刀具是現(xiàn)代切削加工中極其關鍵的根底部件，其功能直接影響加工功率和已加工零件的表面質(zhì)量。即使對刀具刃口進行細心的磨削，刀具刃區(qū)的描摹依然會存在細微缺點，然后降低刀具的壽數(shù)和加工質(zhì)量。刀具刃口鈍化能夠延常刀具使用壽數(shù)50%-400%。因此，近年來刀具鈍化技能越來越受到重視。

國內(nèi)外學者關于刀具刃口鈍化展開了大量的研討。Tugrul ozel選用切削軟件進行方真，研討了鈍化后的PCBN刀具切削鋁合金時的應力和切削力等的改變規(guī)則；P.I.Varela等研討了不同的刃口形狀對切削后的剩余應力及已加工零件的表面質(zhì)量的影響，驗證了刀具刃口鈍化能夠有用提高加工表面質(zhì)量；賈秀杰等選用切削實驗探究了鈍化后的刀具在不同的切削參數(shù)下切削工件時，產(chǎn)生的切削力和被加工零件的表面質(zhì)量隨切削參數(shù)改變而改變的規(guī)則；朱曉雯選用了7種不同的鈍化工藝對硬質(zhì)合金刀具進行鈍化處理，其間包含立式旋轉鈍化法，并經(jīng)過實驗探究了不同鈍化方式對硬質(zhì)合金刀具壽數(shù)的影響。

刀具鈍化刃口尺度歸于微米級，通常選用鈍圓半徑表征刃口概括。實際上，刀具鈍化的刃口概括并非規(guī)則的圓弧，僅僅選用鈍圓半徑不足以表征實際的鈍化概括。B.Denkena等提出了任何切削刃的非對稱問題K-factor方法，選用從極點刀尖1和刀尖2的比率Sa/Sγ即K因子來表示，邊緣的扁平度經(jīng)過參數(shù)△γ和φ的比值來表示，這種方法相對簡單且可視化；C. F. Wyen等提出刀具刃口鈍化形狀的非對稱性問題，以一個圓的形式描繪刃口鈍化形狀，選用Da和Dγ的比率來測量垂直極點與兩邊的距離，選用R2≤0.9判定系數(shù)驗證。

目前通常選用K因子表示刀具鈍化非對稱刃口。當K=1時，刀具鈍化刃口為對稱刃口，即為鈍圓半徑。當K≠1時，刀具鈍化刃口為非對稱刃口。國內(nèi)外關于刀具鈍化非對稱刃口機制的研討十分少C.E.H.Ventura等選用研磨法對CBN刀具進行鈍化，經(jīng)過實驗驗證了不同的K因子對刀具刃口磨損的影響程度不同，選擇合適的K值以減少磨損；E.Bassett等選用磨料刷法對刀具進行鈍化，研討了不同K因子的非對稱刃口對涂層WC-Co刀具切削AISI1045的磨損和熱力散布的影響規(guī)則，經(jīng)過實驗驗證了Sα值影響刀具壽數(shù)，主要是后刀面磨損。因此，對刀具非對稱刃口鈍化的研討是必要的。

本文選用刀具刃口鈍化進行正交實驗研討，對硬質(zhì)合金刀具進行立式旋轉鈍化，經(jīng)過對實驗成果進行數(shù)學回歸分析，研討了刀具鈍化非對稱刃口K因子隨不同鈍化參數(shù)的改變規(guī)則，為實現(xiàn)刀具鈍化刃口優(yōu)化供給依據(jù)。

1  刀具刃口鈍化實驗

如圖1所示，在立式旋轉鈍化機上進行刀具鈍化處理。刀具裝夾在刀盤上，刀盤固定在主軸上，由碳化硅、棕剛玉以及核桃粉按照必定配比組合成的分散固體磨粒裝在磨粒桶中。成組刀具在磨粒中實現(xiàn)公轉及自轉，單個刀具實現(xiàn)公轉及自轉，達到鈍化的意圖。

刀具選用標準號為ZX040的硬質(zhì)合金立銑刀。刀具前角14°，后角15°，刃長25mm，直徑10mm，柄長75mm。

選用Alicona光學三維刀具測量儀對鈍化后的刀具非對稱刃口進行檢測（見圖2）。刀具鈍化非對稱刃口檢測成果如圖3所示。

依據(jù)鈍化速度、鈍化時刻、磨粒配比和磨粒粒度規(guī)劃正交實驗。其間，磨粒由棕剛玉和碳化硅組成，磨粒配比為碳化硅與棕剛玉的比值。刀具鈍化正交實驗成果見表1。

圖1  刀具刃口鈍化機    圖2  光學三維刀具測量儀

圖3  刀具鈍化非對稱刃口檢測成果

表1  刀具鈍化正交實驗

實驗成果表明，不同的鈍化參數(shù)對刀具非對稱刃口的影響程度不同。鈍化時刻對刀具非對稱刃口K因子的影響蕞大，磨粒配比與主軸轉速次之，磨粒粒度對刀具非對稱刃口K因子的影響蕞小。

2  刀具鈍化非對稱刃口模型的樹立

選用數(shù)學回歸法樹立刀具非對稱刃口K因子的猜測模型，把刀具鈍化4個鈍化參數(shù)作為自變量，刀具鈍化非對稱刃口K因子為因變量。依據(jù)正交實驗成果進行數(shù)學回歸，獲得刀具鈍化非對稱刃口K因子的猜測模型。

Y=1.352-0.00003651A-0.024B 0.000007221AD 0.004BD-0.002CD    （1）

式中，Y為因子；A為主軸轉速(mm/min)；B為鈍化時刻(min)；C為磨粒粒度(目數(shù))；D為磨粒配比。

為查驗數(shù)學回歸法構造的的刀具鈍化非對稱刃口K因子模型能否較好地體現(xiàn)各自變量與因變量之間的函數(shù)關系，選用F查驗法進行顯著性查驗，K因子模型的F法查驗，成果見表2。

查F散布表，當α=0.05 時，F(xiàn)=（4，4）=6.39，因為F比16.591>6.39，從刀具鈍化非對稱刃口K因子模型的F查驗法的查驗成果可知，該猜測模型能夠較好地反映刀具鈍化非對稱刃口K因子與主軸轉速、鈍化時刻、磨粒粒度和磨粒配比之間的關系。

表2  刀具鈍化非對稱刃口K因子模型的方差分析表

小結

選用立式旋轉鈍化法進行刀具刃口鈍化實驗，經(jīng)過正交實驗研討刀具鈍化非對稱刃口K因子隨鈍化參數(shù)的改變規(guī)則，對刀具鈍化非對稱刃口K因子的影響蕞大的是鈍化時刻，其次是磨粒配比與主軸轉速，磨粒粒度對刀具鈍化非對稱刃口K因子的影響蕞小。選用數(shù)學回歸方法樹立了刀具鈍化非對稱刃口K因子的猜測模型，選用方差分析驗證了該模型的正確性。

在現(xiàn)代工業(yè)出產(chǎn)中，運用數(shù)控車床加工螺紋，能大大前進出產(chǎn)功率、保證螺紋加工精度，減輕操作工人的勞動強度。但在高職院校的數(shù)控車床實習訓練教育中普遍存在如下現(xiàn)象：部分教師和絕大多數(shù)學生對螺紋加工感到扎手，特別是加工多頭螺紋，更加莫衷一是。下面通過螺紋零件的實踐加工分析，闡述多頭螺紋的加工步驟和辦法。

　　一、螺紋的底子特性

　　在機械制造中，螺紋聯(lián)接被廣泛運用，例如數(shù)控車床的主軸與卡盤的聯(lián)合，方刀架上螺釘對刀具的穩(wěn)固，絲杠螺母的傳動等。它是在圓柱或圓錐外表上沿著螺旋線所構成的具有規(guī)定牙型的接連凸起和溝槽，有外螺紋和內(nèi)螺紋兩種。按照螺紋剖面形狀的不同，主要有三角螺紋、梯形螺紋、鋸齒螺紋和矩形螺紋四種。按照螺紋的線數(shù)不同，又可分為單線螺紋和多線螺紋。在各種機械中，螺紋零件的作用主要有以下幾點：一是用于聯(lián)接、緊固;二是用于傳遞動力，改動運動形式。三角螺紋常用于聯(lián)接、穩(wěn)固;梯形螺紋和矩形螺紋常用于傳遞動力，改動運動形式。由于用處不同，它們的技能要求和加工辦法也不一樣。

　　二、加工辦法

　　螺紋的加工，跟著科學技能的開展，除選用一般機床加工外，常選用數(shù)控機床加工。這樣既能減輕加工螺紋的加工難度又能前進作業(yè)功率，并且能保證螺紋加工質(zhì)量。數(shù)控機床加工螺紋常用G32、G92和G76三條指令。其間指令G32用于加工單行程螺紋，編程任務重，程序復雜;而選用指令G92，可以結束簡略螺紋切削循環(huán)，使程序修改大為簡化，但要求工件坯料事前有必要通過粗加工。指令G76，克服了指令G92的缺點，可以將工件從坯料到制品螺紋一次性加工結束。且程序簡捷，可節(jié)約編程時間。

　　在一般車床上進行多頭螺紋車削一直是一個加工難點：當?shù)匾粭l螺紋車成之后，需求手動進給小刀架并用百分表校正，使刀尖沿軸向準確移動一個螺距再加工第二條螺紋;或許打開掛輪箱，調(diào)整齒輪嚙合相位，再順次加工其他各頭螺紋。受一般車床絲杠螺距過失、掛輪箱傳動過失、小拖板移動過失等多方面的影響，多頭螺紋的導程和螺距難以到達很高的精度。并且，在整個加工進程中，不可避免地存在刀具磨損甚至打刀等問題，一旦換刀，新刀有必要準判定位在未結束的那條螺紋線上。這一切都要求操作者具有豐富的經(jīng)歷和高明的技能。可是，在批量出產(chǎn)中，單靠操作者的個人經(jīng)歷和技能是不能保證出產(chǎn)功率和產(chǎn)品質(zhì)量的。在制造業(yè)現(xiàn)代化的今日，數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)的運用使許多一般機床和傳統(tǒng)工藝難以操控的精度變得容易結束，并且出產(chǎn)功率和產(chǎn)品質(zhì)量也得到了很大程度的保證。

　　三、實例分析

　　現(xiàn)以FANUC系統(tǒng)的GSK980T車床，加工螺紋M30×3/2-5g6g為例，闡明多頭螺紋的數(shù)控加工進程：

　　工件要求：螺紋長度為25mm，兩頭倒角為2×45°、牙外表粗糙度為Ra3.2的螺紋。選用的材料是為45#圓鋼坯料。

　　1.準備作業(yè)。通過對加工零件的分析，運用車工手冊查找M30×3/2-5g6g的各項底子參數(shù)：該工件是導程為3mm紋且螺距為1.5(該參數(shù)是查表的重要根據(jù))的雙線螺;大徑為30，公差帶為6g，查得其標準上過失為-0.032、下過失為-0.268、公差有0.236，公差要求較松；中徑為29.026，公差帶為5 g，查得其標準上過失為-0.032、下過失為-0.150，公差為0.118，公差要求較緊;小徑按照大徑減去車削深度判定。螺紋的總背吃刀量ap與螺距的聯(lián)系近經(jīng)歷公式ap≈0.65P，每次的背吃刀量按照初精加工及材料來判定。大徑是車削螺紋毛壞外圓的編程根據(jù)，中徑是螺紋標準檢測的規(guī)范和調(diào)試螺紋程序的根據(jù)，小徑是編制螺紋加工程序的根據(jù)。兩頭留有必定標準的車刀退刀槽。

　　2、正確挑選加工刀具。螺紋車刀的品種、材質(zhì)較多，挑選時要根據(jù)被加工材料的品種合理選用，材料的商標要根據(jù)不同的加工階段來判定。關于45#圓鋼材質(zhì)，宜選用YT15硬質(zhì)合金車刀，該刀具材料既適合于粗加工也適合于精加工，通用性較強，對數(shù)控車床加工螺紋而言是比較適合的。別的，還需求考慮螺紋的形狀過失與磨制的螺紋車刀的視點、對稱度。車削45鋼螺紋，刃傾角為10°，主后角為6°，副后角為4°，刀尖角為59°16’，左右刃為直線，而刀尖圓弧半徑則由公式R=0.144P判定(其間P為螺距)，刀尖圓角半徑很小在磨制時要特別仔細。

　　四、多頭螺紋加工辦法及程序設計

　　多頭螺紋的編程辦法和單頭螺紋相似，選用改動切削螺紋初始位置或初始角來結束。假定毛坯已經(jīng)按要求加工，螺紋車刀為T0303，選用如下兩種辦法來進行編程加工。

　　1.用G92指令來加工圓柱型多頭螺紋。G92指令是簡略螺紋切削循環(huán)指令，我們可以運用先加工一個單線螺紋，然后根據(jù)多頭螺紋的結構特性，在Z軸方向上移過一個螺距，然后結束多頭螺紋的加工。程序修改如圖。(工件原點設在右端面中心)

　　2.用G33指令來加工圓柱型多頭螺紋。用G33指令來編程時，除了考慮螺紋導程(F值)外，還要考慮螺紋的頭數(shù)(P值)來闡明螺紋軸向的分度角。

　　式中：X、Z——決對標準編程的螺紋結束坐標(選用直徑編程)。

　　U、W——增量標準編程的螺紋結束坐標(選用直徑編程)

　　F——螺紋的導程

　　P——螺紋的頭數(shù)

　　3.多頭螺紋加工的操控要素。在運用程序加工多頭中，要特別注意對以下問題的操控：(1)主軸轉速S280的判定。由于數(shù)控車床加工螺紋是依托主軸編碼器作業(yè)的，主軸編碼器對不同導程的螺紋在加工時的主軸轉速有一個極限識別要求，要用經(jīng)歷公式S 1200/P-80來判定(式中P為螺紋的導程)，S不能超過320r/min，故取S280 r/min。(2)外表粗糙度要求。螺紋加工的終一刀底子選用重復切削的辦法，這樣可以獲得更潤滑的牙外表，到達Ra3.2要求。(3)批量加工進程操控。對試件切削運轉程序之前除正常要求對刀外，在FANUC數(shù)控系統(tǒng)中要設定刀具磨損值在0.3～0.6之間，地一次加工完后用螺紋千分尺進行精細測量并記載數(shù)據(jù)，將磨損值減少0.2，進行第2次主動加工，并將測量數(shù)據(jù)記載，今后將磨損補償值的遞減崎嶇減少并查詢它的減幅與中徑的減幅的聯(lián)系，重復進行，直至將中徑標準調(diào)試到公差帶的中心為止。在今后的批量加工中，標準的改動可以用螺紋環(huán)規(guī)抽檢，并通過更改程序中的X數(shù)據(jù)，也可以通過調(diào)整刀具磨損值進行補償。

在德國刀具制作商Horn公司每兩年舉辦一次的“技術開放日”上，媒體記者獲邀參觀了該公司坐落德國圖賓根市的硬質(zhì)合金刀片毛坯生產(chǎn)線，親眼見證了用包含多種不同成分的混合粉料生產(chǎn)可轉位刀片的全進程。

Horn公司生產(chǎn)的各種刀具產(chǎn)品（如銑刀、車刀、拉刀、鉸刀等）廣泛采用了可轉位刀片。圖1中的旋轉展臺展示了該公司蕞新開發(fā)的一些立異產(chǎn)品，包含圓柄和削柄25A端面切槽體系、用于S100內(nèi)冷卻車削刀片的新式刀夾等。

圖1

Horn公司在世界各地的刀具生產(chǎn)廠都能夠?qū)Y而成的刀片進行刃磨成形加工，但一切的刀片毛坯都來自坐落圖賓根的Horn

Hartstoffe硬質(zhì)合金生產(chǎn)廠。制坯工藝的地一步是將不同配比的碳化物、結合劑資料（如鈷和鉭）以及后續(xù)加工所需的添加劑經(jīng)精密稱量后制成混合粉料（圖2）。在冶金實驗室對質(zhì)料進行的檢驗檢測后，對其進行攪拌混合，直至達到所要求的濃度，然后送至下一道工序，用三種成型辦法（軸向壓制成型、擠出成型或打針成型）之一進行毛坯成型加工。

圖2

如果刀片的形狀比較簡單，一般可采用如圖3所示的電動軸向壓坯機壓制成型。這種常用的刀片壓制辦法是將粉料放入模具之中，經(jīng)過單向或雙向加壓，壓制出終究形狀。雖然該辦法比其他成型辦法更簡潔（如在燒結前無需參加添加劑），但卻不適合壓制較雜亂的刀片形狀，因為刀片脫模或許比較困難（或許完全無法脫模）。Horn公司這臺壓坯機采用了機器人自動裝料/卸件設備（見壓坯機左側）。

圖3

形狀較雜亂的刀片一般是在如圖4所示的活塞式擠出成型機上成型。該機推擠原資料經(jīng)過一個模具而取得所需的形狀。值得注意的是，利用浮動芯軸銷，能夠在刀片毛坯內(nèi)部構成內(nèi)冷卻通道。在擠出成型機下部能夠看到，構成的生坯呈長條狀，還需要將其切成所需長度，經(jīng)過清潔后再送去進行預燒結和燒結。

圖4

用于擠出成型的粉料中含有各種蠟和其他添加劑，這些添加劑可使加工出的刀片生坯具有延展性并呈橡膠狀（見圖5），這些長條形生坯還要切成所需尺度，并在后續(xù)工序中成型。隨后，這些添加劑將在預燒結工序中予以去除。

圖5

Horn公司還開發(fā)了一種用于大批量生產(chǎn)雜亂形狀刀片毛坯的金屬打針成型工藝（圖6所示為兩個裝在流道上的刀片的3D設計圖）。該工藝所用的打針成型機能夠設置超過5000種不同的工藝參數(shù)和變量。注入資料的體積范圍為0.2－20 cm3，打針速度為6m/sec，打針壓力蕞大可達2,200bar，模具重量范圍為150－200kg。

圖6

與打針成型機、壓坯機和擠出成型機相鄰的工區(qū)（見圖7）專門擔任為硬質(zhì)合金刀片生產(chǎn)線制作東西和夾具。為此，Horn公司裝備了電火花加工機床、車床、三軸和五軸銑床、平面磨床和坐標磨床等機床，以及微噴砂體系、激光測量儀和三坐標測量機等設備。

圖7

用擠出成型機或打針成型機成型的刀片生坯經(jīng)過清潔后，還必須進行預燒結。這道工序耗時2－4天，生坯要在氫氣氛爐中逐步加熱到850℃左右，使其中的各種添加劑受熱揮發(fā)，并使生坯預固化。刀片毛坯經(jīng)過預燒結后，即可進入燒結階段（用軸向壓坯機成型的毛坯無需預燒結，可直接進行燒結）。經(jīng)過在1,350℃－1,550℃的高溫文可達100bar的氣體壓力下進行燒結，刀片資料即可取得其終究的物理性能。在燒結進程中，資料部分呈液相狀況，碳化物以相同的方法重新排列，構成無孔隙的同質(zhì)結構。此外，燒結后刀片的體積大約會比燒結前縮小20％－22％（見圖8）。整個燒結進程大約需要持續(xù)20小時才干完結。

圖8

經(jīng)過一系列計量室測試和質(zhì)量控制程序（包含掃描電鏡檢測、維氏硬度檢測、密度檢測、磁飽和度檢測等）之后，各批制品刀片毛坯將從硬質(zhì)合金工廠運送到同樣坐落Horn工業(yè)園區(qū)的刀具生產(chǎn)廠，并在那里的專用磨床（見圖9）上刃磨出刀片的終究形狀。DMG/森精機公司專門為Horn公司提供的銑床渠道也能夠滿意其刀具刃磨的特定需求。Horn刀具生產(chǎn)廠的加工機床總數(shù)超過200臺，這些機床均按所加工的刀片類型分組。

圖9

圖10所示為Horn公司員工將刃磨好的刀片置于夾具上，準備對其進行清潔和噴砂處理。處理完畢后，再將這些夾具移至涂層爐中（Horn公司共有8臺涂層爐）進行PVD或CVD涂層。完結涂層工序后，制品刀片就能夠包裝發(fā)貨了。

圖10

圖11所示為Horn公司生產(chǎn)夾持刀片的刀體和刀夾的加工車間。

圖11

Horn公司從事各種刀片生產(chǎn)任務的許多員工都曾參加過企業(yè)自己的學徒訓練計劃。圖12中正在操作五軸加工中心的學徒已處于訓練的高及階段。在參與手動和數(shù)控加工之前，學徒們先要學習一些基本技能（如整理文檔）。

刀具經(jīng)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(xiàn)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(chǎn)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(zhì)合金刀片YT15進行刃口鈍化，研究微噴砂工藝參數(shù)對刃口半徑的影響以及微噴砂處理對刃口質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)合金刀具YT15微噴砂加工示意圖

表2  硬質(zhì)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(shù)對刃口半徑的影響

圖2為硬質(zhì)合金刀具YT15刃口半徑隨微噴砂各工藝參數(shù)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(xiàn)，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(zhì)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(zhì)合金可看作是硬脆材料，根據(jù)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(shù)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(nèi)有效沖擊刀具刃口的磨料顆粒數(shù)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小；而在噴砂壓力為0.3MPa和0.35MPa時，隨著磨料比重的增加，刀具的刃口半徑呈現(xiàn)一直增大的趨勢。同理，根據(jù)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(nèi)磨料顆粒的數(shù)量增加，造成單位時間內(nèi)磨料顆粒對刀具刃口的沖擊次數(shù)增加，所以刃口材料的去除量變大。當磨料比重過大時，根據(jù)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(nèi)磨料對刀具刃口的沖擊次數(shù)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(nèi)增加的磨料對刀具刃口的沖擊次數(shù)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(nèi)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(shù)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(zhì)合金刀片YT15經(jīng)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(shù)：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(shù)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(xiàn)，硬質(zhì)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(chǎn)生的微觀缺陷，改善了刃口質(zhì)量。

表3  未處理刀片與微噴砂刃口鈍化刀片刃口參數(shù)對比(μm)

圖4是微噴砂全因素試驗時硬質(zhì)合金刀片YT15的刃口線粗糙度的分布情況。可以得出，硬質(zhì)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(zhì)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(zhì)上是高速磨料射流沖擊材料表面，實現(xiàn)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(zhì)合金刀具YT15在噴砂壓力P=0.25MPa、磨料目數(shù)M=320、噴砂時間T=20s和磨料比重W=0.1時的刃口形貌。可以看出，經(jīng)過微噴砂處理后，刀具出現(xiàn)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(zhì)合金中硬質(zhì)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(zhì)相的沖擊作用，使之產(chǎn)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(wǎng)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(xiàn)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(zhì)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(zhì)相去除，使得硬質(zhì)相成分顯露出來。因此微噴砂處理硬質(zhì)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(zhì)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(zhì)合金刀具YT15微噴砂刃口形貌SEM圖

微噴砂處理可以對硬質(zhì)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?。辉趪娚皦毫?.3MPa和0.35MPa時，隨著磨料比重的增加，刀具刃口半徑呈現(xiàn)一直增大的趨勢。微噴砂處理可有效改善硬質(zhì)合金刀具YT15的刃口質(zhì)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(zhì)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(zhì)相材料的脆性去除和微切削作用引起的材料塑性去除。