刃口鈍化在刀具優(yōu)化中的重要性

■無(wú)錫威孚高科技集團(tuán)股份有限公司 （江蘇 214000） 徐 慶

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現(xiàn)代化高速切削加工和自動(dòng)化機(jī)床的大量使用，對(duì)刀具的性能和穩(wěn)定都提出了較高的要求。在刀具材料和涂層技術(shù)被人們所關(guān)注并廣泛研究的前提下，刀具刃口處理還不被人們普遍重視，但其在刀具的整個(gè)加工生命周期中卻又是十分重要。經(jīng)過(guò)鈍化后的刀具能有效提高刀具的刃口強(qiáng)度，延長(zhǎng)刀具壽命；提升刀具切削過(guò)程的穩(wěn)定性，進(jìn)而提高零件加工表面質(zhì)量，其中刀具壽命的延長(zhǎng)最為明顯。實(shí)踐證明：有一個(gè)好的刃口形式和刃口鈍化質(zhì)量是刀具能否“多快好省”進(jìn)行切削加工的前提。

1.刀具刃口鈍化的必要性

眾所周知，刀具在加工過(guò)程中是機(jī)床的延伸，其與被加工材料直接接觸，故刀具的好壞直接影響加工質(zhì)量和加工成本。同時(shí)在一般制造企業(yè)中，機(jī)床一旦選定，后期不會(huì)做較大調(diào)整，而工件材料又受制于產(chǎn)品性能影響，不能輕易更改，故而刀具作為機(jī)床和工件兩者之間的連接，通常被作為優(yōu)化改進(jìn)和成本控制的研究重點(diǎn)。

通過(guò)多年對(duì)刀具的優(yōu)化改進(jìn)可以發(fā)現(xiàn)，影響刀具切削性能和刀具壽命的主要因素，除了刀具材料、刀具幾何參數(shù)、刀具結(jié)構(gòu)、切削參數(shù)優(yōu)化以外，刀具刃口的狀況好壞也是不可忽視的因素。例如，在進(jìn)行鉆孔加工時(shí)，鉆頭刃口的崩損，通常會(huì)導(dǎo)致鐵屑纏繞，影響加工孔壁的表面質(zhì)量，若未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，就會(huì)引起刀具斷裂，導(dǎo)致刀具成本上升。

2.為什么要進(jìn)行刀具刃口鈍化處理

（1）刀具刃口鈍化處理實(shí)際上就是對(duì)刀具的預(yù)磨損。刀具在經(jīng)過(guò)普通砂輪或金剛石砂輪修磨后，刀具刃口都會(huì)存在一定程度，不同大小的微小崩刃與鋸齒，前者可以用肉眼或手持式放大鏡觀察到，后者需用100倍的放大鏡才能觀察到，其刃口微觀缺口一般在0.01～0.05mm。而這些缺陷隨著刀具使用時(shí)間的延長(zhǎng)極易擴(kuò)展，從而加快刀具的磨損和損壞，影響切削性能。如果在刀具磨削工序完成后，立即對(duì)刀具刃口進(jìn)行一次鈍化處理，則刀刃處將會(huì)出現(xiàn)細(xì)微的圓弧刃口，刃帶也將變得光滑。這就消除了豁牙、鋸齒和裂紋等缺陷。

（2）刀具刃口鈍化可以有效提升涂層的附著力。現(xiàn)代高速切削加工和自動(dòng)化數(shù)控機(jī)床都對(duì)刀具性能和穩(wěn)定性提出了更高的要求，特別是CVD涂層刀具或刀片在涂層前幾乎毫無(wú)例外的需對(duì)刀具刃口進(jìn)行鈍化處理（見(jiàn)圖1），這是出于涂層工藝的需要。因?yàn)橹挥谢w材料擁有較好的圓潤(rùn)性，才能保證在惡劣加工工況下刀具涂層的牢固性和使用壽命。

圖1 涂層刀具刃口處理

（3）刀具刃口鈍化可以提高刀具的切削性能。刀具鈍化處理實(shí)際上是對(duì)刀具的切削刃進(jìn)行改變，目的是加強(qiáng)切削刃的強(qiáng)度并改善切削性能。通過(guò)鈍化處理可有效延長(zhǎng)刀具壽命20%或更多，大大降低了刀具成本，帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)效益。

3.常見(jiàn)刀具刃口處理形式

刀具刃口鈍化處理，其目的就是解決刀具刃磨后的刃口微觀缺陷，使其鋒值減少或消除，達(dá)到圓滑平整，既鋒利堅(jiān)固又耐用的目的。而根據(jù)不同的工件材料和加工工況， 其刃口處理形式也稍有不同，下面簡(jiǎn)單介紹下目前我公司刀具使用較多的三種刃口處理形式（見(jiàn)圖2）。

（1）銳刃。刀具刃磨時(shí)，前刀面和后刀面相交而自然形成的銳刃，其刃口較為鋒利，但強(qiáng)度相對(duì)較差、易磨損，崩刃，所以該類(lèi)型刀具一般使用于精加工環(huán)境。

（2）倒棱刃。在已形成的銳刃基礎(chǔ)上，在刃口附近前刀面上，刃磨出很窄的負(fù)前角棱邊，大大提高了刃口的強(qiáng)度。用于粗加工和半精加工等刀具。

（3）倒圓刃。在已形成的銳刃基礎(chǔ)上，在刃口上刃磨或鈍化成一定參數(shù)的圓角，增加刃口強(qiáng)度，提高刀具壽命，用于各種粗加工和半精加工的可轉(zhuǎn)位刀具。

4.刀具鈍化改善案例

（1）CRIN零件密封圈槽底表面粗糙度改善，刀具壽命提升。該刀具為瓦爾特的4.1mm寬槽刀，主要問(wèn)題為刀具在加工一定時(shí)間后，槽底會(huì)出現(xiàn)劃痕（見(jiàn)圖3），導(dǎo)致刀具壽命較低（平均400件）。通過(guò)對(duì)失效刀具的觀察，發(fā)現(xiàn)刀具刃口存在輕微崩損（見(jiàn)圖4），檢測(cè)刀具鈍化量＜0.01mm。

經(jīng)過(guò)與刀具供應(yīng)商溝通后，將刀具刃口鈍化量增加至0.03～0.04mm（見(jiàn)圖5），零件加工質(zhì)量有明顯改善（見(jiàn)圖6），同時(shí)刀具壽命也有顯著提升，改進(jìn)后的刀具壽命可以達(dá)到700件。

圖2

優(yōu)化小結(jié)：原有刀片鈍化量較小，無(wú)法有效去除刀具磨削過(guò)程中產(chǎn)生的細(xì)小裂紋（或鋸齒），當(dāng)?shù)镀幱诩庸きh(huán)境時(shí)，裂紋擴(kuò)散，刃口出現(xiàn)崩損，導(dǎo)致零件表面出現(xiàn)刀痕。當(dāng)?shù)镀g化量加大后，有效去除了細(xì)微裂紋，防止刀片崩刃，達(dá)到了改善加工質(zhì)量，提升刀具壽命的目的。

（2）軌體D9mm孔直線(xiàn)度改善。該刀具為國(guó)產(chǎn)D9mm直柄麻花鉆，主要問(wèn)題為刀具在加工過(guò)程中，不定期的出現(xiàn)孔徑偏小，塞規(guī)通端無(wú)法通過(guò)的情況。

經(jīng)分析，刀具直徑在公差范圍內(nèi)，造成塞規(guī)無(wú)法通過(guò)的主要原因是孔的直線(xiàn)度不好（見(jiàn)圖7），而軌體零件為細(xì)長(zhǎng)軸零件，夾具剛性不是很好，若加工過(guò)程中切削力過(guò)大，容易導(dǎo)致零件位移。后測(cè)量刀具鈍化量＞0.09mm，已超過(guò)要求（見(jiàn)圖8）。

后讓供應(yīng)商把刀具鈍化值改小至0.03～0.04mm，該問(wèn)題得到解決（見(jiàn)圖9、圖10）。

優(yōu)化小結(jié)：鋒利是刀具切削加工必須具備的特征，而刃口的鈍化則是為了更有效的進(jìn)行切削加工，提高刀具壽命，減少刀具消耗。在刀具刃口處理方面合理選擇刃口鈍化型式與參數(shù)，正確處理好刀具的鈍化量至關(guān)重要。

5.結(jié)語(yǔ)

圖3 失效零件

圖4 失效刀具

圖5 改進(jìn)后的槽底質(zhì)量

圖7 D9mm孔直線(xiàn)度測(cè)量結(jié)果

圖8 D9mm麻花鉆刃口鈍化值

圖9 改進(jìn)后的D9mm孔直線(xiàn)度

圖10 改進(jìn)后的刃口鈍化值

綜上所述，刀具刃口鈍化技術(shù)十分重要。根據(jù)不同的加工條件，合理選擇刃口型式和參數(shù)，正確處理好刀具“銳”與“固”的關(guān)系，可以極大的提升加工質(zhì)量和刀具壽命，從而達(dá)到降低制造成本的目的。同時(shí)，針對(duì)刀具刃口處理技術(shù)的重視也體現(xiàn)了我公司在現(xiàn)代化制造加工中刀具應(yīng)用水平的極大提升。