不同刃口钝化形貌对数控刀片切削性能的影响

切削刀具作为“工业的牙 齿”，决定切削技术的发展脚 步。数控可转位刀片是切削刀具 中占据较大比重的代表，具有高 硬度、高耐磨性、高强度、高精 度、可换性高等特点。刀具的的 可靠性和耐用性能对切削性能有 重要意义。
刃口钝化为改善刀具性能 的有效工艺，数控刀片刃口钝化 处理可改善刃口微观形貌、便于 涂层、改善加工接触行为，可以 起到增强刃口强度、延长刀具寿 命，改善工件表面质量等。目 前，刃口钝化工艺众多，常见的 有毛刷钝化、喷砂钝化、研磨钝 化、电化学钝化等。本文介绍一 种基于PPR软质砂轮磨削的刃口 钝化工艺，通过切削试验和仿真 对比不同形貌的刃口型式。
1.钝化原理 本文采用PPR软质砂轮端面
磨削，同常用砂轮相较，可在较 小压力下产生变形，从而微量磨 削复杂槽型数控刀片的端面和刃 口。
（1）PPR砂轮磨削原理。采 用PPR砂轮端面磨削时，硬质合 金数控刀片软质PPR砂轮磨削是 利用砂轮既可弹性形变又具有硬 质磨粒的特点，将硬质合金刀片 刃口逐渐磨削及抛光以获得不同 形貌刃口。PPR砂轮是由橡胶、 磨粒等聚合物构成，具有强力的 磨粒保持能力、精细的多气孔性 以及高弹性，改变砂轮粒度、 弹性系数，可获取不同的磨削 效果。磨削的本质是一种切削， 砂轮表面的磨粒突起部分可认为 是切削刃，为随机分布的微小铣 刀，其磨粒空间分布如图1所示。
（2） 式中，L为切削刃口长度。
2.试验及分析
分析不同类型的刃口形状， 对切削加工的影响。采用同种加 工方法，控制机床参数，获取不 同形貌的刃口。通过划线和GFM micro CAD测量刃口形状和尺 寸。
（1）试验条件。本次试验 采用定制加工的A902磨削机床 （见图4），采用干式磨削进行加 工。选择RCMT10T3MO/YBG202 刀片作为试验对象，其材料基材
（2）刃口钝化数学模型。以 去除部分材料为建模依据，刃口 钝化具有刃磨余量小的特点。θ 为刃口钝化末端OB与理论刀尖点 OA形成的夹角，EF为未钝化之
图1 砂轮工作层磨粒空间分布
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图2 磨粒磨削过程 前的圆角半径R1，O C为钝化后的 圆角半径R2，去除面面积为斜线 部分S，切削刃口长度为L（见图 3）。
图3 刃口钝化 去除的ຫໍສະໝຸດ 积为（1） 式中，S为去除材料的面积；θ 为 理论刀尖与钝化切点的夹角；R1 为钝化前圆角半径；R2为钝化后 圆角半径。
去除的总材料为
为Y G10硬质合金，辅以Ta C； PPR砂轮采用200目砂轮，尺寸为 φ 300m m×38m m；刃口尺寸测 量工具为GFM micro CAD（见图 5～图7）。
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量微小圆弧时，引入了K-Factor 测量方法，可以通过该形状因子 K表示圆弧的具体形状，K两端 刃长的比值，即Sγ 与Sα 值的比 值，它们分别表征了前、后刀面 与理论刀尖点的距离，具体如图9 所示。不同K-factor刃口测量结果 如图10所示。钝化值尺寸见表2。
表2 钝化值尺寸
试验号
形状因子 K
ER值/mm
1
0.8
0.043
2
1.01
0.047
3
1.5
0.050
从电镜图片可发现，通过 PPR砂轮磨削获得的切削刃口为 犁沟状，更利于涂层的附着（见 图11）。
为详细对比三种刃口的性 能及使用场合，以相同的参数进 行切削，通过判定后角面磨损量 为报废准则。任取三种类型刃口 刀片进行切削试验，试验机床为 HTM-TC40车削加工中心，被加 工材料为45钢，采用干式切削。 切削参数见表3。
定制加工行星轮，采用4片行
星轮，每次钝化32片，加工参数 见表1。
钝化后，通过电镜观察刃口 形貌，并与其它钝化方式对比， 然后通过划线和GFM公司的micro CAD测量刃口。
随机抽取每组一片，采用划 线仪按放大100倍绘制刃口，自 左而右依次为1、2、3组（见图 8）。
观测每组32片，每片差异 不大于0.005mm，可见在某一特 定参数下，机床加工稳定性有保 障。定量的测量通过GFM micro CAD进行测量具体形状因子及钝 化ER值，ER值即为常规测量刃 口钝化尺寸的圆弧半径，GFM测
磨削时，锋利切凸出的磨粒 切削刀片刃边；不凸出或磨钝的 的磨粒则在刀片刃边刻划痕迹；
凹下的磨粒则不参与只是从刃口 划过。砂轮是带有自锐性的，在 磨削过程中，磨粒磨钝时，就会 收到更大的力，此力可使磨粒破 损会产生新的棱角代替旧的磨钝 的磨粒；当此力超过砂轮结合剂 的粘结力，则会使该层脱落，形 成新的磨削刃，从而继续磨削， 磨削过程如图2所示。控制磨削时 间、磨削压力可获取不同形貌的 刃口。
（2）试验过程及结果。设 备采用采用全变频控制上砂轮的 运动，转速固定为25r/min，通过 控制加压压力和加工时间试验研 磨。
压力控制采用启动控制的方 式，实际压力大小从一、二次压 力显示表读取，调节通过一、二 次压力调节阀调节，加压时间通 过PLC电路设定，集成在同一操 作面板，可自动编程实现。
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不同刃口钝化形貌对数控刀片 切削性能的影响
■■ 中南大学 （湖南长沙 410083） 刘爱强 ■■ 硬质合金国家重点实验室、株洲钻石切削刀具股份有限公司 （湖南株洲 412000） 张 京 王社权
摘要：控刀片刃口钝化处理可改善刃口微观形貌、便于涂层、改善加工接触行为，可以起到增强刃口强度、延长刀具寿命， 改善工件表面质量。为更好控制刃口钝化方式，本文研究采用磨削法获得三种不同形貌的刃口，平台型、圆弧形、瀑布型， 通过GFM micro CAD测量不刃口，然后进行切削试验对比。同时通过AdvantEdge FEM软件进行仿真，对比试验同仿真的结 果。
图4 钝化设备
图5 PPR砂轮
试验号
1 2 3
图6 钝化布局
图7 数控刀片槽型结构
表1 钝化加工参数
一次加压力 /N 20 45 30
二次加压力 /N 45 45 30
一次加压时间 /s 8 10 15
二次加压时间 /s 8 8 5
砂轮目数
100 100 100
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