板方位。經過小滑板調理軸向倒角的巨細。能夠只動小滑板完結孔口倒角和端面倒角。

　?。?）如圖11所示的導管。

　　按照如圖12所示下料。備料時兩切槽刀裝夾于刀架上。右端切槽刀用于切端面、定位。左端切槽刀用于堵截。兩刀刃切削距離28mm，然后確保中滑板進刀一次完結下料作業(yè)。

　　（7）在普車上下料：將鋸片式銑刀裝在刀桿上，裝夾于自定心卡盤上。如圖13所示，將夾具裝夾于刀架上，上孔穿工件并用內六角螺母鎖緊，下孔穿限位資料并用內六角螺母鎖緊（以便快速確定資料尺度）。中滑板進刀即可完結下料作業(yè)，然后將車床改為簡易銑床用。

3.刃磨留意事項

　　批量生產機遇夾車刀不一定滿意車削要求，一般要根據圖樣要求自己刃磨車刀，刃磨時應留意以下幾方面：

　　（1）砂輪的挑選：氧化鋁砂輪（白色）適用于刃磨高速鋼車刀和硬質合金車刀的刀桿部分。（綠色）碳化硅砂輪適用于刃磨硬質合金車刀刀頭。粗磨時挑選較粗的磨粒能夠進步生產率。精磨時挑選較細的磨粒能夠減小外表粗糙度。

　?。?）砂輪的修整：刃磨前用砂輪刀、砂條或金剛筆對砂輪外表進行修整，在修整時稍加壓力并來回移動。

　?。?）車刀高低有必要控制在砂輪水平中心。刀尖上翹約3°～8°，車刀觸摸砂輪應作左右方向水平移動。當車刀脫離砂輪時,刀尖需向上抬起,以防磨好的刀刃被砂輪碰傷。磨主后邊時,刀桿尾部向左偏過一個主偏角的視點,磨副后角時,刀桿尾部向右偏過一個副偏角的視點。修磨刀尖圓弧時，通常以左手握車刀前端為支點，用右手滾動車刀尾部。

　?。?）刃磨車刀時，雙手握車刀，輕靠砂輪旋轉外表，并作水平方向的左右緩慢移動，避免砂輪外表呈現凹坑，直至刃磨視點完結。

　　（5）刃磨硬質合金車刀時,不可把刀頭部分放入水中冷卻,以防刀片突然冷卻而碎裂。 刃磨高速鋼車刀有必要隨時沾水冷卻，以防退火。

　?。?）粗磨:磨主后邊，一起磨出主偏角及主后角；磨副后邊, 一起磨出副偏角及副后角；磨前面,一起磨出前角及刃傾角。

　?。?）精磨：修磨前面、修磨主后邊和副后邊、修磨刀尖圓弧。

　?。?）研磨：經過刃磨的車刀，其切削刃有時不行平滑，這時用油石加少量機油對切削刃進行研磨，能夠進步刀具耐用度和工件外表的加工質量。研磨時將油石與刀面貼平，然后將油石沿刀面上下或左右移動。研磨時要求動作平穩(wěn)，用力均勻，不能破壞刃磨好的刃口。

　　（9）經過目測法、樣板法、視點測量儀查看刀具是否契合要求，也能夠進行試車查看。批量生產時將車刀刃磨成契合圖樣車削要求，在不滾動刀架或少滾動刀架的狀況下完結盡量多的作業(yè)能蕞大極限的進步加工效率。但對操作者要求較高，需求在作業(yè)中不斷加以總結進步。

機械加工開展的總趨勢是高功率、、高柔性和強化環(huán)境意識。在機械加工范疇，切（磨）削加工是運用廣泛的加工辦法。

點擊檢查『 刀具集創(chuàng)始的這個項目，給刀具人幫了大忙』

高速切削是切削加工的開展方向，已成為切削加工的干流。它是先進制造技能的重要共性關鍵技能，推廣運用高速切削技能將大幅度前進出產功率和加工質量并降低成本。

高速切削技能的開展和運用決定于機床和刀具技能的前進，其間刀具資料的前進起決定性的效果。研討表明，高速切削時，跟著切削速度的前進，切削力減小，切削溫度上升很高，達到必定值后上升逐步趨緩。

造成刀具損壞主要的原因是切削力和切削溫度效果下的機械摩擦、粘結、化學磨損、崩刃、破碎以及塑性變形等磨損和破損，因而高速切削刀具資料主要的要求是高溫時的力學功能、熱物理功能、抗粘結功能、化學穩(wěn)定性（氧化性、分散性、溶解度等）和抗熱震功能以及抗涂層決裂功能等。

根據這一要求，近20多年來，開展了一批適于高速切削的刀具資料，可在不同切削條件下，切削加工各種工件資料。雖然咱們總是期望得到既有高的硬度以確保刀具的耐磨性，又有高的耐性來防止刀具的碎裂，但現在的技能開展還沒有找到如此優(yōu)越功能的刀具資料，魚于熊掌無法兼得。

因而，咱們會在實踐中按照需求選用更合適的刀具材科，粗加工時優(yōu)先考慮刀具資料的耐性，精加工時優(yōu)先考慮刀具資料的硬度。當然人們還期待著以超高切削速度進行加工而取得更好的效果。下面僅就常見的工件資料及刀具的相關情況做如下簡單介紹。

鋁合金  

01

1.1 易切削鋁合金

該資料在航空航天工業(yè)運用較多，適用的刀具有K10、K20、PCD，切削速度在2000～4000m/min，進給量在3～12m/min，刀具前角為12°～18°，后角為10°～18°，刃傾角可達25°。

1.2 鑄鋁合金

鑄鋁合金根據其Si含量的不同，選用的刀具也不同。

對Si含量小于12%的鑄鋁合金可選用K10、Si3N4刀具，當Si含量大于12%時，可選用PKD（人造金剛石）、PCD（聚晶金剛石）及CVD金剛石涂層刀具。

關于Si含量達16%～18%的過硅呂合金，蕞好選用PCD或CVD金剛石涂層刀具，其切削速度可在1100m/min，進給量為0.125mm/r。

鑄 鐵  

02

對鑄件，切削速度大于350m/min時，稱為高速加工，切削速度對刀具的選用有較大影響。當切削速度低于750m/min時，可選用涂層硬質合金、金屬陶瓷；切削速度在510～2000m/min時，可選用Si3N4淘瓷刀具；切削速度在2000～4500m/min時，可運用CBN刀具。鑄件的金相組織對高速切削刀具的選用有必定影響，加工以珠光體為主的鑄件在切削速度大于500m/min時，可運用CBN或Si3N4，當以鐵素體為主時，由于分散磨損的原因，使刀具磨損嚴峻，不宜運用CBN，而應選用淘瓷刀具。

如粘結相為金屬Co，晶粒尺度平均為3?m，CBN含量大于90%～95%的BZN6000在V=700m/min時，宜加工高鐵素體含量的灰鑄鐵。粘結相為陶瓷（AlN AlB2）、晶粒尺度平均為10?m、CBN含量為90%～95%的Amborite刀片，在加工高珠光體含量的灰鑄鐵時，在切削速度小于1100m/min時，隨切削速度的增加，刀具壽數也增加。

一般鋼

03

切削速度對鋼的表面質量有較大的影響，據研討，其蕞佳切削速度為500～800m/min。現在，涂層硬質合金、金屬陶瓷、非金屬陶瓷、CBN刀具均可作為高速切削鋼件的刀具資料。其間涂層硬質合金可用切削液。用PVD涂層辦法出產的TiN涂層刀具其耐磨功能比用CVD涂層法出產的涂層刀具要好，因為前者可很好地堅持刃口形狀，使加工零件取得較高的精度和表面質量。

金屬淘瓷刀具現在占市場份額較大，以TiC-Ni-Mo為基體的金屬陶瓷化學穩(wěn)定性好，但抗彎強度及導熱性差，適于切削速度在400～800m/min的小進給量、小切深的精加工：用TiCN作為基體、結合劑中少鉬多鎢的金屬陶瓷將強度和耐磨兩者結合起來，用TiN來增加金屬陶瓷的耐性，其加工鋼或鑄鐵的切深可達2～3mm。

高硬度鋼

04

高硬度鋼（HRC40～70）的高速切削刀具可用金屬陶瓷、陶瓷、TiC涂層硬質合金、PCBN等。金屬陶瓷可用基本成分為TiC增加TiN的金屬陶瓷，其硬度和斷裂耐性與硬質合金大致相當，而導熱系數不到硬質合金的1/1O，并具有優(yōu)異的耐氧化性、抗粘結性和耐磨性。

別的其高溫下機械功能好，與鋼的親和力小，適合于中高速（在200m/min左右）的模具鋼SKD加工。金屬陶瓷尤其適合于切槽加工。選用淘瓷刀具可切削硬度達63HRC的工件資料，如進行工件淬火后再切削，實現“以切代磨”。切削淬火硬度達48～58HRC的45鋼時，切削速度可取150～18Om/min，進給量在O.3～0.4min/r，切深可取2～4mm。粒度在1?m，TiC含量在20%～30%的Al203-TiC淘瓷刀具，在切削速度為100m/min左右時，可用于加工具有較高抗剝落功能的高硬度鋼。當切削速度高于1000m/min時，PCBN是蕞佳刀具資料，CBN含量大于90%的PCBN刀具適合加工淬硬工具鋼（如55HRC的H13工具鋼）。

高溫鎳基合金

05

Inconel 718鎳基合金是典型的難加工資料，具有較高的高溫強度、動態(tài)剪切強度，熱分散系數較小，切削時易產生加工硬化，這將導致刀具切削區(qū)溫度高、磨損速度加快。高速切削該合金時，主要運用陶瓷和CBN刀具。碳化硅晶須增強氧化鋁陶瓷在100～300m/min時可取得較長的刀具壽數，切削速度高于500m/min時，增加TiC氧化鋁淘瓷刀具磨損較小，而在100～300m/min時其缺口磨損較大。氮化硅陶瓷（Si3N4）也可用于Inconel 718合金的加工。一般認為，SiC晶須增強陶瓷加工Inconel 718的蕞佳切削條件為：切削速度700m/min，切深為1～2mm，進給量為O.1～0.18mm/z。氦氧化硅呂（Sialon）陶瓷耐性很高，適合于切削過固溶處理的Inconel718（45HRC）合金，Al203-SiC晶須增強陶瓷適合于加工硬度低的鎳基合金。

鈦合金

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鈦合金強度、沖擊耐性大，硬度稍低于Inconel 718，但其加工硬化十分嚴峻，故在切削加工時出現溫度高、刀具磨損嚴峻的現象。實驗得出，用直徑10mm的硬質合金K10兩刃螺旋銑刀（螺旋角為30°）高速銑削鈦合金，可達到滿意的刀具壽數，切削速度可高達628m/min，每齒進給量可取O.06～0.12mm/z，連續(xù)高速車削鈦合金的切削速度不宜超越200m/min。

復合資料

07

航天用的先進復合資料，以往用硬質合金和PCD，硬質合金的切削速度受到限制，而在900℃以上高溫下PCD刀片與硬質合金或高速剛刀體焊接處熔化，用淘瓷刀具則可實現300m/min左右的高速切削。

高速切削技能已成為切削加工的干流，加快其推廣運用，將會發(fā)明巨大經濟效益。高速切削刀具資料對開展和運用高速切削技能具有決定性效果。超硬刀具資料（PCD與CBN）、淘瓷刀具、TiC（N）基硬質合金刀具（金屬陶瓷）和涂層刀具等四大類高速切削刀具資料各有其特性和運用范圍，它們相互配合，彼此競爭，推進高速切削技能的開展和運用。

在批量加工如圖1所示的高溫合金球形軸承內球面時，原編制工藝道路為：粗加工→去應力→精車內球面→內球面開安裝槽→探傷→查驗→油封。

為驗證工藝，實驗選用如圖2所示高速鋼尖刀（假定刀尖圓弧半徑為零），前角為0o，刃傾角為0o，調整刀尖與車床主軸反轉中心線等高，在新購精細數控車床上編程精車3件45鋼制內球面φ19.15 0.0130   mm。

由于通用內徑量具無法實施在線丈量內球面φ19.15 0.0130   mm，所以在車床上選用改制專用測具（見圖3）檢測，直徑合格，經三坐標丈量機復檢，直徑合格，球面概括度差錯為0.005mm（小于直徑公役一半），合格。

但將零件材料改為高溫合金GH605，刀具改為YW1硬質合金尖刀后，用與高速鋼尖刀同樣的切削條件試車3件，經三坐標查驗全部不合格，原因是球面概括度差錯為0.03～0.05mm，經仔細觀察發(fā)現刀尖已磨損，且編程時沒有選用刀尖圓弧半徑補償程序。為此，改用如圖4所示SANDEVIK菱形可轉位機夾硬質合金刀具VCMW070204加工，刀尖圓弧半徑為rε=0.4mm，前角為0o，刃傾角為0o，調整刀尖與車床主軸中心線等高，選用刀尖圓弧半徑補償程序編程，加工了3件，經三坐標丈量查驗，3件全部不合格，原因是球面概括度差錯為0.015～0.02mm。至此，證明原工藝是不現實的。為了、經濟批量加工，改用了如下工藝道路：粗加工→去應力→精車內球面→內球面開裝配槽→用外球面形狀研磨具研磨內球面達圖樣要求→探傷→查驗→油封。工藝改進后已成功加工出一批合格產品。

2.精車內球面概括度超差問題

早在數控車床沒有普及的時代，用成型車刀精車之后再研磨的工藝辦法成功地加工出如圖5所示的球面上色量規(guī)（其技術要求是：環(huán)規(guī)按塞規(guī)上色修合，上色面積100%）?，F在數控車床替代了一般車床，數字程序替代了原來成型車刀，卻沒有加工出圖1所示的零件?，F剖析如下：

（1）精細球面加工工藝基礎。精細球面能夠看作是精細半圓（見圖6）繞經過該半圓圓心的剖分線反轉一周構成的反轉體。

在一般車床上用圓弧構成型樣板刀加工時（見圖7），樣板刀圓弧半徑是所車球的半徑，樣板刀圓弧刃的圓心有必要準確調整到車床主軸反轉軸線上，且圓弧刃地點平面與車床主軸反轉中心線等高共面，才干車出精細圓球面。為了完成以上條件，照顧到加工對刀便利，通常調整圓弧樣板切削刃安裝高度，使圓弧刃地點平面與車床主軸反轉軸線等高（共面），再經過車削丈量車出球面直徑，確保圓弧切削刃圓心坐落車床主軸反轉中心線上。

當圓弧刃地點平面與車床主軸反轉中心線共面但圓弧刃圓心與車床反轉中心間隔不為零時，車出的球面就不圓，而是橢球（見圖8）。

當圓弧刃平面平行于車床主軸反轉中心線，但高于或低于車床反轉軸線（即不共面）時，只要直徑大于所車球面的水平截面圓直徑，與圓弧刃構成的圓位置重合時，才有或許車成圓球，但此刻所車球面直徑已大于要求直徑（見圖9）。

當圓弧構成型切削刃或數控刀尖車出的軌道圓?。ㄒ韵潞喎Q母線圓?。┑攸c平面平行于車床主軸反轉中心線，但高于或低于車床主軸反轉中心線（以下簡稱車床軸線）時，即便母線圓弧半徑很準確且其圓心位置也準確坐落包括車床軸線的鉛垂面內，假定圖樣要求球面半徑為R，母線圓弧地點平面與車床軸線間隔為H，則車出的球面半徑為（R2 H2）0.5mm，若為了確保球面半徑R持續(xù)進刀，則車成橢球（見圖10）。

總歸，有必要確保母線圓弧半徑和母線圓弧圓心準確調整到車床軸線上，且母線圓弧與車床軸線等高共面，才干車出預訂半徑的精細圓球，三者缺一不可。

（2）數控車床加工精細內球面。首要調整車刀安裝高度使刀尖與數控車床軸線等高，當運用刀尖圓弧半徑為零（假定理想刀尖）的車刀編程時，使刀尖走過的圓弧軌道半徑等于球面半徑；當運用刀尖圓弧半徑不等于零的圓弧刀尖車刀加工時，運用刀尖圓弧半徑補償程序編程。對不具備刀尖圓弧半徑主動補償功用的經濟型數控車床，假定圖樣要求球面半徑為R，刀尖圓弧半徑為rε，可選用刀尖圓弧圓心軌道編程，刀尖圓弧圓心編程半徑為（R－rε）。這樣切削球面時，圓弧切削刃逐點參加切削，母線圓弧半徑R相當于半徑為（R－rε）的圓等距rε后得出的（見圖11）。

當刀尖與數控車床軸線不等高時，假如按母線圓弧圓心和車床軸線坐落同一鉛垂面準則進刀，在不考慮其他原因的狀況下車出的球面直徑差錯由公式（1）核算：

ΔR=(R2 H2)0.5－R （1）

式中，R為所車球面半徑，H為刀尖走過的母線圓弧平面高于或低于車床軸線的間隔。當R=19.15÷2＝9.575（mm），ΔR=0.013÷2=0.006 5（mm）。由公式（1）核算出H=0.35mm。也就是說，當刀尖高于或低于車床軸線0.35mm時，車出的球面就超出公役帶。在批量生產高溫合金零件時，遍及運用可轉位不重磨機夾刀片，經查閱SANDEVIK刀具手冊，精度等級為M的刀片厚度公役為±0.13mm，假定地一次將切削刃調整到與車床軸線等高，那么，當替換刀片時，如不調整刀尖高度，壞的狀況是刀尖與車床軸線間隔為0.26mm，其小于0.35mm，可見獨自由刀尖高度引起的球面差錯不會超出公役帶。

當刀尖高度與車床軸線等高時，在不考慮機床進給空隙影響時，刀尖圓弧半徑差錯是影響球面加工的直接要素?？隙ǖ募獾妒遣淮嬖诘?，假定刀尖圓弧半徑為零的車刀耐用度很低，不適合批量加工高溫合金零件，選用刀尖圓弧半徑補償程序編程時，有必要輸入刀尖圓弧半徑數值，經查閱SANDEVIK刀具手冊，仿形加工用圓弧切削刀具刀尖圓弧直徑2rε公役為±0.02mm。而SANDEVIK刀片VCMW070204，刀尖圓弧半徑為rε=0.4mm，沒有給出公役，查國標GB2078—87，刀片VCMW070204刀尖圓弧半徑為rε=0.4±0.10mm，數控系統(tǒng)主動將理想刀尖圓弧半徑補償到母線圓弧加工中，刀尖圓弧半徑差錯以1﹕1倍率影響到加工球面半徑差錯。經過作圖與理論核算，能夠算出，在圖1所示軸向長度14mm范圍內，包括在公役為0.006 5mm圓度公役帶內理想圓弧半徑為R=9.575±0.013 9mm，當不考慮其他要素影響，按刀尖圓弧圓心R=（9.575－0.4）mm編程時，刀尖圓弧半徑有必要控制在rε=0.4±0.013 9mm。由此可推理，尖刀加工，刀尖磨損后刀尖圓角半徑有必要是rε≤0.013 9mm才有或許車出符合公役要求的內球面，當刀尖磨損至rε＞0.013 9mm時，將車出Z向偏長的橢圓形球面；假如運用圓弧刀尖刀具加工，刀具半徑有必要控制在rε=0.4±0.013 9mm，而刀片VCMW070204的刀尖rε=0.4±0.10mm，不符合球面的精度加工要求?？梢?，獨自由刀尖圓弧半徑引起的球面加工直徑差錯已超出球形軸承內球面φ19.15 0.0130   mm的加工要求，假如運用刀片VCMW070204加工，有必要精修刀尖圓弧半徑精度，使得rε＜0.013 9mm。

（3）進給絲杠螺母副空隙對加工球面的影響?，F代數控車床遍及選用滾珠絲杠螺母副作為伺服進給執(zhí)行元件，盡管滾珠絲杠螺母副進行了預緊，在受載及運轉中不可避免會發(fā)生回程空隙。在編程時有必要引起注意，避免回程空隙引起形位差錯。在加工圖4所示零件時，能夠選用一段程序從A點車到C點，但車刀在經過B點時，X軸進給由正向轉換為反向，反向脈沖使絲杠反轉，消除空隙所需的反轉沒有使車刀得到應有的X反向進給，形成AB段與BC段形狀不對稱（見圖12），形成球面不圓。當回程空隙超越0.065mm時，車出的球面就超出

公役帶。因此，當車削精細球面時，假如車床回程空隙超越零件公役1/3，有必要編兩段程序，一段從A到B，另一段從C到B。這樣避免了圖12所示形狀差錯，但會發(fā)生如圖13所示由Z軸進給反向形成的形狀差錯，盡管左右是對稱的，但晦氣于球形研磨東西定心。

為此，在編程時選用積極補償的辦法，使圓弧AB段、CB段Z向各少進給0.005mm（沿X向少進給0.000 001 3mm），即便AB、CB兩端圓弧在B點相交，B點不再是圓的象限點，而是脫離象限點的圓上點，精車后橢球形狀如圖14所示。

刀具經過砂輪刃磨后，刃口會存在不同程度的微觀缺陷，在切削過程中，刀具刃口微觀缺口極易擴展，加快刀具的磨損和損壞。刃口鈍化是延常刀具壽命的金屬切削配套技術，能有效減少或消除刃磨后的刀具刃口微觀缺陷，以達到圓滑平整，提高刀具抗沖擊性能，使刀具刃口鋒利堅固。

刃口鈍化方式可分為傳統(tǒng)刃口鈍化和特種刃口鈍化。傳統(tǒng)刃口鈍化方式主要包括磨削鈍化、毛刷鈍化、拖曳鈍化和噴砂鈍化等；特種刃口鈍化方式主要包括激光鈍化、電火花電蝕鈍化、電化學鈍化和磨料水射流鈍化等。

噴砂是以壓縮空氣為動力，以形成高速噴射束將噴料高速噴射到需要處理的工件表面，實現對工件表面的加工。由于磨料對工件表面的沖擊和切削作用，工件的表面性能和形狀會發(fā)生改變。而微噴砂技術是以傳統(tǒng)噴砂技術為基礎，采用微米級尺寸的磨料顆粒來進行待加工表面處理的技術，廣泛應用于材料的表面處理，包括表面清潔、表面鈍化和表面形貌處理。微噴砂處理的材料去除機理，包括裂紋擴展導致的脆性去除和磨料微切削產生的塑性去除。微噴砂技術在刀具領域主要應用在表面處理方面，如涂層刀具。通過對刀具基體表面進行相應的微噴砂處理，來改變基體的表面形貌，以增加涂層與刀具基體之間的粘結力，提高刀具的切削壽命。研究表明，對刀具的涂層表面進行微噴砂處理可以增加涂層硬度，提高刀具切削壽命。微噴砂技術在刀具刃口鈍化領域沒有得到廣泛應用，理論研究還不充分。

本文通過微噴砂技術對硬質合金刀片YT15進行刃口鈍化，研究微噴砂工藝參數對刃口半徑的影響以及微噴砂處理對刃口質量的影響，并分析微噴砂處理的材料去除機理。

1試驗步驟

試驗以噴砂壓力P、磨料比重W和噴砂時間T為因素，其中磨料比重W為磨料占水和磨料總質量的比重。每個因素設4個水平，進行64組全因素刃口鈍化試驗，因素水平見表1。

表1  微噴砂全因素試驗因素水平

采用濕式手動噴砂機，噴砂角度45°，噴砂距離8mm。磨料為320目白剛玉，微噴砂加工如圖1所示。選用可轉位硬質合金刀片YT15，其尺寸標準為SNMN120404，相應的材料性能見表2。通過激光共聚焦顯微鏡(LSM，Keyence VK-X200K)對微噴砂處理后的刀片刃口進行觀測，試驗觀測指標為刀片刃口半徑r和刃口線粗糙度Ra，終結果為三次測量后的平均值。同時對其刃口形貌進行掃描電子顯微鏡鏡(SEM)觀察，分析刃口材料去除機理。

圖1  硬質合金刀具YT15微噴砂加工示意圖

表2  硬質合金刀具YT15物理力學性能

2試驗結果與分析

(1)微噴砂工藝參數對刃口半徑的影響

圖2為硬質合金刀具YT15刃口半徑隨微噴砂各工藝參數的變化趨勢。圖2a、圖2b、圖2c和圖2d分別是在噴砂時間為20s、30s、40s和50s時刃口半徑隨噴砂壓力的變化圖。對比發(fā)現，在相同的噴砂壓力和磨料比重下，隨噴砂時間的增加，刀具刃口半徑增大，這實質上是材料去除隨著時間累積的結果。在相同的噴砂時間和磨料比重下，隨噴砂壓力的增加，刀具刃口半徑增大。這是因為隨著噴砂壓強的增加，磨料流的出口速度增加，單顆粒磨料速度也相應增加。

硬質合金可看作是硬脆材料，根據單顆粒磨料沖蝕模型可知，單顆粒磨料的材料去除量與磨料顆粒的速度的指數成正比，使得單顆粒磨料的材料去除量增加。同時磨料流速度的增加，使單位時間內有效沖擊刀具刃口的磨料顆粒數量增加，刃口材料的去除量變大。因此，增加噴砂壓力相當于既增加磨料比重又增加噴砂時間，兩者的共同作用使刃口半徑增大。

由圖2分析磨料比重對刀具刃口半徑的影響可知，在噴砂壓力為0.2MPa和0.25MPa時，隨著磨料比重的增加，刀具的刃口半徑先增大而后減?。欢趪娚皦毫?.3MPa和0.35MPa時，隨著磨料比重的增加，刀具的刃口半徑呈現一直增大的趨勢。同理，根據單顆粒磨料沖蝕模型分析可知，當噴砂壓力較小時，隨著磨料比重的增加，雖然單顆粒磨料速度減小，但是單位體積內磨料顆粒的數量增加，造成單位時間內磨料顆粒對刀具刃口的沖擊次數增加，所以刃口材料的去除量變大。當磨料比重過大時，根據能量守恒可知，磨料流的速度減小很多，其中磨料顆粒的速度大幅降低，不僅減少了單顆粒磨料材料的去除量，也使單位時間內磨料對刀具刃口的沖擊次數減少，進一步減少材料去除量，使得刃口半徑隨著磨料比重的增加先增大后減小。當噴砂壓力較大時，隨著磨料比重的增加，在單位時間內增加的磨料對刀具刃口的沖擊次數所增加的材料去除量要多于單顆粒磨料速度降低而減少的材料去除量?？偟膩碚f，單位時間內材料去除量增加，因此在較大噴砂壓力下，刀具的刃口半徑隨著磨料比重的增加而增加。

(a)T=20s(b)T=30s(c)T=40s(d)T=50s

圖2  刃口半徑隨微噴砂各工藝參數的變化趨勢

(2)微噴砂處理對刃口線粗糙度的影響

圖3是硬質合金刀片YT15經過微噴砂刃口鈍化處理前后的切削刃形貌。采用微噴砂工藝參數：噴砂壓力P=0.2MPa，磨料比重W=0.1，噴砂時間T=30s。通過測量得到切削刃的相關參數見表3。

圖3  未處理刀片與微噴砂刃口鈍化刀片的切削刃形貌

可以發(fā)現，硬質合金刀片YT15的刃口輪廓由原來的r=6μm銳刃變成r=27μm的圓弧刃口。其切削刃形貌得到改善，刃口線粗糙度Ra由原來的0.79μm下降到0.5μm，Ry則由原來的6μm下降到3μm。這是由于微噴砂處理消除了刀具刃磨時產生的微觀缺陷，改善了刃口質量。

表3  未處理刀片與微噴砂刃口鈍化刀片刃口參數對比(μm)

圖4是微噴砂全因素試驗時硬質合金刀片YT15的刃口線粗糙度的分布情況?？梢缘贸?，硬質合金YT15刀片的刃口線粗糙度為0.3-0.8μm，滿足刀片的刃口粗糙度要求。

圖4  硬質合金刀具YT15刃口線粗糙度分布

(3)微噴砂刃口材料去除機理研究

刀片的微噴砂過程實質上是高速磨料射流沖擊材料表面，實現材料的去除。其材料去除機理主要歸結為磨料顆粒對材料的去除方式。對于脆性材料，其去除機理往往不只有脆性去除，還包括磨料顆粒的微剪切引起的塑性去除。

圖5是硬質合金刀具YT15在噴砂壓力P=0.25MPa、磨料目數M=320、噴砂時間T=20s和磨料比重W=0.1時的刃口形貌?？梢钥闯?，經過微噴砂處理后，刀具出現了圓弧刃口，對其圓弧刃口的區(qū)域A進行放大，可以觀察刃口材料去除形成的微觀形貌。通過區(qū)域B可以看出，其硬質合金中硬質相的去除多為由裂紋擴展造成的脆性斷裂，這是由于棱角尖銳的磨料顆粒對于硬質相的沖擊作用，使之產生徑向裂紋和側向裂紋，由于磨料顆粒的高頻率沖擊，進而造成側向裂紋的擴張形成網狀裂紋，達到材料的去除。對于C區(qū)域的觀察，也可以發(fā)現刃口材料上存在磨料顆粒的刻劃痕跡，這主要是由于具有鋒利刃口的白剛玉磨料顆粒對工件材料的微切削作用導致。由于刀具材料中除硬質相成分外，還包括粘結相，其微切削作用相對于粘結相更為明顯，粘結相材料先于硬質相去除，使得硬質相成分顯露出來。因此微噴砂處理硬質合金刀具YT15的材料去除機理，包括由磨料沖擊和水楔作用引起裂紋擴展而導致硬質相材料的脆性去除，還包括磨料顆粒的微切削作用引起的材料塑性去除。

圖5  硬質合金刀具YT15微噴砂刃口形貌SEM圖

小結

微噴砂處理可以對硬質合金刀具YT15刃口進行有效鈍化，形成一定圓弧半徑的刀具刃口。研究表明，刃口圓弧半徑隨著微噴砂時間和噴砂壓力的增加而增大。對于磨料比重而言，在噴砂壓力為0.2MPa和0.25MPa時，隨著磨料比重的增加，刀具刃口半徑先增大而后減小；在噴砂壓力為0.3MPa和0.35MPa時，隨著磨料比重的增加，刀具刃口半徑呈現一直增大的趨勢。微噴砂處理可有效改善硬質合金刀具YT15的刃口質量，消除微觀缺陷，降低刃口線粗糙度，在結構上對刀具刃口進行鈍化。硬質合金刀具YT15刃口材料的去除機理，包含由裂紋擴展而導致硬質相材料的脆性去除和微切削作用引起的材料塑性去除。