【内装】硬质合金刀具刃口钝化技术现状

    硬质合金刀具刃口钝化技术现状

刃口钝化的工艺方式层出不穷，刀具刃口钝化工艺始于20世纪70年代，刃口钝化技术前沿、主流及常用的技术主要有以下几种：

砂轮钝化法

砂轮钝化法是最先出现、也是目前使用范围最广的技术。砂轮与被加工刀片直接接触，利用砂轮与被加工刀片之间的相对运动以达到加工要求。随着机电自动化技术的进步，数控工具磨、万能工具磨、周边磨等设备的使用，使砂轮钝化法的自动化程度和加工精度大大提高。砂轮材料通常为金刚石砂轮，李瑞[8]研究了不同磨粒及其配比对刀具刃口钝化的影响，尤其对单磨粒和多磨粒对刃口作用的研究。杜金欣[9]指出，砂轮刃磨后的车刀都要经过油石研磨，包括砂轮刃磨的刀面，如主、副后刀面、刀尖部分的刀面和两后刀面相交棱角倒圆等。砂轮钝化法的弊端是产品为单片加工，耗时，效率低，成本高。

(2)微磨料水射流技术

微磨料水射流技术是一种新兴加工技术，属于环保的微型加工，加工过程中通过增压发生器和喷嘴直径等的控制，要求水束直径在100μm以下，并以很高的压力将高压水与微磨粒颗粒混合形成一束液固高能射流。高能射流中的高能磨料颗粒对加工工件实施高速反复碰撞，形成一种类似“滴水穿石”的加工效果。微磨料水射流技术最先在半导体材料加工、微型电子机械系统制造以及光学器件生产上广泛应用[10]，文献[11，12]研究了将该技术应用于硬质合金工具行业。这是当今较为前沿的刃口钝化技术，从公开文献报道来看，对其研究还停留在理论、基本工艺及加工设备研究阶段，尚未真正将其应用于实际生产中。

(3)电化学机械复合钝化法

电化学机械复合钝化法是由电化学加工和机械磨削作用相复合而进行加工的一种刀具钝化工艺，主要先用电解去毛刺的原理[13]，再用机械方法磨削去除氧化膜，获取所需要的刃口大小及形状。闫献国[14]、吕雁文[15]等设计了刀具刃口电解强化装置加工高速钢丝锥，可以提高其使用寿命，效果与被加工材料和刃口强化量有关。王林静等[16]研究了采用此法钝化硬质合金刀具刃口，解决了目前刃口钝化均匀性不好的问题。

(4)搅拌钝化法

搅拌钝化法也叫拖拽法，是把磨料盛放在桶内，整体刀具等被加工物插入磨料桶，通过激光传感器，准确定位工件插入磨料的深度，从而保证加工品质和加工过程的安全性。磨粒通常为金刚石粉末与其他磨料的混合物，此种方式适用整体刀具的刃口钝化。相较于尼龙刷钝化法，搅拌钝化法在旋转过程中使整体刀具各个刃口受到同等的钝化处理，处理结果比较均匀[17]。

(5)振动钝化法

振动钝化技术于20世纪80年代提出，主要装置包括振动台和工作台。振动台中安装有振动电机，机械振动通过电机带动偏心轮来产生，刀片钝化时，将刀片置于与振动体连在一起的容器内，容器内装有磨料，磨料颗粒与刀片反复碰撞，通过碰撞去除切削刃上微量材料，最终达到刃口钝化的目的。文献[18]研究了振动钝化的力学模型。这种钝化工艺对降低刀片的表面残余应力有不错的效果，也能在相当程度上提高刀具的寿命，而钝化效果取决于振动频率、磨料粒度、装夹方式等。

(6)磁力研磨法

磁力研磨法在垂直于工件圆柱面轴线方向加一磁场，在s、n两磁极之间加入磁性磨料，磁性磨料吸附在磁极和工件表面上，并沿磁力线方向排列成有一定柔性的“磨料刷”。工件一边旋转，一边作轴向振动，磁性磨料在工件表面轻轻刮擦，以达到去除工件表面金属及毛刺目的。根据b.karpuschewski等[19]在2009年鉴中指出，磁力研磨产生的刃口质量稳定，加工重复性好，由此产生的刀具表面粗糙度也较良好。

(7)尼龙刷钝化法

尼龙刷钝化法是将细颗粒的研磨介质粘结涂覆于尼龙材料的刷轮或者刷盘上，然后将毛刷装在专用机床主轴上。毛刷有两种：一种是横向滚轮式毛刷，另一种是纵向盘式毛刷[21]，通过毛刷的高速旋转对被加工零件进行往复走刀，常用研磨介质有sic、cbn、金刚石颗粒[20]，该技术最先是20世纪90年代美国conicitytechnologiesllc公司研制了用毛刷研磨的ixm-50锥形强化机[22]，之后国内桂育鹏研制了用含磨料尼龙盘刷柔性磨削的刃口钝化机，适用于钝化可转位硬质合金刀片[23]。

总体来讲，该技术加工效率较高，但尼龙刷也存在弊端，如长期工作后温度升高易致毛刷变软、研磨介质消耗会改变研磨效率、静电作用吸附空气中灰尘污染刀片表面、刃口形状及均匀性较差等问题。目前新技术的尼龙刷钝化设备新增了水冷却系统，并且电控系统也做了改进，能部分解决上述问题。该方法应用于可转位刀片的刃口钝化或钝化半径要求大的工况，是目前较为常见的刃口钝化方法之一，效率较高，生产成本较低，但刃口一致性有待提高。

(8)喷砂法

喷砂技术分为干喷砂和湿喷砂两种，区别在于研磨材是否与水混合，当前主流技术是湿喷砂。

湿喷砂原理是喷砂机喷枪通过压缩空气的力量将水和研磨材的混合液高速喷射，在一定距离内以一定速度与角度实现对金属、塑料、陶瓷等材料的表面清洗和加工。湿喷砂设备分为通过式和转台式两种，喷砂的工作方式也有大批整盘喷砂和刀片单片喷砂两种。目前国内使用的都是大批整盘喷砂的设备，在日本等先进企业中的一些高端刀具产品采用单片喷砂方式，其切削刃的一致性更好。湿喷砂法技术的关键是研磨材粒子均匀度控制、砂水混合浓度监测及控制、砂水混合液喷射技术、加工工艺参数等。湿喷砂法是目前较为主流的刃口钝化方法之一，该方法较尼龙刷钝化法刃口一致性有提升。

(9)激光法

激光法是在激光熔覆技术基础上发展而来的一项技术，余春荣[24]介绍了激光修整青铜金刚石砂轮的方法，朱晓雯介绍了利用特殊激光束处理刀片刃口，激光在刀片表面产生高热量，融化部分材料，达到钝化刃口的效果。该方法目前国内相关报道较少。

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