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2014/03/04

CNC 數控刀具刃口鈍化技術的探討 / Edge Honing for CNC Cutting Tools

刀具對口鈍化名稱及重要性 刀具或刀片在精磨之後,塗層之前的一道工序,其名稱目前內外尚不統一,有稱“刃口鈍化”、“刃口強化”、“刃口珩磨”、“刃口準備”或“ER處理”, edge honing等,本文采用“刃口鈍化” edge honing 的名稱。 

 

刀具刃口鈍化技術一個還不被們普遍重視,而又是十分重要的問題。它所以重要就在於:經鈍化後的刀具能有效提高刃口強度、提高刀具壽命和切削過程的穩定性。大家知道刀具是機床的“牙齒”,影響刀具切削性能和刀具壽命的主要因素,除了刀具材料、刀具幾何數、刀具結構、切削用量優化等,通過大量的刀具刃口鈍化實踐體會到:有一個好的刃口型式和刃口鈍化質量也是刀具能否多快好省進行切削加工的前提。因此,刀具刃口的狀況好壞也是不可忽視的因素。 

 


為什麼要進行對口鈍化處理 經普通砂輪或金剛石砂輪刃磨後的刀具刃口,確實存在程度不同的微觀缺口(即微小崩刃與鋸口)。前者可用肉眼和普通放大鏡觀察到,後者用100倍(帶0.010mm刻線)顯微鏡能夠觀察到,其微觀缺口一般在0.01-0.05mm,嚴重者高達0.1mm以上。在切削過程中刀具刃口微觀缺口極易擴展,加快刀具磨損和損壞。 現代高速切削加工和自動化機床對刀具性能和穩定性提出了更高的要求,特別是塗層刀具在塗層前必須經過刀口的鈍化處理,才能保證塗層的牢固性和使用壽命。 從國外引進數控機床和生產線所用刀具,其刃口已全部鈍化處理。有眾多的信息表明,刀具刃口鈍化可有效延刀具壽命200%或更多,大大降低刀具成本,給用戶帶來巨大的經濟效益。 因此,深入研究和實踐刀具對口鈍化門學問十分重要。

 

這個課題要從以下兩個方面做起,一個是選擇刃口型式和參數,二是探索刃口鈍化技術及參數,做到兩者的緊密結合。 二、刃口型式與刃口鈍化形狀 常用刃口型式:

 



銳刃:刃磨前、後刀面相交而自然形成的稅刃,其刃口鋒利、強度差、易磨損。一般用於精加工刀具。 倒棱刃:在刃口附近前刀面上,刃磨出很窄的負前角棱邊,大大提高了刃口的強度。用於粗加工和半精加工等刀具。 消振棱刃:在刃口附近的後刀面上磨出一條很窄的負後角棱邊,切削時增大刀具與工件的接觸面積,消除切削過程振動。用於工藝系統剛性不足時所用的單刃刀具。 白刃:在刃口附近的後刀面上磨有一條後角為0°的窄邊或刃帶,可起到支撐導向和擠壓光整作用,用於鉸刀、拉刀等多刃刀具。 倒圓刃:在對口上刃磨或鈍化成一定參數的圓角,增加刃口強度,提高刀具壽命,用於各種粗加工和半精加工的可轉位刀具。 刃口鈍化形狀: 



刃口鈍化幾何形狀,對刀具壽命有很大影響:

一種為圓弧型刃口,在刃口轉角處形成對稱圓弧,佔80%以上的刀具所採用,適用於粗精加工。一種為瀑布型刃口,在刃口轉角處的頂面與側面比率一般為2:1,為不對稱圓弧,適用於惡劣的沖擊性加工。 刀具刃口鈍化技術,其目的就是解決上述刃磨後的刀具刃口微觀缺口的缺陷,使其鋒值減少或消除,達到圓滑平整,既鋒利堅固又耐用的目的。根據不同的加工條件,合理選擇刃口型式與參數,並緊緊與對口鈍化參數的選擇相組合,正確處理好刀具“銳”與“固”的關系,“銳”是刀具切削加工必須具備的特徵,同時考慮刃口的“固”也是為了更有效的進行切削加工,提高刀具壽命,減少刀具的消耗費用。

三、刀具鈍化方法的發展趨勢 手工鈍化: 最早的鈍化工具是從皮子和石油開始,如到理發館刮臉,理發員在皮子上鐾刀,使刀刃更加鋒利耐用。而在機械加工方面所用的刀具,我們的前輩有了很多豐富的鐾刀經驗,效果非常顯著。舉例如下: 粗加工時,一把新刃磨好的刀具鐾刀可以減少初級磨損階段磨損值,在正常磨損階段後期鐾刀,仍可再延長正常磨損階段,一般刀具壽命提高0.5倍以上。 精加工使用鉸刀時,未經鐾刀其內孔表面有時達不到圖紙要求,精心鐾刀後表面粗糙度可穩定Ra1.6-0.8µm,同時刀具壽命可提高1倍左右。 

精刨機床導軌,採用負前角寬刃壓光刀,其前後刀面必須經過平板精心研磨,提高了表面質量才能保證刃口鋒利平直,導軌加工表面粗糙度可穩定達到Ra0.8µm以下。 某廠加工大砲筒內孔來復線使用的拉槽刀,由於被加工材料韌性和強度高,刀具磨損快,甚至切屑被卡住造成事故,所以必須專門安排有經驗的老工人鐾刀,才能完成這項關鍵性加工。 印刷機墻板精孔加工,採用浮動鏜刀,有進給的走刀痕跡,經研製帶有放大鏡的鐾刀工具後,刃口鋒利平直。其進給量由1mm/r,提高到4mm/r。某廠內燃機曲軸加工,其設備和刀具是由國外引進,原一盤刀可加工50-60件,採用國產刀片後只加工15-16件。刀片經鈍化和選用合理鈍化參數後,一盤刀也可加工50-60件。 機械鈍化 為提高鈍化效率和質量,大多采用高效機械鈍化方法。如採用振動鈍化、介質鈍化、研磨漿鈍化、含磨料的橡膠輪鈍化、乾或濕的噴砂法鈍化、翻滾鈍化和含磨料尼龍刷鈍化等。

 

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最新開發的SF流拋機械(也稱為浸泡拋光系統)加工時間非常短,易於實現自動化和過程可靠性,有很好的鏡面效果,即使在刀具的死角也可以拋光。

 

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