刀具刃口的強化加工及其最新發(fā)展
信息來源：減速機信息網 責任編輯：李宏偉
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把刀具比較鋒利、有鋸齒狀、不夠整齊、不夠光滑的刃口加工成特定的形狀，有時是作為"刃口準備"排到工藝流程中的。這個加工過程一般稱為"刃口強化"或"鈍化"。 刃口強化前 刃口強化后 刀具或刀片往往在精磨之后、涂層之前，增加一道刃口加工工序。這個工序的名稱，目前國內、外叫法尚不統一，不外乎"刃口強化"、"刃口珩磨"、"刃口鈍化或倒鈍"、"ER處理"、"刃口準備"幾種。它們的含義在這里是一樣的，但這幾種叫法又都不十分確切。本文中根據具體情況采用"刃口強化"、"刃口鈍化"兩種。 目前，在刀具制造過程中，刃口強化工藝已落后于其它工藝。原因是它的重要性沒有受到足夠的認識。但是，隨著對刀具精度、穩(wěn)定性要求的提高，它的重要性更加突出。近幾年人們對強化工藝進行了許多研究開發(fā)工作，這種相對落后的狀態(tài)將會得到改變。 1 影響因素、強化方法和目的 影響硬質合金刀具性能變化的因素有很多，如硬質合金牌號、加工質量、使用條件（如機床條件、毛坯條件）等。還有一個很重要的因素常常被忽視，即刃口的微觀幾何形狀。刃口強化有許多不同的途徑：振動強化、用金剛石油石手工加工、介質強化、研磨漿強化、用含有磨料的橡膠輪強化、干或濕的噴砂法強化、翻滾強化和毛刷強化等。 強化的主要目的是在刀具和工件之間形成這樣一種接觸面，通過這種特有的接觸面，在承受切屑流動、切削速度、進給壓力和其它加工變化時，它是最堅固、最結實的。刃口鈍化的尺寸和形狀，由加工工序對刀具產生的壓力大小來決定。 對于給定的應用條件，鈍化得太大，切削時刀具所受壓力也隨之變大，在加工中產生的熱量就會增多，致使刀具壽命變短。反之，如果鈍化得太小，刀具切削刃會變得脆弱，經受不了切削壓力。 一般正常的刃口強化帶是均勻一致的，它是一種微小的圓形刃口。在加工時，其尺寸和幾何形狀要非常精確。目的是使切削刃的強度和性能達到最佳。 正確的刃口強化有以下優(yōu)點： 延長刀具壽命。硬質合金刀具的刀刃必須能經受巨大的壓力�？梢酝ㄟ^控制這個壓力和可預知的緩慢磨損的方法,確定刀具壽命和磨損速度。另外，刀具壽命很大程度上取決于工件材料。在某些應用場合，正確地強化刀刃能改善刀具壽命200%或更多。 雖然對強化的好處人們已認識了很多年，但強化過程還未被完全控制，刀具性能仍然受到強化結果的影響。即使像近幾年出現的超精密刀具，用戶使用中也經常會遇到因刀刃形狀不當所帶來的問題。 2 強化的刃口型式與尺寸 2.1 型式 刃口強化的幾何形狀對刀具壽命有很大影響，目前，80%以上的刀具強化都用圓弧型強化，所以應優(yōu)先采用圓弧型強化。這個圓弧位于刀刃轉角處。這種強化形成一個對稱的圓弧，它在刀具頂面和刀具側面是相等的。 圓弧型強化 瀑布型強化 另一種叫瀑布型強化。它的圓弧相對于刀具頂面是歪斜的。刃口的頂面和側面的比率一般為2：1。瀑布型強化的優(yōu)點是：強化過程直接在刀刃下，去掉了更多的刀具材料，進一步加強了刀刃。 瀑布型強化主要應用于粗加工，如間斷切削或從工件上除去鑄、鍛表皮材料。大多數重型加工應用的刀具都帶有瀑布型強化的刃口，這時它優(yōu)于圓弧型強化的刃口。但是，對多數常規(guī)場合，還是采用圓弧型強化。因為用瀑布型刀刃會增加刀具壓力和縮短刀具壽命。 2.2 尺寸 強化后刀刃的外形是在自然狀態(tài)下用顯微鏡進行觀察的。大多數強化的刃口（約70%）是在0.0762mm～0.0254mm之間或更小（人的頭發(fā)直徑大約為0.0762mm）。根據應用場合不同，其它的強化尺寸，范圍從小于0.127mm～0.2032mm。小的刃口強化尺寸可以是一根頭發(fā)直徑的1/6。 制造公差是包括在這些尺寸范圍之內的。例如，指定強化的尺寸為0.0254～0.0762mm，則要求刀具所有強化的切削刃尺寸都應在此范圍內。此外，由于刃口強化是一個剝離過程,而且所有的刀具材料都比較耐磨，所以控制材料剝離速度及保持強化刃口一致性就有一定的難度。 由于要求比較嚴格，強化過程又難于有效的控制，制造廠漏過超出強化尺寸范圍的刀具就很難避免。造成的后果，就是所生產的刀具在使用壽命方面會有很大不同。如果強化尺寸超出了0.0254mm(一根頭發(fā)的1/3)，這把刀也許就根本不能使用。 對所采用的刃型和強化的參數不一樣時，刀具壽命也就各不相同。要使強化參數均勻一致并處于最佳狀態(tài)，會使強化加工變得非常困難。選擇出合理的強化刃型和參數，并且能達到較高的一致性，就能大幅度提高刀具的切削性能。 從刀具強化的尺寸可以估計它的性能。對刀具進行較大的強化（鈍化）能使刀刃強度高，在大切深或間斷切削時，能經受較大的壓力。較小的強化用于工件精加工和較輕的進給壓力下，以防止熱量累積。 通常，有較小的強化更好些。由于在切削刃上留了較多的工件材料，有效的延長了刀具壽命。 應用刃口強化改善刀具壽命及增強刀具穩(wěn)定性，能給用戶帶來巨大的經濟效益。更為重要的是，這種強化工藝促進了刀具領域的發(fā)展。由于有了切削刃的超精密控制，就能使刀具制造廠所提供的產品能達到前所未有的水平。 3 刃口強化與涂層 工件的表面質量是由刀尖圓弧半徑大小、切深和進給量所決定的。一致性的、圓滑的刀刃減少了刀具剝落（涂層刀具和基體材料的小塊在加工中斷離）的傾向。一旦產生剝落就使原本光滑的刀刃急劇惡化，刀具壽命縮短。另一方面，可能迅速惡化工件表面質量的是積屑瘤。刀具產生積屑瘤有幾種原因，但刃口強化也是原因之一。如果刃口強化的尺寸不當、不夠圓滑，小的工件顆粒就會附著在刀刃上。要是這種堆積繼續(xù)下去，越來越多的材料將粘在刀具上，最后操作者不得不停止工作，因為工件表面質量受到影響或尺寸已經發(fā)生變化。如果在加工過程中積屑瘤斷離，它很可能是刀刃涂層（或基體）的一部分，所以應立即進行清理。 大多數通過化學氣相沉積(CVD)過程涂層的刀具，都有圓形的強化刃口。強化是為涂層作準備，尤其是對較厚的CVD涂層，鈍化使涂層材料有足夠的結合表面。 典型的CVD涂層厚度是在6～8μm之間，按其涂層成分和刀具應用條件不同而變化。CVD涂層，往往較多地沉積在尖角的切削刃處。因此，切削刃處的涂層厚度比刀具其它地方的厚度要厚50%（約9～12μm）。由這樣一層涂層材料形成的切削刃，其下面沒有刀具基體支撐，所以非常脆弱，經受不了正常的切削壓力。 還有另外一種涂層，就是物理氣相沉積（PVD）涂層，它是由很薄的一層涂層材料組成，其總厚度為1～5μm。因其薄，比起用CVD涂層，可能涂到棱角上的材料要少些。所以，PVD涂層刀具經常是不經強化。 可是，似乎還有一些PVD涂層刀具用戶，要求刃口有小的鈍化（0.0127mm或更�。＜词光g化那麼小，也能明顯地加強刀具刃口。 4 刃口強化的最新發(fā)展 刀刃準備工藝，沒有像刀具的其它工藝（如材料基體、幾何參數和涂層）發(fā)展的那樣快。雖然每一個制造廠對于不同形式的刀具都有確定的強化方法，但是往往強化后，刀刃上各點幾何形狀相差較多。刃口強化時，公差放得較寬的結果會使質量變差。 由于刃口強化是一個顯微的剝離過程，整個過程控制需要有嚴格的公差�？墒且郧暗娜锌趶娀椒]有一個能達到這種要求。 如果一個刀刃需強化0.0127mm，用早期文章里提到的、采用過的某一種方法進行強化，然后對強化的刀刃進行檢測，可能會發(fā)現:刃口上有強化值為0.0127mm的點，但是刀刃上其余的點，在高于或低于該值100%或更多的范圍內變化。 為了正確地、一致地在全部刀刃上強化為0.0127mm，過程參數必須控制到這樣的程度:即刀具材料的剝離在達到預定尺寸時就自動停止，那是以毛刷強化方式來達到的。這種毛刷用含有研磨材料的尼龍絲制成，而且所含的研磨劑要選得恰當，并且要控制它在毛刷表面的暴露程度、毛刷接觸時間和刷的速度。 4.1 新的毛刷強化設備 現在有一種新的強化設備--錐型機器（The Conicity machine）。 這種新開發(fā)的IXM-50錐型強化機是由美國Conicity Technologies LLC公司制造的。由于參數經CNC程序控制，當達到預定的鈍化尺寸時，IXM-50強化機就能停止鈍化。這臺機床的特點是：設備尺寸小（比其它類似設備小1/4）。能實現快換（快換毛刷、被加工刀具換型只需2分鐘，由操作者輸入幾個簡單的命令即可）。它能有意地在同一把刀具的不同表面，鈍化為不同的尺寸。這是其他強化加工所做不到的。對于切槽刀和螺紋梳刀，傾向于用這種強化尺寸可變的鈍化設備。供貨周期6～8周。價格低于10萬美元。 IXM-50型強化機外觀 4.2 最好是不同刃口賦予不同的鈍化尺寸--這才是最好的 IXM-50可加工不同的刀具和材料 對于一直向前進給的切槽刀，不同刃口賦予不同的鈍化尺寸，將能提高這種刀具的切削性能。而以往所用設備鈍化出的刀具，其前端刀刃和相鄰的刀刃鈍化的尺寸是一致的。這臺IXM-50鈍化機可以使同樣切槽刀的副切削刃的鈍化尺寸比前端主切削刃的鈍化尺寸要小些。 另外，這種可控制鈍化尺寸的設備能使梳刀成為粗、精加工復合成一體的刀具。一般現在的梳刀相對于工件都是從右向左進給。因此，在切削時，刀具左刃要比右刃切掉更多的材料。而精加工時右刃的主要作用是要保證螺紋形狀和控制尺寸。因此，刀具強化的尺寸這樣比較有利：主切削刃一側強化比較大，決定表面質量和尺寸的副切削刃一側比較小。而這種比較有利的強化型式，在IXM-50強化機上可以完成。而且，加工時不需加冷卻液。 這種強化機能在螺紋刀具上加工出均勻過渡的強化帶。從刀刃的一端到另一端逐漸地減小強化尺寸。它用于一種齒形傾斜分布的螺紋梳刀時，強化出的這種刀具就成為粗加工齒、精加工齒復合在一起的刀具。 |