刀具刃口的強(qiáng)化加工及其最新發(fā)展
信息來(lái)源：減速機(jī)信息網(wǎng) 責(zé)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(shí)是作為"刃口準(zhǔn)備"排到工藝流程中的。這個(gè)加工過(guò)程一般稱為"刃口強(qiáng)化"或"鈍化"。 刃口強(qiáng)化前 刃口強(qiáng)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(gè)工序的名稱，目前國(guó)內(nèi)、外叫法尚不統(tǒng)一，不外乎"刃口強(qiáng)化"、"刃口珩磨"、"刃口鈍化或倒鈍"、"ER處理"、"刃口準(zhǔn)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(jù)具體情況采用"刃口強(qiáng)化"、"刃口鈍化"兩種。 目前，在刀具制造過(guò)程中，刃口強(qiáng)化工藝已落后于其它工藝。原因是它的重要性沒(méi)有受到足夠的認(rèn)識(shí)。但是，隨著對(duì)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(duì)強(qiáng)化工藝進(jìn)行了許多研究開(kāi)發(fā)工作，這種相對(duì)落后的狀態(tài)將會(huì)得到改變。 1 影響因素、強(qiáng)化方法和目的 影響硬質(zhì)合金刀具性能變化的因素有很多，如硬質(zhì)合金牌號(hào)、加工質(zhì)量、使用條件（如機(jī)床條件、毛坯條件）等。還有一個(gè)很重要的因素常常被忽視，即刃口的微觀幾何形狀。刃口強(qiáng)化有許多不同的途徑：振動(dòng)強(qiáng)化、用金剛石油石手工加工、介質(zhì)強(qiáng)化、研磨漿強(qiáng)化、用含有磨料的橡膠輪強(qiáng)化、干或濕的噴砂法強(qiáng)化、翻滾強(qiáng)化和毛刷強(qiáng)化等。 強(qiáng)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(guò)這種特有的接觸面，在承受切屑流動(dòng)、切削速度、進(jìn)給壓力和其它加工變化時(shí)，它是最堅(jiān)固、最結(jié)實(shí)的。刃口鈍化的尺寸和形狀，由加工工序?qū)Φ毒弋a(chǎn)生的壓力大小來(lái)決定。 對(duì)于給定的應(yīng)用條件，鈍化得太大，切削時(shí)刀具所受壓力也隨之變大，在加工中產(chǎn)生的熱量就會(huì)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(huì)變得脆弱，經(jīng)受不了切削壓力。 一般正常的刃口強(qiáng)化帶是均勻一致的，它是一種微小的圓形刃口。在加工時(shí)，其尺寸和幾何形狀要非常精確。目的是使切削刃的強(qiáng)度和性能達(dá)到最佳。 正確的刃口強(qiáng)化有以下優(yōu)點(diǎn)： 延長(zhǎng)刀具壽命。硬質(zhì)合金刀具的刀刃必須能經(jīng)受巨大的壓力�？梢酝ㄟ^(guò)控制這個(gè)壓力和可預(yù)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(yīng)用場(chǎng)合，正確地強(qiáng)化刀刃能改善刀具壽命200%或更多。 雖然對(duì)強(qiáng)化的好處人們已認(rèn)識(shí)了很多年，但強(qiáng)化過(guò)程還未被完全控制，刀具性能仍然受到強(qiáng)化結(jié)果的影響。即使像近幾年出現(xiàn)的超精密刀具，用戶使用中也經(jīng)常會(huì)遇到因刀刃形狀不當(dāng)所帶來(lái)的問(wèn)題。 2 強(qiáng)化的刃口型式與尺寸 2.1 型式 刃口強(qiáng)化的幾何形狀對(duì)刀具壽命有很大影響，目前，80%以上的刀具強(qiáng)化都用圓弧型強(qiáng)化，所以應(yīng)優(yōu)先采用圓弧型強(qiáng)化。這個(gè)圓弧位于刀刃轉(zhuǎn)角處。這種強(qiáng)化形成一個(gè)對(duì)稱的圓弧，它在刀具頂面和刀具側(cè)面是相等的。 圓弧型強(qiáng)化 瀑布型強(qiáng)化 另一種叫瀑布型強(qiáng)化。它的圓弧相對(duì)于刀具頂面是歪斜的。刃口的頂面和側(cè)面的比率一般為2：1。瀑布型強(qiáng)化的優(yōu)點(diǎn)是：強(qiáng)化過(guò)程直接在刀刃下，去掉了更多的刀具材料，進(jìn)一步加強(qiáng)了刀刃。 瀑布型強(qiáng)化主要應(yīng)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(shù)重型加工應(yīng)用的刀具都帶有瀑布型強(qiáng)化的刃口，這時(shí)它優(yōu)于圓弧型強(qiáng)化的刃口。但是，對(duì)多數(shù)常規(guī)場(chǎng)合，還是采用圓弧型強(qiáng)化。因?yàn)橛闷俨夹偷度袝?huì)增加刀具壓力和縮短刀具壽命。 2.2 尺寸 強(qiáng)化后刀刃的外形是在自然狀態(tài)下用顯微鏡進(jìn)行觀察的。大多數(shù)強(qiáng)化的刃口（約70%）是在0.0762mm～0.0254mm之間或更�。ㄈ说念^發(fā)直徑大約為0.0762mm）。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合不同，其它的強(qiáng)化尺寸，范圍從小于0.127mm～0.2032mm。小的刃口強(qiáng)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(nèi)的。例如，指定強(qiáng)化的尺寸為0.0254～0.0762mm，則要求刀具所有強(qiáng)化的切削刃尺寸都應(yīng)在此范圍內(nèi)。此外，由于刃口強(qiáng)化是一個(gè)剝離過(guò)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(qiáng)化刃口一致性就有一定的難度。 由于要求比較嚴(yán)格，強(qiáng)化過(guò)程又難于有效的控制，制造廠漏過(guò)超出強(qiáng)化尺寸范圍的刀具就很難避免。造成的后果，就是所生產(chǎn)的刀具在使用壽命方面會(huì)有很大不同。如果強(qiáng)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(duì)所采用的刃型和強(qiáng)化的參數(shù)不一樣時(shí)，刀具壽命也就各不相同。要使強(qiáng)化參數(shù)均勻一致并處于最佳狀態(tài)，會(huì)使強(qiáng)化加工變得非常困難。選擇出合理的強(qiáng)化刃型和參數(shù)，并且能達(dá)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(qiáng)化的尺寸可以估計(jì)它的性能。對(duì)刀具進(jìn)行較大的強(qiáng)化（鈍化）能使刀刃強(qiáng)度高，在大切深或間斷切削時(shí)，能經(jīng)受較大的壓力。較小的強(qiáng)化用于工件精加工和較輕的進(jìn)給壓力下，以防止熱量累積。 通常，有較小的強(qiáng)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(zhǎng)了刀具壽命。 應(yīng)用刃口強(qiáng)化改善刀具壽命及增強(qiáng)刀具穩(wěn)定性，能給用戶帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。更為重要的是，這種強(qiáng)化工藝促進(jìn)了刀具領(lǐng)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(chǎn)品能達(dá)到前所未有的水平。 3 刃口強(qiáng)化與涂層 工件的表面質(zhì)量是由刀尖圓弧半徑大小、切深和進(jìn)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(chǎn)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(zhì)量的是積屑瘤。刀具產(chǎn)生積屑瘤有幾種原因，但刃口強(qiáng)化也是原因之一。如果刃口強(qiáng)化的尺寸不當(dāng)、不夠圓滑，小的工件顆粒就會(huì)附著在刀刃上。要是這種堆積繼續(xù)下去，越來(lái)越多的材料將粘在刀具上，最后操作者不得不停止工作，因?yàn)楣ぜ砻尜|(zhì)量受到影響或尺寸已經(jīng)發(fā)生變化。如果在加工過(guò)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(yīng)立即進(jìn)行清理。 大多數(shù)通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)過(guò)程涂層的刀具，都有圓形的強(qiáng)化刃口。強(qiáng)化是為涂層作準(zhǔn)備，尤其是對(duì)較厚的CVD涂層，鈍化使涂層材料有足夠的結(jié)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(yīng)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(méi)有刀具基體支撐，所以非常脆弱，經(jīng)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(jīng)常是不經(jīng)強(qiáng)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(qiáng)刀具刃口。 4 刃口強(qiáng)化的最新發(fā)展 刀刃準(zhǔn)備工藝，沒(méi)有像刀具的其它工藝（如材料基體、幾何參數(shù)和涂層）發(fā)展的那樣快。雖然每一個(gè)制造廠對(duì)于不同形式的刀具都有確定的強(qiáng)化方法，但是往往強(qiáng)化后，刀刃上各點(diǎn)幾何形狀相差較多。刃口強(qiáng)化時(shí)，公差放得較寬的結(jié)果會(huì)使質(zhì)量變差。 由于刃口強(qiáng)化是一個(gè)顯微的剝離過(guò)程，整個(gè)過(guò)程控制需要有嚴(yán)格的公差�？墒且郧暗娜锌趶�(qiáng)化方法沒(méi)有一個(gè)能達(dá)到這種要求。 如果一個(gè)刀刃需強(qiáng)化0.0127mm，用早期文章里提到的、采用過(guò)的某一種方法進(jìn)行強(qiáng)化，然后對(duì)強(qiáng)化的刀刃進(jìn)行檢測(cè)，可能會(huì)發(fā)現(xiàn):刃口上有強(qiáng)化值為0.0127mm的點(diǎn)，但是刀刃上其余的點(diǎn)，在高于或低于該值100%或更多的范圍內(nèi)變化。 為了正確地、一致地在全部刀刃上強(qiáng)化為0.0127mm，過(guò)程參數(shù)必須控制到這樣的程度:即刀具材料的剝離在達(dá)到預(yù)定尺寸時(shí)就自動(dòng)停止，那是以毛刷強(qiáng)化方式來(lái)達(dá)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(dāng)，并且要控制它在毛刷表面的暴露程度、毛刷接觸時(shí)間和刷的速度。 4.1 新的毛刷強(qiáng)化設(shè)備 現(xiàn)在有一種新的強(qiáng)化設(shè)備--錐型機(jī)器（The Conicity machine）。 這種新開(kāi)發(fā)的IXM-50錐型強(qiáng)化機(jī)是由美國(guó)Conicity Technologies LLC公司制造的。由于參數(shù)經(jīng)CNC程序控制，當(dāng)達(dá)到預(yù)定的鈍化尺寸時(shí)，IXM-50強(qiáng)化機(jī)就能停止鈍化。這臺(tái)機(jī)床的特點(diǎn)是：設(shè)備尺寸�。ū绕渌�(lèi)似設(shè)備小1/4）。能實(shí)現(xiàn)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(gè)簡(jiǎn)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(qiáng)化加工所做不到的。對(duì)于切槽刀和螺紋梳刀，傾向于用這種強(qiáng)化尺寸可變的鈍化設(shè)備。供貨周期6～8周。價(jià)格低于10萬(wàn)美元。 IXM-50型強(qiáng)化機(jī)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(duì)于一直向前進(jìn)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(shè)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(tái)IXM-50鈍化機(jī)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(shè)備能使梳刀成為粗、精加工復(fù)合成一體的刀具。一般現(xiàn)在的梳刀相對(duì)于工件都是從右向左進(jìn)給。因此，在切削時(shí)，刀具左刃要比右刃切掉更多的材料。而精加工時(shí)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(qiáng)化的尺寸這樣比較有利：主切削刃一側(cè)強(qiáng)化比較大，決定表面質(zhì)量和尺寸的副切削刃一側(cè)比較小。而這種比較有利的強(qiáng)化型式，在IXM-50強(qiáng)化機(jī)上可以完成。而且，加工時(shí)不需加冷卻液。 這種強(qiáng)化機(jī)能在螺紋刀具上加工出均勻過(guò)渡的強(qiáng)化帶。從刀刃的一端到另一端逐漸地減小強(qiáng)化尺寸。它用于一種齒形傾斜分布的螺紋梳刀時(shí)，強(qiáng)化出的這種刀具就成為粗加工齒、精加工齒復(fù)合在一起的刀具。 |
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