硬質合金刀具刃口鈍化技術現狀

刃口鈍化的工藝方式層出不窮,刀具刃口鈍化工藝始於20世紀70年代,刃口鈍化技術前沿、主流及常用的技術主要有以下幾種:

(1)砂輪鈍化法

砂輪鈍化法是最先出現、也是目前使用範圍最廣的技術。砂輪與被加工刀片直接接觸,利用砂輪與被加工刀片之間的相對運動以達到加工要求。隨著機電自動化技術的進步,數控工具磨、萬能工具磨、周邊磨等裝置的使用,使砂輪鈍化法的自動化程度和加工精度大大提高。砂輪材料通常為金剛石砂輪,李瑞[8]研究了不同磨粒及其配比對刀具刃口鈍化的影響,尤其對單磨粒和多磨粒對刃口作用的研究。杜金欣[9]指出,砂輪刃磨後的車刀都要經過油石研磨,包括砂輪刃磨的刀面,如主、副後刀面、刀尖部分的刀面和兩後刀面相交稜角倒圓等。砂輪鈍化法的弊端是產品為單片加工,耗時,效率低,成本高。

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(2)微磨料水射流技術

微磨料水射流技術是一種新興加工技術,屬於環保的微型加工,加工過程中透過增壓發生器和噴嘴直徑等的控制,要求水束直徑在100μm以下,並以很高的壓力將高壓水與微磨粒顆粒混合形成一束液固高能射流。高能射流中的高能磨料顆粒對加工工件實施高速反覆碰撞,形成一種類似“滴水穿石”的加工效果。微磨料水射流技術最先在半導體材料加工、微型電子機械系統制造以及光學器件生產上廣泛應用[10],文獻[11,12]研究了將該技術應用於硬質合金工具行業。這是當今較為前沿的刃口鈍化技術,從公開文獻報道來看,對其研究還停留在理論、基本工藝及加工裝置研究階段,尚未真正將其應用於實際生產中。

(3)電化學機械複合鈍化法

電化學機械複合鈍化法是由電化學加工和機械磨削作用相複合而進行加工的一種刀具鈍化工藝,主要先用電解去毛刺的原理[13],再用機械方法磨削去除氧化膜,獲取所需要的刃口大小及形狀。閆獻國[14]、呂雁文[15]等設計了刀具刃口電解強化裝置加工高速鋼絲錐,可以提高其使用壽命,效果與被加工材料和刃口強化量有關。王林靜等[16]研究了採用此法鈍化硬質合金刀具刃口,解決了目前刃口鈍化均勻性不好的問題。

(4)攪拌鈍化法

攪拌鈍化法也叫拖拽法,是把磨料盛放在桶內,整體刀具等被加工物插入磨料桶,透過鐳射感測器,準確定位工件插入磨料的深度,從而保證加工品質和加工過程的安全性。磨粒通常為金剛石粉末與其他磨料的混合物,此種方式適用整體刀具的刃口鈍化。相較於尼龍刷鈍化法,攪拌鈍化法在旋轉過程中使整體刀具各個刃口受到同等的鈍化處理,處理結果比較均勻[17]。

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(5)振動鈍化法

振動鈍化技術於20世紀80年代提出,主要裝置包括振動臺和工作臺。振動臺中安裝有振動電機,機械振動透過電機帶動偏心輪來產生,刀片鈍化時,將刀片置於與振動體連在一起的容器內,容器內裝有磨料,磨料顆粒與刀片反覆碰撞,透過碰撞去除切削刃上微量材料,最終達到刃口鈍化的目的。文獻[18]研究了振動鈍化的力學模型。這種鈍化工藝對降低刀片的表面殘餘應力有不錯的效果,也能在相當程度上提高刀具的壽命,而鈍化效果取決於振動頻率、磨料粒度、裝夾方式等。

(6)磁力研磨法

磁力研磨法在垂直於工件圓柱面軸線方向加一磁場,在S、N兩磁極之間加入磁性磨料,磁性磨料吸附在磁極和工件表面上,並沿磁力線方向排列成有一定柔性的“磨料刷”。工件一邊旋轉,一邊作軸向振動,磁性磨料在工件表面輕輕刮擦,以達到去除工件表面金屬及毛刺目的。根據B。Karpuschewski等[19]在2009年鑑中指出,磁力研磨產生的刃口質量穩定,加工重複性好,由此產生的刀具表面粗糙度也較良好。

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(7)尼龍刷鈍化法

尼龍刷鈍化法是將細顆粒的研磨介質粘結塗覆於尼龍材料的刷輪或者刷盤上,然後將毛刷裝在專用機床主軸上。毛刷有兩種:一種是橫向滾輪式毛刷,另一種是縱向盤式毛刷[21],透過毛刷的高速旋轉對被加工零件進行往復走刀,常用研磨介質有SiC、CBN、金剛石顆粒[20],該技術最先是20世紀90年代美國Conicity Technologies LLC公司研製了用毛刷研磨的IXM- 50錐形強化機[22],之後國內桂育鵬研製了用含磨料尼龍盤刷柔性磨削的刃口鈍化機,適用於鈍化可轉位硬質合金刀片[23]。

總體來講,該技術加工效率較高,但尼龍刷也存在弊端,如長期工作後溫度升高易致毛刷變軟、研磨介質消耗會改變研磨效率、靜電作用吸附空氣中灰塵汙染刀片表面、刃口形狀及均勻性較差等問題。目前新技術的尼龍刷鈍化裝置新增了水冷卻系統,並且電控系統也做了改進,能部分解決上述問題。該方法應用於可轉位刀片的刃口鈍化或鈍化半徑要求大的工況,是目前較為常見的刃口鈍化方法之一,效率較高,生產成本較低,但刃口一致性有待提高。

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(8)噴砂法

噴砂技術分為幹噴砂和溼噴砂兩種,區別在於研磨材是否與水混合,當前主流技術是溼噴砂。

溼噴砂原理是噴砂機噴槍透過壓縮空氣的力量將水和研磨材的混合液高速噴射,在一定距離內以一定速度與角度實現對金屬、塑膠、陶瓷等材料的表面清洗和加工。溼噴砂裝置分為透過式和轉檯式兩種,噴砂的工作方式也有大批整盤噴砂和刀片單片噴砂兩種。目前國內使用的都是大批整盤噴砂的裝置,在日本等先進企業中的一些高階刀具產品採用單片噴砂方式,其切削刃的一致性更好。溼噴砂法技術的關鍵是研磨材粒子均勻度控制、砂水混合濃度監測及控制、砂水混合液噴射技術、加工工藝引數等。溼噴砂法是目前較為主流的刃口鈍化方法之一,該方法較尼龍刷鈍化法刃口一致性有提升。

(9)鐳射法

鐳射法是在鐳射熔覆技術基礎上發展而來的一項技術,餘春榮[24]介紹了鐳射修整青銅金剛石砂輪的方法,朱曉雯[17]介紹了利用特殊鐳射束處理刀片刃口,鐳射在刀片表面產生高熱量,融化部分材料,達到鈍化刃口的效果。該方法目前國內相關報道較少。

資料來源:硬質合金刀片刃口鈍化及檢測技術綜述

曾偉,時凱華,顧金寶,董凱林,舒軍

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