俗話說(shuō)“工欲善其事必先利其器”，這個(gè)道理從古至今都被很好地延續(xù)并傳揚(yáng)著，然而在機(jī)床行業(yè)，刀具似乎并不是越“快”越好，硬質(zhì)合金刀具優(yōu)點(diǎn)，很多在初接觸到機(jī)床刀具的時(shí)候，都有著一個(gè)疑問(wèn)“為何好好的刀具要進(jìn)行鈍化處理呢？”今天就讓我們一起來(lái)了解一下關(guān)于“刀具鈍化”的那些事兒。

其實(shí)，刀具鈍化并不是大家字面理解的意思，而是一種有效提高刀具使用壽命的手段。通過(guò)平整、拋光、去毛刺等工序達(dá)到提高刀具質(zhì)量的目的。這其實(shí)是刀具在精磨之后，涂層之前的一道正常工序。一般來(lái)說(shuō)，刀具鈍化拋光的方式分為毛刷、噴砂、拖拽式拋光機(jī)，這其中又屬毛刷與拖拽式的應(yīng)用為廣泛。

從事金屬切削行業(yè)的人都知道，刀具在成品前會(huì)經(jīng)過(guò)砂輪刃磨，但是刃磨加工會(huì)造成不同程度的微觀缺口。這就導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床在進(jìn)行高速切削的同時(shí)微觀缺口會(huì)極易擴(kuò)展，從而加快刀具的磨損和損壞?，F(xiàn)代的切削技術(shù)中對(duì)刀具的穩(wěn)定性和精密性都有了嚴(yán)格要求，因此數(shù)控刀具在涂層前必須經(jīng)過(guò)刀口的鈍化處理，才能保證涂層的牢固性和使用壽命。

刀具鈍化的優(yōu)勢(shì)與目的

1.抵抗刀具物理磨損

在切削過(guò)程中刀具表面會(huì)被工件逐漸耗損，切削過(guò)程中切削刃在高溫高壓下也易發(fā)生塑性變形。刀具的鈍化處理可以幫助刀具提高剛性，避免刀具過(guò)早喪失切削性能。

2.保持工件的光潔度

刀具刃口有毛刺會(huì)導(dǎo)致刀具磨損，加工工件的表面也會(huì)變得粗糙。經(jīng)鈍化處理后，刀具的刃口會(huì)變得很光滑，崩刃現(xiàn)象也會(huì)相應(yīng)減少，工件表面光潔度也會(huì)提高。

3.方便凹槽排屑

對(duì)刀具凹槽拋光處理可以提高表面質(zhì)量和排屑性能，凹槽表面越平整光滑，排屑就越好，就可實(shí)現(xiàn)更連貫的的切削加工。

數(shù)控機(jī)床的刀具在經(jīng)過(guò)鈍化拋光后，表面會(huì)留下許多小孔，在加工時(shí)這些小孔可以吸附更多的切削液，使得切削時(shí)產(chǎn)生的熱量大大減少，極大得提高切削加工的速度。

綜上所述，刀片刃口鈍化十分重要，正如我國(guó)古人所說(shuō)“千里之堤，潰于蟻穴”，刀片刃口微觀缺口這個(gè)“蟻穴”雖小，卻影響刀具性能和壽命這個(gè)“千里之提”，是不可小視的大問(wèn)題。刀片刃口鈍化技術(shù)是提高刀具壽命減少刀具消耗的有效措施之一。無(wú)論在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)兩個(gè)方面都是可行的、有效的，進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)切削加工水平的提高，縮小與國(guó)外刀具切削性能的差距。

齒輪加工中強(qiáng)力噴丸

強(qiáng)力噴丸是提高齒輪齒部彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度的重要方法，是改善齒輪抗咬合能力、提高齒輪壽命的重要途徑。本文主要介紹齒輪加工中的強(qiáng)力噴丸工藝。

1、工作原理  

強(qiáng)力噴丸工藝主要是利用高速噴射的細(xì)小鋼丸在室溫下撞擊受噴工件表面，使工件表層材料產(chǎn)生彈塑性變形并呈現(xiàn)較高的殘余壓應(yīng)力，從而提高工件表面強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度。噴丸一方面使零件表面發(fā)生彈性變形，同時(shí)也產(chǎn)生了大量孿晶和位錯(cuò)，使材料表面發(fā)生加工強(qiáng)化。如圖1所示：

.    圖1-a   經(jīng)噴丸處理的零件表面    圖1-b 未經(jīng)噴丸處理的零件表面

噴丸對(duì)表面形貌和性能的影響主要表現(xiàn)在改變零件的表面硬度、表面粗糙度、抗應(yīng)力腐蝕能力和零件的疲勞壽命。零件的材料表層在鋼丸束的沖擊下發(fā)生循環(huán)塑性變形。根據(jù)材料的性質(zhì)和狀態(tài)的不同，噴丸后材料的表層將發(fā)生以下變化：硬度變化、組織結(jié)構(gòu)的變化、相轉(zhuǎn)變、表層殘余應(yīng)力場(chǎng)的形成、表面粗糙度的變化等。

2、    噴丸強(qiáng)度的測(cè)量方法

當(dāng)一塊金屬片接受鋼丸流的噴擊時(shí)會(huì)產(chǎn)生彎曲。飽和狀態(tài)和噴丸強(qiáng)度是噴丸加工工藝中的兩個(gè)重要概念。飽和狀態(tài)是指在同一條件下繼續(xù)噴擊而不再改變受噴區(qū)域機(jī)械特性時(shí)的狀態(tài)。所謂噴丸強(qiáng)度，就是通過(guò)打擊預(yù)制成一定規(guī)格的金屬片（即試片），在規(guī)定的時(shí)間使之達(dá)到飽和狀態(tài)的強(qiáng)弱程度，并用試片彎曲的弧高值來(lái)度量其噴擊的強(qiáng)弱程度。

目前，應(yīng)用廣的美國(guó)機(jī)動(dòng)車工程學(xué)會(huì)噴丸標(biāo)準(zhǔn)中采用阿爾曼提出的噴丸強(qiáng)化檢驗(yàn)法——弧高度法，硬質(zhì)合金刀具參數(shù)，該方法由美國(guó)GM公司的J. O. Almen（阿爾門）提出，并由SAEJ442a和SAE443標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)量方法，其要點(diǎn)是用一定規(guī)格的彈簧鋼試片通過(guò)檢測(cè)噴丸強(qiáng)化后的形狀變化來(lái)反映噴丸效果。對(duì)薄板試片進(jìn)行單面噴丸時(shí)，由于表面層在彈丸作用下產(chǎn)生參與拉伸形變，所以薄板向噴丸面呈球面彎曲。通常在一定跨度距離上測(cè)量球面的弧高度值，用其來(lái)度量噴丸的強(qiáng)度。測(cè)定弧高度值是通過(guò)將阿爾門試片固定在專用夾具上，經(jīng)噴丸后，再取下試片，然后用阿爾門量規(guī)測(cè)量試片經(jīng)單面噴丸作用下產(chǎn)生的參與拉伸形變量（即弧高度值）。如用試片測(cè)得的弧高值為0.35mm時(shí)，記作0.35A。

噴丸強(qiáng)度的另一種檢驗(yàn)方法為殘余應(yīng)力檢測(cè)，即對(duì)經(jīng)強(qiáng)力噴丸后的工件進(jìn)行殘余應(yīng)力的檢測(cè)，具體的檢驗(yàn)方法為X射線衍射法。在美國(guó)SAE J784a標(biāo)準(zhǔn)中推薦如下方法：X射線的入射和衍射束必須平行于齒輪的齒根，圓柱直齒輪和圓柱螺旋齒輪上的測(cè)量位置應(yīng)當(dāng)在齒根的寬度中央，照射區(qū)域必須集中在齒根圓角的中心，不能橫向延伸超出規(guī)定的齒根圓角表面深度的測(cè)量點(diǎn)，照射區(qū)域大小的控制可以通過(guò)對(duì)直光束和適當(dāng)遮蓋齒根表面實(shí)現(xiàn)；在每個(gè)選定受檢的齒輪上，少要任選兩個(gè)齒進(jìn)行評(píng)估，兩齒間隔180。如果齒的有效齒廓受到保護(hù)沒(méi)有研磨，則可以認(rèn)為齒根研磨的用于表面下殘余應(yīng)力測(cè)量的齒輪未受損壞并且可以用于生產(chǎn)。

3、    噴丸對(duì)提高零件疲勞抗力的作用

a．借助表面冷變形實(shí)現(xiàn)材料表面強(qiáng)化的本質(zhì)在于冷變形造成材料表層組織結(jié)構(gòu)的變化、引入殘余壓應(yīng)力以及表面形貌的變化。

b． 噴丸使材料表面性能改善

c． 強(qiáng)化噴丸過(guò)程中，當(dāng)微小球形鋼丸高速撞擊受噴工件表面時(shí)，使工件表層材料產(chǎn)生彈、塑性變形，撞擊處因塑性形變而產(chǎn)生一壓坑，撞擊導(dǎo)致壓坑附近的表面材料發(fā)生徑向延伸。當(dāng)越來(lái)越多的鋼丸撞擊到受噴工件表面時(shí)，工件表面越來(lái)越多的部分因吸收高速運(yùn)動(dòng)鋼丸的動(dòng)能而產(chǎn)生塑性流變，使表面材料因塑性變化而產(chǎn)生的徑向延伸區(qū)域越來(lái)越大，宿遷硬質(zhì)合金刀具，發(fā)生塑性形變的表面逐步連接成片，則使工件表面逐步形成一層均勻的塑性變形層。塑性變形層形成后，繼續(xù)噴丸會(huì)使塑變層因繼續(xù)延伸而厚度逐步變薄，同時(shí)塑變層的徑向延伸會(huì)因受到鄰近區(qū)域的限制而導(dǎo)致重疊部分發(fā)生破壞，終塑變層因持續(xù)的噴丸而剝落。所以必須對(duì)噴丸的時(shí)間加以嚴(yán)格的控制。

4、噴丸對(duì)滲碳齒輪表層殘余應(yīng)力的影響

關(guān)于噴丸使工件表面形成殘余應(yīng)力的原因，根據(jù)Al-Obaid等人的觀點(diǎn)：當(dāng)高速鋼丸撞擊到試樣表面，撞擊處產(chǎn)生塑性變形而殘余一壓坑，當(dāng)越來(lái)越多的鋼丸撞擊到試樣表面時(shí)，則會(huì)在試樣表層產(chǎn)生一層均勻的塑變層，由于塑性變形層的體積膨脹會(huì)受到來(lái)自未塑性變形近鄰區(qū)域的限制，因此整個(gè)塑變層受到一壓應(yīng)力。

由于殘余壓應(yīng)力及其分布對(duì)齒輪疲勞壽命有較大的影響，而噴丸強(qiáng)化工藝的優(yōu)劣將直接影響殘余應(yīng)力大小及其分布。因此準(zhǔn)確測(cè)定受噴零件的表層殘余應(yīng)力對(duì)于評(píng)價(jià)噴丸工藝的優(yōu)劣是一個(gè)行之有效的手段。

5、噴丸對(duì)零件表面粗糙度的影響

強(qiáng)化噴丸會(huì)引起零件受噴表面的塑性變形，使零件的表面粗糙度發(fā)生變化。表面粗糙度是一種微觀幾何形狀誤差，又稱為微觀不平度。表面粗糙度和表面波度、形狀誤差一樣，都屬于零件的幾何形狀誤差，表面粗糙度對(duì)于機(jī)器零件的使用性能有著重要的影響。噴丸對(duì)材料表面粗糙度的影響通常在Ra0.6～20mm范圍內(nèi)。在不改變工藝參數(shù)的條件下，材料原始表面粗糙度愈高，噴丸后的Ra值愈大。生產(chǎn)實(shí)踐證明，一般情況下，噴前表面粗糙度在6.3mm以下，噴丸可以提高或維持原表面粗糙度，如果原表面粗糙度在6.3mm以上，則噴丸后表面粗糙度有所降低。

在生產(chǎn)實(shí)踐中，要想獲得較理想的噴丸表面，應(yīng)從以下幾個(gè)方面著手：

提供較好的原始表面，Ra值應(yīng)在6.3mm以下；

選擇合理的鋼丸直徑和噴丸壓力；

在大直徑鋼丸噴丸強(qiáng)化后，采用較小鋼丸低壓力(不能改變噴丸強(qiáng)度值)覆蓋一次，可達(dá)到較好的表面粗糙度。

噴丸后的零件表面應(yīng)輕微打磨，打磨時(shí)要控制表面金屬去除量。這樣，既不損害噴丸的強(qiáng)化效果，又可改善表面粗糙度。當(dāng)然，這是一個(gè)多因素問(wèn)題，不論采用什么方法，必須同時(shí)考慮其他因素的影響。

6 、工藝參數(shù)對(duì)噴丸效果的影響

對(duì)噴丸質(zhì)量有影響的主要有以下幾個(gè)方面：

鋼丸材料、鋼丸直徑、鋼丸速度、鋼丸流量、噴射角度、噴射距離、噴射時(shí)間、覆蓋率等。其中任何一個(gè)參數(shù)的變化都會(huì)不同程度地影響噴丸強(qiáng)化的效果。

a、鋼丸的材料、硬度、尺寸及粒度對(duì)噴丸效果的影響

鑄鐵丸和鑄鋼丸通常用于硬齒面齒輪的噴丸。鑄鐵丸的缺點(diǎn)是韌性較低，在噴丸過(guò)程中易于破碎、耗損量大，對(duì)破碎的鋼丸要及時(shí)分離，否則會(huì)影響受噴表面質(zhì)量。但鑄鐵丸的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜、硬度高，可以使受噴表面產(chǎn)生較高的殘余壓應(yīng)力。鑄鋼丸與鑄鐵丸相比，其優(yōu)點(diǎn)是不易破碎，對(duì)受噴表面幾何形貌有利。但鑄鋼丸硬度較鑄鐵丸低，在其他條件相同時(shí)，受噴表面的殘余壓應(yīng)力低于鑄鐵丸。

硬質(zhì)合金刀具跟著數(shù)控機(jī)床和加工中心等設(shè)備運(yùn)用日漸遍及，在航空航天、汽車、高速列車、風(fēng)電、電子、能源、模具等裝備制造業(yè)的開展推進(jìn)下，硬質(zhì)合金刀具材料，切削加工已邁入了一個(gè)以高速、和環(huán)保為標(biāo)志的高速加工開展的新時(shí)期—現(xiàn)代切削技能階段。

高速切削、干切削和硬切削作為當(dāng)前切削技能的重要開展趨向，其重要地位和人物日益凸顯。對(duì)這些先進(jìn)切削技能的運(yùn)用，不僅令加工功率成倍進(jìn)步，亦著實(shí)推進(jìn)了產(chǎn)品開發(fā)和工藝立異的進(jìn)程。例如，精細(xì)模具硬質(zhì)資料的型腔，選用高轉(zhuǎn)速、小進(jìn)給量和小吃深加工，既可取得很高的表面質(zhì)量，又能夠省卻磨削、EDM和手藝拋光或削減相應(yīng)工序的時(shí)間，然后縮短生產(chǎn)工藝流程，進(jìn)步生產(chǎn)率。

曩昔一些企業(yè)制造復(fù)雜模具時(shí)，基本上都需要3~4個(gè)月才能交付運(yùn)用，而現(xiàn)在選用高速切削加工後，半個(gè)月便可完成。據(jù)調(diào)查，一般的工模具，有60%的機(jī)加工量可用高速加工工藝來(lái)完成。

高速加工時(shí)，不光要求硬質(zhì)合金刀具可靠性高、切削性能好、能穩(wěn)定地?cái)嘈己途硇?、還要能達(dá)成，并能完成快換或自動(dòng)替換等。因此，對(duì)硬質(zhì)合金刀具材資料、刀具結(jié)構(gòu)、以及刀具的裝夾都提出了更高要求。

對(duì)硬質(zhì)合金刀具資料的要求：

高速加工對(duì)硬質(zhì)合金刀具杰出的要求是，既要有高的硬度和高溫硬度，又要有足夠的斷裂耐性。為此，須選用細(xì)晶粒硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金、陶瓷、聚晶金剛石(PCD)和聚晶立方氮化硼(PCBN)等刀具資料—它們各有特點(diǎn)，適應(yīng)的工件資料和切削速度范圍也都不同。例如，高速加工鋁、鎂、銅等有色金屬件，首要選用PCD和CVD金剛石膜涂層刀具。高速加工鑄件、淬硬鋼(50~67HRC)和冷硬鑄鐵首要用淘瓷刀具和PCBN刀具。

1.硬質(zhì)合金刀具材已邁入細(xì)晶粒超細(xì)晶粒階段

涂層硬質(zhì)合金刀具(如TiN、TiC、TiCN、TiAlN等)雖其加工工件資料范圍廣，但抗癢化溫度一般不高，所以通常只宜在400-500m/min的切削速度范圍內(nèi)加工鋼鐵件。對(duì)於Inconel718高溫鎳基合金可運(yùn)用陶瓷和PCBN刀具。據(jù)報(bào)道，加拿大學(xué)者用SiC晶須增韌陶瓷銑削Inconel718合金，推薦蕞佳的切削條件為：切削速度700m/min，吃深為1-2mm，每齒進(jìn)給量為0.1-0.18mm/z。

目前，硬質(zhì)合金已進(jìn)入細(xì)晶粒(1-0.5μm)和超細(xì)晶粒(<0.5μm)的開展階段，曩昔細(xì)晶粒多用於K類(WC Co)硬質(zhì)合金，近幾年來(lái)P類(WC TiC Co)和M類(WC TiC TaC或NbC Co)硬質(zhì)合金也向晶粒細(xì)化方向開展。

以往，為進(jìn)步硬質(zhì)合金的耐性，通常是添加鈷(Co)的含量，由此帶來(lái)的硬度下降如今可以經(jīng)過(guò)細(xì)化晶粒得到補(bǔ)償，并使硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度進(jìn)步到4.3GPa，已達(dá)到并超越普通高速鋼(HSS)的抗彎強(qiáng)度，改變了人們普遍認(rèn)為P類硬質(zhì)合金適於切鋼、而K類硬質(zhì)合金只適於加工鑄鐵和鋁等有色金屬的選材格式。

選用WC基的超細(xì)晶粒K類硬質(zhì)合金，相同可加工各種鋼料。細(xì)晶粒硬質(zhì)合金的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是硬質(zhì)合金刀具刃口尖利，特別適於高速切削粘而韌的工件資料。以日本不二越公司開發(fā)的AQUA麻花鉆為例，其用細(xì)晶粒硬質(zhì)合金制造，并涂覆耐熱、耐沖突的潤(rùn)滑涂層，在高速濕式加工結(jié)構(gòu)鋼和合金鋼(SCM)時(shí)，切削速度200m/min，進(jìn)給速度1600mm/min，加工功率進(jìn)步了2.5倍，刀具壽數(shù)進(jìn)步2倍；干式鉆孔時(shí)，切削速度150m/min，進(jìn)給速度1200mm/min。

2.涂層提升到開發(fā)厚膜、復(fù)合和多元涂層的新階段

現(xiàn)如今，涂層已進(jìn)入到開發(fā)厚膜、復(fù)合和多元涂層的新階段，新開發(fā)的TiCN、TiAlN多元超薄、超多層涂層(有的超薄膜涂層數(shù)可多達(dá)2000層，每層厚約1nm)與TiC、TiN、Al2O3等涂層的復(fù)合，加上新式抗塑性變形的基體，在改進(jìn)涂層的耐性、涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度、進(jìn)步涂層的耐磨性方面有了重大進(jìn)展，進(jìn)步了硬質(zhì)合金刀具材的性能。

硬質(zhì)合金材涂層刀具已成為現(xiàn)代切削硬質(zhì)合金刀具的標(biāo)志，在刀具中的運(yùn)用份額達(dá)到60%。涂層硬質(zhì)合金刀具的產(chǎn)品現(xiàn)已出現(xiàn)品牌化、多樣化和通用化的趨向。例如，德國(guó)施耐爾(Schnell)公司用納米技能推出的一種超長(zhǎng)壽數(shù)LL涂層立銑刀，用其加工零件硬度超越70HRC淬硬模具鋼材時(shí)，硬質(zhì)合金刀具材壽數(shù)可延長(zhǎng)2-3倍。

特別值得強(qiáng)調(diào)的是，近幾年開展起來(lái)的在硬質(zhì)合金表面涂覆金剛石的技能，使硬質(zhì)合金刀具不僅在黑色金屬范疇，并且在有色金屬范疇中的切削功率取得了進(jìn)步。由此可知，硬質(zhì)合金今後仍將是制造高速加工刀具的首要基體資料。

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