刀具刃口钝化如何影响刀具性能
添加时间:2015-01-03    阅读次数:671
 
刃口钝化是指把刀具比较锋利、有锯齿状、不够整齐、不够光滑的刃口加工成特定的形状的工序。刃口强化有时也作为"刃口准备"排到工艺流程中。这是刀具或刀片在精磨之后、涂层之前,增加的一道刃口加工工序。 
 

目前,在刀具制造过程中,刃口强化工艺已落后于其它工艺。原因是它的重要性没有受到足够的认识。但是,随着对刀具精度、稳定性要求的提高,它的重要性更加突出。  
近几年人们对强化工艺进行了许多研究开发工作,济南博特威推出的刀具钝化机,对刀具的刃口强化技术进行了诸多改进,使刀具钝化处理更精确完美,崩口率明显降低,刀具寿命也成倍提升,相信刀具的强化工艺相对落后的状态将会得到改变。  

下面来探讨一下影响刀具刃口强化的主要因素,认清问题原因,才能找到改进的方法。  

影响硬质合金刀具性能变化的因素有很多,如硬质合金牌号、加工质量、使用条件(如机床条件、毛坯条件)等。还有一个很重要的因素常常被忽视,即刃口的微观几何形状。刃口强化有许多不同的途径:振动强化、用金刚石油石手工加工、介质强化、研磨浆强化、用含有磨料的橡胶轮强化、干或湿的喷砂法强化、翻滚强化和毛刷强化等。 
 
强化的主要目的是在刀具和工件之间形成这样一种接触面,通过这种特有的接触面,在承受切屑流动、切削速度、进给压力和其它加工变化时,它是最坚固、最结实的。刃口钝化的尺寸和形状,由加工工序对刀具产生的压力大小来决定。 
 
对于给定的应用条件,钝化得太大,切削时刀具所受压力也随之变大,在加工中产生的热量就会增多,致使刀具寿命变短。反之,如果钝化得太小,刀具切削刃会变得脆弱,经受不了切削压力。 
 
一般正常的刃口强化带是均匀一致的,它是一种微小的圆形刃口。在加工时,其尺寸和几何形状要非常精确。目的是使切削刃的强度和性能达到最佳。 
 


正确的刃口强化有以下优点: 
延长刀具寿命。硬质合金刀具的刀刃必须能经受巨大的压力。可以通过控制这个压力和可预知的缓慢磨损的方法,确定刀具寿命和磨损速度。另外,刀具寿命很大程度上取决于工件材料。在某些应用场合,正确地强化刀刃能改善刀具寿命200%或更多。 


虽然对强化的好处人们已认识了很多年,但强化过程还未被完全控制,刀具性能仍然受到强化结果的影响。即使像近几年出现的超精密刀具,用户使用中也经常会遇到因刀刃形状不当所带来的问题。

强化的刃口型式与尺寸 型式 
刃口强化的几何形状对刀具寿命有很大影响,目前,80%以上的刀具强化都用圆弧型强化,所以应优先采用圆弧型强化。这个圆弧位于刀刃转角处。这种强化形成一个对称 的圆弧,它在刀具顶面和刀具侧面是相等的。
另一种叫瀑布型强化。它的圆弧相对于刀具顶面是歪斜的。刃口的顶面和侧面的比 率一般为2:1。瀑布型强化的优点是:强化过程直接在刀刃下,去掉了更多的刀具材料,进一步加强了刀刃。
瀑布型强化主要应用于粗加工,如间断切削或从工件上除去铸、锻表皮材料。大多数重型加工应用的刀具都带有瀑布型强化的刃口,这时它优于圆弧型强化的刃口。但是,对多数常规场合,还是采用圆弧型强化。因为用瀑布型刀刃会增加刀具压力和缩短刀具 寿命。 
 
尺寸 
强化后刀刃的外形是在自然状态下用显微镜进行观察的。大多数强化的刃口(约70 %)是在0.0762mm~0.0254mm 之间或更小(人的头发直径大约为0.0762mm)。根据应 用场合不同,其它的强化尺寸,范围从小于0.127mm~0.2032mm。小的刃口强化尺寸可 以是一根头发直径的1/6。 
 
制造公差是包括在这些尺寸范围之内的。例如,指定强化的尺寸为0.0254~0.0762 mm,则要求刀具所有强化的切削刃尺寸都应在此范围内。此外,由于刃口强化是一个剥 离过程,而且所有的刀具材料都比较耐磨,所以控制材料剥离速度及保持强化刃口一致 性就有一定的难度。  

由于要求比较严格,强化过程又难于有效的控制,制造厂漏过超出强化尺寸范围的 
刀具就很难避免。造成的后果,就是所生产的刀具在使用寿命方面会有很大不同。如果 强化尺寸超出了0.0254mm(一根头发的1/3),这把刀也许就根本不能使用。

对所采用的刃型和强化的参数不一样时,刀具寿命也就各不相同。要使强化参数均 匀一致并处于最佳状态,会使强化加工变得非常困难。选择出合理的强化刃型和参数, 并且能达到较高的一致性,就能大幅度提高刀具的切削性能。 
 

从刀具强化的尺寸可以估计它的性能。对刀具进行较大的强化(钝化)能使刀刃强 
度高,在大切深或间断切削时,能经受较大的压力。较小的强化用于工件精加工和较轻
的进给压力下,以防止热量累积。通常,有较小的强化更好些。由于在切削刃上留了 较多的工件材料,有效的延长了刀具寿命。 
 
应用刃口强化改善刀具寿命及增强刀具稳定性,能给用户带来巨大的经济效益。更 
为重要的是,这种强化工艺促进了刀具领域的发展。由于有了切削刃的超精密控制,就 能使刀具制造厂所提供的产品能达到前所未有的水平。 
 
刃口强化与涂层 
工件的表面质量是由刀尖圆弧半径大小、切深和进给量所决定的。一致性的、圆滑 的刀刃减少了刀具剥落(涂层刀具和基体材料的小块在加工中断离)的倾向。一旦产生 剥落就使原本光滑的刀刃急剧恶化,刀具寿命缩短。另一方面,可能迅速恶化工件表面 质量的是积屑瘤。刀具产生积屑瘤有几种原因,但刃口强化也是原因之一。如果刃口强 化的尺寸不当、不够圆滑,小的工件颗粒就会附着在刀刃上。要是这种堆积继续下去, 越来越多的材料将粘在刀具上,最后操作者不得不停止工作,因为工件表面质量受到影 响或尺寸已经发生变化。如果在加工过程中积屑瘤断离,它很可能是刀刃涂层(或基体) 的一部分,所以应立即进行清理。 
 
大多数通过化学气相沉积(CVD)过程涂层的刀具,都有圆形的强化刃口。强化是为涂 层作准备,尤其是对较厚的CVD 涂层,钝化使涂层材料有足够的结合表面。 
 
典型的CVD 涂层厚度是在6~8μm 之间,按其涂层成分和刀具应用条件不同而变化。 CVD 涂层,往往较多地沉积在尖角的切削刃处。因此,切削刃处的涂层厚度比刀具其它 地方的厚度要厚50%(约9~12μm)。由这样一层涂层材料形成的切削刃,其下面没有 刀具基体支撑,所以非常脆弱,经受不了正常的切削压力。 
 
还有另外一种涂层,就是物理气相沉积(PVD)涂层,它是由很薄的一层涂层材料组 成,其总厚度为1~5μm。因其薄,比起用CVD 涂层,可能涂到棱角上的材料要少些。 所以,PVD 涂层刀具经常是不经强化。 
 

可是,似乎还有一些PVD 涂层刀具用户,要求刃口有小的钝化(0.0127mm 或更小)。即使钝化那麽小,也能明显地加强刀具刃口。
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