在現(xiàn)代工業(yè)出產(chǎn)中，運(yùn)用數(shù)控車床加工螺紋，能大大前進(jìn)出產(chǎn)功率、保證螺紋加工精度，減輕操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。但在高職院校的數(shù)控車床實(shí)習(xí)訓(xùn)練教育中普遍存在如下現(xiàn)象：部分教師和絕大多數(shù)學(xué)生對(duì)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(guò)螺紋零件的實(shí)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(jī)械制造中，螺紋聯(lián)接被廣泛運(yùn)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(duì)刀具的穩(wěn)固，絲杠螺母的傳動(dòng)等。它是在圓柱或圓錐外表上沿著螺旋線所構(gòu)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(jī)械中，螺紋零件的作用主要有以下幾點(diǎn)：一是用于聯(lián)接、緊固;二是用于傳遞動(dòng)力，改動(dòng)運(yùn)動(dòng)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(dòng)力，改動(dòng)運(yùn)動(dòng)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(xué)技能的開展，除選用一般機(jī)床加工外，常選用數(shù)控機(jī)床加工。這樣既能減輕加工螺紋的加工難度又能前進(jìn)作業(yè)功率，并且能保證螺紋加工質(zhì)量。數(shù)控機(jī)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(wù)重，程序復(fù)雜;而選用指令G92，可以結(jié)束簡(jiǎn)略螺紋切削循環(huán)，使程序修改大為簡(jiǎn)化，但要求工件坯料事前有必要通過(guò)粗加工。指令G76，克服了指令G92的缺點(diǎn)，可以將工件從坯料到制品螺紋一次性加工結(jié)束。且程序簡(jiǎn)捷，可節(jié)約編程時(shí)間。

　　在一般車床上進(jìn)行多頭螺紋車削一直是一個(gè)加工難點(diǎn)：當(dāng)?shù)匾粭l螺紋車成之后，需求手動(dòng)進(jìn)給小刀架并用百分表校正，使刀尖沿軸向準(zhǔn)確移動(dòng)一個(gè)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(guò)失、掛輪箱傳動(dòng)過(guò)失、小拖板移動(dòng)過(guò)失等多方面的影響，多頭螺紋的導(dǎo)程和螺距難以到達(dá)很高的精度。并且，在整個(gè)加工進(jìn)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(zhǔn)判定位在未結(jié)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?？墒?，在批量出產(chǎn)中，單靠操作者的個(gè)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(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)用使許多一般機(jī)床和傳統(tǒng)工藝難以操控的精度變得容易結(jié)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(shí)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(jìn)程：

　　工件要求：螺紋長(zhǎng)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(zhǔn)備作業(yè)。通過(guò)對(duì)加工零件的分析，運(yùn)用車工手冊(cè)查找M30×3/2-5g6g的各項(xiàng)底子參數(shù)：該工件是導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)上過(guò)失為-0.032、下過(guò)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(biāo)準(zhǔn)上過(guò)失為-0.032、下過(guò)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(lái)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(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)要根據(jù)被加工材料的品種合理選用，材料的商標(biāo)要根據(jù)不同的加工階段來(lái)判定。關(guān)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(qiáng)，對(duì)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(guò)失與磨制的螺紋車刀的視點(diǎn)、對(duì)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(shí)要特別仔細(xì)。

　　四、多頭螺紋加工辦法及程序設(shè)計(jì)

　　多頭螺紋的編程辦法和單頭螺紋相似，選用改動(dòng)切削螺紋初始位置或初始角來(lái)結(jié)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(lái)進(jìn)行編程加工。

　　1.用G92指令來(lái)加工圓柱型多頭螺紋。G92指令是簡(jiǎn)略螺紋切削循環(huán)指令，我們可以運(yùn)用先加工一個(gè)單線螺紋，然后根據(jù)多頭螺紋的結(jié)構(gòu)特性，在Z軸方向上移過(guò)一個(gè)螺距，然后結(jié)束多頭螺紋的加工。程序修改如圖。(工件原點(diǎn)設(shè)在右端面中心)

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

　　式中：X、Z——決對(duì)標(biāo)準(zhǔn)編程的螺紋結(jié)束坐標(biāo)(選用直徑編程)。

　　U、W——增量標(biāo)準(zhǔn)編程的螺紋結(jié)束坐標(biāo)(選用直徑編程)

　　F——螺紋的導(dǎo)程

　　P——螺紋的頭數(shù)

　　3.多頭螺紋加工的操控要素。在運(yùn)用程序加工多頭中，要特別注意對(duì)以下問題的操控：(1)主軸轉(zhuǎn)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(duì)不同導(dǎo)程的螺紋在加工時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速有一個(gè)極限識(shí)別要求，要用經(jīng)歷公式S 1200/P-80來(lái)判定(式中P為螺紋的導(dǎo)程)，S不能超過(guò)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(fù)切削的辦法，這樣可以獲得更潤(rùn)滑的牙外表，到達(dá)Ra3.2要求。(3)批量加工進(jìn)程操控。對(duì)試件切削運(yùn)轉(zhuǎn)程序之前除正常要求對(duì)刀外，在FANUC數(shù)控系統(tǒng)中要設(shè)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(jìn)行精細(xì)測(cè)量并記載數(shù)據(jù)，將磨損值減少0.2，進(jìn)行第2次主動(dòng)加工，并將測(cè)量數(shù)據(jù)記載，今后將磨損補(bǔ)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(fù)進(jìn)行，直至將中徑標(biāo)準(zhǔn)調(diào)試到公差帶的中心為止。在今后的批量加工中，標(biāo)準(zhǔn)的改動(dòng)可以用螺紋環(huán)規(guī)抽檢，并通過(guò)更改程序中的X數(shù)據(jù)，也可以通過(guò)調(diào)整刀具磨損值進(jìn)行補(bǔ)償。

高速鋼薄片T形銑刀變形校對(duì)

高速鋼薄形刀具在熱處理中易變形，假如刀具在熱處理中工藝和操作不恰當(dāng)，比方加熱溫度偏高，刀具綁扎辦法不恰當(dāng)或是加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等，都會(huì)形成高速鋼薄形刀具熱處理后變形較大。因此，高速鋼薄形刀具在熱處理進(jìn)程中需要特別注意操控刀具的變形，采納一些減小變形的辦法。比方采納兩次預(yù)熱；恰當(dāng)降低加熱溫度；恰當(dāng)縮短加熱時(shí)間；正確綁扎刀具；減小一次進(jìn)爐量，防止刀具之間彼此觸莫、揉捏等辦法。但在實(shí)踐熱處理進(jìn)程中，有些刀具由于形狀、巨細(xì)等因素，變形問題無(wú)法消除。并且有時(shí)候會(huì)由于熱處理中工藝和操作不恰當(dāng)?shù)脑蛐纬沙膳毒叱尸F(xiàn)變形大的狀況。咱們單位就呈現(xiàn)過(guò)由于刀具綁扎不恰當(dāng)，一次進(jìn)爐量大而形成一批高速鋼薄片T形銑刀淬火后變形十分大。

1.關(guān)于這批高速鋼薄片T形銑刀

這批高速鋼薄片T形銑刀資料為W6Mo5Cr4V2，數(shù)量為200件，硬度要求為63~66HRC。銑刀長(zhǎng)150mm，銑刀片厚度1.5mm，熱處理前銑刀片厚度留余量為1mm左右。

這批高速鋼薄片T形銑刀的刀片厚度很薄，制品尺度為1.5mm，并且形狀為“T”形。由于W6Mo5Cr4V2刀具的加熱溫度高，這么薄的刀片簡(jiǎn)單變形。關(guān)于這種薄片銑刀，在熱處理中應(yīng)特別要注意采納辦法操控刀具的變形。比方，淬火加熱前采納兩次預(yù)熱（一次低溫預(yù)熱，加熱溫度為550℃左右；一次中溫預(yù)熱，加熱溫度為850℃左右）；采納單件綁扎，減少一次進(jìn)爐量，防止刀具在加熱時(shí)彼此揉捏，形成刀具呈現(xiàn)較大的變形。這批銑刀就是由于綁扎數(shù)量和辦法不恰當(dāng)，以及一次進(jìn)爐量太大而形成大部分銑刀刀片部分平面變形很大，變形>0.3mm，蕞大變形到達(dá)0.7mm。

2.高速鋼薄片T形銑刀的校對(duì)難度剖析

這批高速鋼薄片T形銑刀的刀片厚度很薄，制品尺度為1.5mm，并且形狀為“T”形，淬火后硬度又十分高，硬度要求為63~66HRC，這種形狀的刀具淬火后假如刀片部分發(fā)生變形沒有好的辦法進(jìn)行校對(duì)。長(zhǎng)軸件刀具徑向圓跳動(dòng)變形大，咱們能夠采納多種辦法校對(duì)變形，如趁熱校對(duì)法、熱點(diǎn)法、冷敲法。而這些辦法關(guān)于這些薄片T形銑刀不適宜，上夾具回火校對(duì)的辦法或許會(huì)有一定的作用，可是這批薄片銑刀中刀片部分變形大的數(shù)量多，這種薄片T形銑刀要校對(duì)刀片部分選用上夾具回火校對(duì)的辦法功率會(huì)很低。

3.薄片T形銑刀的校對(duì)

上夾具回火校對(duì)的辦法關(guān)于這種薄片T形銑刀的功率低，一個(gè)夾具一次只能校對(duì)一把銑刀，也不行能做幾套夾具，這種夾具是專用的，用完或許以后就再也用不上了，所以本錢很高，只能另想辦法。

（1）銑刀退火

先將變形大的薄片T形銑刀進(jìn)行退火。高速剛刀具退火十分費(fèi)事，一般只在刀具變形太大，校對(duì)不過(guò)來(lái)或者是硬度偏低，達(dá)不到規(guī)劃圖紙要求時(shí)才會(huì)考慮退火返修。這些T形銑刀的資料為W6Mo5Cr4V2，依據(jù)本單位現(xiàn)有設(shè)備狀況，選用一般電阻爐退火。由于一般電阻爐內(nèi)的介質(zhì)是空氣，含有很多的氧氣，假如刀具直接放到一般電阻爐里進(jìn)行退火的話，刀具表面將呈現(xiàn)較嚴(yán)重的氧化、脫碳，返修后刀具的硬度會(huì)偏低，甚至?xí)纬傻毒吡鸭y。因此，高速剛刀具退火時(shí)有必要采納辦法防止和避免刀具表面氧化、脫碳，具體維護(hù)辦法能夠依據(jù)設(shè)備狀況和自身的狀況而定。咱們單位選用的是金剛砂裝箱維護(hù)。先在不銹鋼維護(hù)箱底部鋪一層金剛砂，將銑刀用廢報(bào)紙包好，一層一層擺好，擺好一層鋪一層金剛砂，終在維護(hù)箱口蓋上石棉板，再蓋上箱蓋，防止外面空氣進(jìn)入維護(hù)箱。

裝好箱后就能夠進(jìn)爐退火。退火加熱溫度為850℃左右，然后隨爐降溫到720℃左右，保溫一段時(shí)間，隨爐冷至550℃以下出爐。有必要嚴(yán)格操控退火工藝進(jìn)程，特別是降溫進(jìn)程，否則高速剛刀具的硬度很難退下來(lái)。退火后檢查刀具的硬度，要求硬度≤28HRC。刀具硬度高了，校對(duì)時(shí)簡(jiǎn)單開裂，返修淬火時(shí)也有或許開裂。

（2）制作專用的校對(duì)模具

依據(jù)T形銑刀的外形、尺度制作了一套專用的校對(duì)模具。校對(duì)模具是用圓鋼加工成φ90mm×170mm的圓柱體，并依據(jù)T形銑刀的外形、尺度在圓柱體中心加工了臺(tái)階孔，T形銑刀的頸部尺度為φ17mm，加大1mm，按φ18mm加工；T形銑刀柄部蕞大尺度為φ24mm，加大2mm，按φ24mm加工，這是為了降低加工難度，假如能夠徹底按照T形銑刀的外形加工模具的內(nèi)孔，能夠提高T形銑刀的校對(duì)作用，也就是校對(duì)后銑刀的變形會(huì)更小。選用線切割的辦法將圓柱體切成兩半，一套校對(duì)模具就做好了。

（3）銑刀校對(duì)

由于銑刀的資料為W6Mo5Cr4V2，合金含量高，塑性較差，直接校壓，刀具很有或許會(huì)開裂。因此，校對(duì)前需要將這些銑刀進(jìn)行預(yù)熱，咱們選用550℃左右進(jìn)行預(yù)熱。經(jīng)過(guò)預(yù)熱，提高了銑刀的塑性。校對(duì)時(shí)用鉗子夾著，將銑刀放進(jìn)校對(duì)模具，并將校對(duì)模具合起來(lái)，銑刀刀片上面放一個(gè)巨細(xì)適宜的圓柱體作為壓塊，壓塊兩個(gè)端面要求平行度好，用液壓機(jī)壓頭壓在壓塊上。校壓時(shí)需要調(diào)整好液壓機(jī)的壓力，壓力小了變形校對(duì)不過(guò)來(lái)，壓力太大了銑刀刀片又有或許被壓扁，形成銑刀刀片尺度發(fā)生變化。選用液壓機(jī)直接校對(duì)是使用刀具的塑性，經(jīng)過(guò)液壓機(jī)對(duì)刀片部位施加壓力，使刀片部位發(fā)生塑性變形，然后到達(dá)校對(duì)變形的意圖。

4.校對(duì)作用

經(jīng)過(guò)校對(duì)，刀片部位變形大的T形銑刀變形≤0.3mm，基本上到達(dá)要求。假如能夠徹底按照T形銑刀的外形加工模具的內(nèi)孔，能夠提高T形銑刀的校對(duì)作用，也就是校對(duì)后銑刀的變形會(huì)更小。

T形銑刀悉數(shù)校對(duì)好后，咱們用箱式電阻爐銑刀用550℃進(jìn)行回火，以消除校對(duì)時(shí)發(fā)生的應(yīng)力，有利于減小從頭淬火時(shí)的變形。高速剛刀具淬火，咱們是選用中溫鹽爐對(duì)高速剛刀具進(jìn)行中溫預(yù)熱，然后轉(zhuǎn)移到高溫鹽爐對(duì)高速剛刀具進(jìn)行淬火加熱。這些T形銑刀從頭淬火時(shí)，咱們選用單件綁扎，一個(gè)淬火鉤只允許掛兩件T形銑刀，并且減少一次的進(jìn)爐量。從頭淬火后，這些T形銑刀變形不大，刀片部位蕞大變形為0.35mm，能夠保證刀片部位能夠加工起來(lái)。

5.結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)先對(duì)這些薄片T形銑刀進(jìn)行退火，制作一套專用的校對(duì)模具，選用液壓機(jī)直接校壓刀片部位，使用刀具退火后較好的塑性，經(jīng)過(guò)液壓機(jī)對(duì)刀片部位施加壓力，使刀片部位發(fā)生塑性變形，到達(dá)了校對(duì)T形銑刀刀片部位變形的意圖。這種校對(duì)辦法功率較高，供給了一種相似零件或刀具淬火變形的校對(duì)辦法。

不過(guò)這只是一種搶救辦法，更重要的是咱們?cè)趯?duì)高速剛刀具進(jìn)行熱處理時(shí)要注意一些操作細(xì)節(jié)，比方刀具的綁扎方式、辦法、裝爐量，以及提高操作人員的技術(shù)水平和責(zé)任心等，只要這樣才干有效地減小高速剛刀具的變形，保證高速剛刀具的熱處理質(zhì)量。

刀具經(jīng)過(guò)砂輪刃磨后，刃口會(huì)存在不同程度的微觀缺陷，在切削過(guò)程中，刀具刃口微觀缺口極易擴(kuò)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(shù)，能有效減少或消除刃磨后的刀具刃口微觀缺陷，以達(dá)到圓滑平整，提高刀具抗沖擊性能，使刀具刃口鋒利堅(jiān)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(xué)鈍化和磨料水射流鈍化等。

噴砂是以壓縮空氣為動(dòng)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(shí)現(xiàn)對(duì)工件表面的加工。由于磨料對(duì)工件表面的沖擊和切削作用，工件的表面性能和形狀會(huì)發(fā)生改變。而微噴砂技術(shù)是以傳統(tǒng)噴砂技術(shù)為基礎(chǔ)，采用微米級(jí)尺寸的磨料顆粒來(lái)進(jìn)行待加工表面處理的技術(shù)，廣泛應(yīng)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(jī)理，包括裂紋擴(kuò)展導(dǎo)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(shù)在刀具領(lǐng)域主要應(yīng)用在表面處理方面，如涂層刀具。通過(guò)對(duì)刀具基體表面進(jìn)行相應(yīng)的微噴砂處理，來(lái)改變基體的表面形貌，以增加涂層與刀具基體之間的粘結(jié)力，提高刀具的切削壽命。研究表明，對(duì)刀具的涂層表面進(jìn)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(shù)在刀具刃口鈍化領(lǐng)域沒有得到廣泛應(yīng)用，理論研究還不充分。

本文通過(guò)微噴砂技術(shù)對(duì)硬質(zhì)合金刀片YT15進(jìn)行刃口鈍化，研究微噴砂工藝參數(shù)對(duì)刃口半徑的影響以及微噴砂處理對(duì)刃口質(zhì)量的影響，并分析微噴砂處理的材料去除機(jī)理。

1試驗(yàn)步驟

試驗(yàn)以噴砂壓力P、磨料比重W和噴砂時(shí)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(gè)因素設(shè)4個(gè)水平，進(jìn)行64組全因素刃口鈍化試驗(yàn)，因素水平見表1。

表1  微噴砂全因素試驗(yàn)因素水平

采用濕式手動(dòng)噴砂機(jī)，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(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片YT15，其尺寸標(biāo)準(zhǔn)為SNMN120404，相應(yīng)的材料性能見表2。通過(guò)激光共聚焦顯微鏡(LSM，Keyence VK-X200K)對(duì)微噴砂處理后的刀片刃口進(jìn)行觀測(cè)，試驗(yàn)觀測(cè)指標(biāo)為刀片刃口半徑r和刃口線粗糙度Ra，終結(jié)果為三次測(cè)量后的平均值。同時(shí)對(duì)其刃口形貌進(jìn)行掃描電子顯微鏡鏡(SEM)觀察，分析刃口材料去除機(jī)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(xué)性能

2試驗(yàn)結(jié)果與分析

(1)微噴砂工藝參數(shù)對(duì)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(shì)。圖2a、圖2b、圖2c和圖2d分別是在噴砂時(shí)間為20s、30s、40s和50s時(shí)刃口半徑隨噴砂壓力的變化圖。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在相同的噴砂壓力和磨料比重下，隨噴砂時(shí)間的增加，刀具刃口半徑增大，這實(shí)質(zhì)上是材料去除隨著時(shí)間累積的結(jié)果。在相同的噴砂時(shí)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?yàn)殡S著噴砂壓強(qiáng)的增加，磨料流的出口速度增加，單顆粒磨料速度也相應(yīng)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(shí)磨料流速度的增加，使單位時(shí)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(dāng)于既增加磨料比重又增加噴砂時(shí)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(duì)刀具刃口半徑的影響可知，在噴砂壓力為0.2MPa和0.25MPa時(shí)，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(shí)，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(shì)。同理，根據(jù)單顆粒磨料沖蝕模型分析可知，當(dāng)噴砂壓力較小時(shí)，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(shí)間內(nèi)磨料顆粒對(duì)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(dāng)磨料比重過(guò)大時(shí)，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(shí)間內(nèi)磨料對(duì)刀具刃口的沖擊次數(shù)減少，進(jìn)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(dāng)噴砂壓力較大時(shí)，隨著磨料比重的增加，在單位時(shí)間內(nèi)增加的磨料對(duì)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?lái)說(shuō)，單位時(shí)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(shì)

(2)微噴砂處理對(duì)刃口線粗糙度的影響

圖3是硬質(zhì)合金刀片YT15經(jīng)過(guò)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(shí)間T=30s。通過(guò)測(cè)量得到切削刃的相關(guān)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(lái)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(lái)的0.79μm下降到0.5μm，Ry則由原來(lái)的6μm下降到3μm。這是由于微噴砂處理消除了刀具刃磨時(shí)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(duì)比(μm)

圖4是微噴砂全因素試驗(yàn)時(shí)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(jī)理研究

刀片的微噴砂過(guò)程實(shí)質(zhì)上是高速磨料射流沖擊材料表面，實(shí)現(xiàn)材料的去除。其材料去除機(jī)理主要?dú)w結(jié)為磨料顆粒對(duì)材料的去除方式。對(duì)于脆性材料，其去除機(jī)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(shí)間T=20s和磨料比重W=0.1時(shí)的刃口形貌?？梢钥闯?，經(jīng)過(guò)微噴砂處理后，刀具出現(xiàn)了圓弧刃口，對(duì)其圓弧刃口的區(qū)域A進(jìn)行放大，可以觀察刃口材料去除形成的微觀形貌。通過(guò)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(kuò)展造成的脆性斷裂，這是由于棱角尖銳的磨料顆粒對(duì)于硬質(zhì)相的沖擊作用，使之產(chǎn)生徑向裂紋和側(cè)向裂紋，由于磨料顆粒的高頻率沖擊，進(jìn)而造成側(cè)向裂紋的擴(kuò)張形成網(wǎng)狀裂紋，達(dá)到材料的去除。對(duì)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(duì)工件材料的微切削作用導(dǎo)致。由于刀具材料中除硬質(zhì)相成分外，還包括粘結(jié)相，其微切削作用相對(duì)于粘結(jié)相更為明顯，粘結(jié)相材料先于硬質(zhì)相去除，使得硬質(zhì)相成分顯露出來(lái)。因此微噴砂處理硬質(zhì)合金刀具YT15的材料去除機(jī)理，包括由磨料沖擊和水楔作用引起裂紋擴(kuò)展而導(dǎo)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

小結(jié)

微噴砂處理可以對(duì)硬質(zhì)合金刀具YT15刃口進(jìn)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(shí)間和噴砂壓力的增加而增大。對(duì)于磨料比重而言，在噴砂壓力為0.2MPa和0.25MPa時(shí)，隨著磨料比重的增加，刀具刃口半徑先增大而后減??；在噴砂壓力為0.3MPa和0.35MPa時(shí)，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(shì)。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(jié)構(gòu)上對(duì)刀具刃口進(jìn)行鈍化。硬質(zhì)合金刀具YT15刃口材料的去除機(jī)理，包含由裂紋擴(kuò)展而導(dǎo)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。