德國轎車齒輪加工技能，震撼解讀！

現(xiàn)在，我國已成為世界地一轎車制作與銷售大國，轎車制作業(yè)已成為我國經(jīng)濟不可或缺的支柱產(chǎn)業(yè)。轎車齒輪制作與運用量（主機及配件運用）無疑成為世界地一。

轎車齒輪作為轎車上要害零件，首要用于傳遞動力和運動，并通過它們來改動發(fā)動機曲軸和主軸齒輪的速比。因為轎車行進狀況隨路況隨機改變，因而轎車齒輪的工作狀況非常復雜，這就要求轎車齒輪具有杰出的內(nèi)質(zhì)量。

轎車齒輪熱處理工藝、特點與效果

轎車齒輪的內(nèi)涵質(zhì)量首要是指齒輪的顯微安排、力學功能等目標滿意技能要求，一起其他缺陷必須操控在規(guī)則的技能范圍之內(nèi)。

轎車齒輪內(nèi)涵質(zhì)量的好壞是決定齒輪質(zhì)量的要害，其徹底取決于熱處理質(zhì)量，是齒輪完成低噪聲、，長壽命的要害因素。

轎車齒輪熱處理（工藝）包括：一是普通熱處理，如退火、正火、淬火、回火、調(diào)質(zhì)；二是外表熱處理，其包括外表淬火（如感應淬火、激光淬火等）和化學熱處理（如滲碳、碳氮共滲、滲氮、氮碳共滲等）。

1調(diào)質(zhì)

調(diào)質(zhì)是將齒輪等零件淬火后進行高溫（500~650℃）回火的操作。調(diào)質(zhì)處理常用于含碳量0.3%~0.5%（質(zhì)量分數(shù)）的碳素鋼或合金鋼制作的齒輪。

調(diào)質(zhì)能夠細化晶粒，并獲得均勻、具有必定彌散度、尤秀力學功能的回火索氏體安排。一般經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，齒輪硬度可達220~285HBW。調(diào)質(zhì)齒輪的歸納功能優(yōu)于正火。

調(diào)質(zhì)常用于齒輪的準備熱處理（如滲氮、感應淬火前的調(diào)質(zhì)處理）和終究熱處理。

2外表淬火

齒輪齒面淬火硬度一般為45~55HRC。外表淬火齒輪承載才能高，并能夠承受沖擊載荷。通常外表淬火齒輪的毛坯經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)處理，以便使齒輪心部有必定的強度和韌度。

外表淬火首要有感應淬火、激光淬火與火焰淬火等。與滲碳淬火比較，外表淬火變形小、成本低、。

轎車齒輪外表淬火首要選用感應淬火工藝。因為感應加熱速度快，幾乎沒有氧化、脫碳，齒輪變形很小，還易于完成局部加熱及主動化生產(chǎn)，熱處理成本低。因而，在現(xiàn)代化轎車行業(yè)中得到廣泛應用。

3滲碳與碳氮共滲

滲碳淬火

滲碳淬火是先將齒輪等零件放入滲碳介質(zhì)中，在880~950℃下加熱、保溫，使齒輪外表增碳，然后進行淬火。

轎車齒輪常用氣體滲碳工藝。滲碳淬火、回火后齒輪外表硬度一般在58~63HRC?，F(xiàn)在，滲碳淬火已經(jīng)成為重要轎車齒輪（如差速器齒輪、驅(qū)動橋主從動弧齒錐齒輪、變速器齒輪等）的主導熱處理工藝。

碳氮共滲

近幾年轎車用主動變速器AIT滲碳齒輪的齒面在工作中的實踐溫度約達300℃，遠高于正常的回火溫度（150~200℃）。這種外表的溫度將導致硬度下降，引發(fā)點蝕的產(chǎn)生。選用碳氮共滲后噴丸硬化可進步疲憊強度。在碳氮共滲時，隨著含氮量的添加ΔHV（硬度降）進步，抗回火功能進步，抗回火溫度到達300℃。

4滲氮與氮碳共滲

滲氮

滲氮是向齒輪等零件外表進入氮原子形成氮化層的化學熱處理工藝。滲氮能夠進步齒輪外表硬度、耐磨性、疲憊強度及抗蝕才能。滲氮處理溫度低，因而齒輪變形小，無需磨削或只需精磨即可。

日本在轎車變速器齒輪熱處理時選用滲氮工藝，德國Clocker-離子公司將離子滲氮應用于轎車齒輪，均進步了齒輪精度和運用壽命。

氮碳共滲

氮碳共滲是以滲氮為主一起進入碳的化學熱處理工藝。氮碳共滲能夠顯著進步齒輪的耐磨性、抗膠合和抗擦傷才能、耐疲憊功能及耐腐蝕功能?，F(xiàn)在，氣體氮碳共滲應用于轎車、輕型客車變速器齒輪等零件。

轎車齒輪熱處理的開展趨勢

未來轎車齒輪正向重載、高速、和率等方向開展，并力求尺寸小、重量輕、壽命長和經(jīng)濟可靠。

（1）高品質(zhì)

首要表現(xiàn)在：資料的均勻性，即要求資料具有杰出的成分和安排的均勻性；溫度場和流體場，即不斷改進溫度場和各種流體場，如滲碳、滲氮、碳氮共滲的流體場和淬火的液體場的改進，進一步進步齒輪內(nèi)涵質(zhì)量。

（2）低能耗

齒輪熱處理先進配備的研制和開展，如開發(fā)更好的爐襯耐熱和保溫節(jié)能資料，盡可能下降爐壁溫升，削減爐壁熱損耗；廢熱歸納使用，如鑄造余熱的使用，進行鑄造余熱正火等，下降齒輪成本。

（3）環(huán)保

研究開發(fā)齒輪的新工藝，這些新工藝少（無）污染、環(huán)保，如低壓真空滲碳、離子滲氮、雙頻感應淬火、激光淬火、稀土及BH催滲等技能的開展。

（4）智能化

智能化是齒輪熱處理操控技能開展的必然趨勢，計算機、傳感器、智能庫將構(gòu)成智能熱處理的中心，首要表現(xiàn)在：依據(jù)齒輪等零件的資料、技能要求等，體系主動生成工藝；生產(chǎn)過程的徹底閉環(huán)主動操控；齒輪等零件的熱處理質(zhì)量的預測、預判；體系故障主動診斷與處置；在線的自適應及應急應變才能，如開發(fā)了離子滲氮、碳氮共滲所用的氮勢傳感器和低壓滲碳的碳勢傳感器等。

在批量加工如圖1所示的高溫合金球形軸承內(nèi)球面時，原編制工藝道路為：粗加工→去應力→精車內(nèi)球面→內(nèi)球面開安裝槽→探傷→查驗→油封。

為驗證工藝，實驗選用如圖2所示高速鋼尖刀（假定刀尖圓弧半徑為零），前角為0o，刃傾角為0o，調(diào)整刀尖與車床主軸反轉(zhuǎn)中心線等高，在新購精細數(shù)控車床上編程精車3件45鋼制內(nèi)球面φ19.15 0.0130   mm。

由于通用內(nèi)徑量具無法實施在線丈量內(nèi)球面φ19.15 0.0130   mm，所以在車床上選用改制專用測具（見圖3）檢測，直徑合格，經(jīng)三坐標丈量機復檢，直徑合格，球面概括度差錯為0.005mm（小于直徑公役一半），合格。

但將零件材料改為高溫合金GH605，刀具改為YW1硬質(zhì)合金尖刀后，用與高速鋼尖刀同樣的切削條件試車3件，經(jīng)三坐標查驗全部不合格，原因是球面概括度差錯為0.03～0.05mm，經(jīng)仔細觀察發(fā)現(xiàn)刀尖已磨損，且編程時沒有選用刀尖圓弧半徑補償程序。為此，改用如圖4所示SANDEVIK菱形可轉(zhuǎn)位機夾硬質(zhì)合金刀具VCMW070204加工，刀尖圓弧半徑為rε=0.4mm，前角為0o，刃傾角為0o，調(diào)整刀尖與車床主軸中心線等高，選用刀尖圓弧半徑補償程序編程，加工了3件，經(jīng)三坐標丈量查驗，3件全部不合格，原因是球面概括度差錯為0.015～0.02mm。至此，證明原工藝是不現(xiàn)實的。為了、經(jīng)濟批量加工，改用了如下工藝道路：粗加工→去應力→精車內(nèi)球面→內(nèi)球面開裝配槽→用外球面形狀研磨具研磨內(nèi)球面達圖樣要求→探傷→查驗→油封。工藝改進后已成功加工出一批合格產(chǎn)品。

2.精車內(nèi)球面概括度超差問題

早在數(shù)控車床沒有普及的時代，用成型車刀精車之后再研磨的工藝辦法成功地加工出如圖5所示的球面上色量規(guī)（其技術(shù)要求是：環(huán)規(guī)按塞規(guī)上色修合，上色面積100%）。現(xiàn)在數(shù)控車床替代了一般車床，數(shù)字程序替代了原來成型車刀，卻沒有加工出圖1所示的零件?，F(xiàn)剖析如下：

（1）精細球面加工工藝基礎。精細球面能夠看作是精細半圓（見圖6）繞經(jīng)過該半圓圓心的剖分線反轉(zhuǎn)一周構(gòu)成的反轉(zhuǎn)體。

在一般車床上用圓弧構(gòu)成型樣板刀加工時（見圖7），樣板刀圓弧半徑是所車球的半徑，樣板刀圓弧刃的圓心有必要準確調(diào)整到車床主軸反轉(zhuǎn)軸線上，且圓弧刃地點平面與車床主軸反轉(zhuǎn)中心線等高共面，才干車出精細圓球面。為了完成以上條件，照顧到加工對刀便利，通常調(diào)整圓弧樣板切削刃安裝高度，使圓弧刃地點平面與車床主軸反轉(zhuǎn)軸線等高（共面），再經(jīng)過車削丈量車出球面直徑，確保圓弧切削刃圓心坐落車床主軸反轉(zhuǎn)中心線上。

當圓弧刃地點平面與車床主軸反轉(zhuǎn)中心線共面但圓弧刃圓心與車床反轉(zhuǎn)中心間隔不為零時，車出的球面就不圓，而是橢球（見圖8）。

當圓弧刃平面平行于車床主軸反轉(zhuǎn)中心線，但高于或低于車床反轉(zhuǎn)軸線（即不共面）時，只要直徑大于所車球面的水平截面圓直徑，與圓弧刃構(gòu)成的圓位置重合時，才有或許車成圓球，但此刻所車球面直徑已大于要求直徑（見圖9）。

當圓弧構(gòu)成型切削刃或數(shù)控刀尖車出的軌道圓?。ㄒ韵潞喎Q母線圓弧）地點平面平行于車床主軸反轉(zhuǎn)中心線，但高于或低于車床主軸反轉(zhuǎn)中心線（以下簡稱車床軸線）時，即便母線圓弧半徑很準確且其圓心位置也準確坐落包括車床軸線的鉛垂面內(nèi)，假定圖樣要求球面半徑為R，母線圓弧地點平面與車床軸線間隔為H，則車出的球面半徑為（R2 H2）0.5mm，若為了確保球面半徑R持續(xù)進刀，則車成橢球（見圖10）。

總歸，有必要確保母線圓弧半徑和母線圓弧圓心準確調(diào)整到車床軸線上，且母線圓弧與車床軸線等高共面，才干車出預訂半徑的精細圓球，三者缺一不可。

（2）數(shù)控車床加工精細內(nèi)球面。首要調(diào)整車刀安裝高度使刀尖與數(shù)控車床軸線等高，當運用刀尖圓弧半徑為零（假定理想刀尖）的車刀編程時，使刀尖走過的圓弧軌道半徑等于球面半徑；當運用刀尖圓弧半徑不等于零的圓弧刀尖車刀加工時，運用刀尖圓弧半徑補償程序編程。對不具備刀尖圓弧半徑主動補償功用的經(jīng)濟型數(shù)控車床，假定圖樣要求球面半徑為R，刀尖圓弧半徑為rε，可選用刀尖圓弧圓心軌道編程，刀尖圓弧圓心編程半徑為（R－rε）。這樣切削球面時，圓弧切削刃逐點參加切削，母線圓弧半徑R相當于半徑為（R－rε）的圓等距rε后得出的（見圖11）。

當?shù)都馀c數(shù)控車床軸線不等高時，假如按母線圓弧圓心和車床軸線坐落同一鉛垂面準則進刀，在不考慮其他原因的狀況下車出的球面直徑差錯由公式（1）核算：

ΔR=(R2 H2)0.5－R （1）

式中，R為所車球面半徑，H為刀尖走過的母線圓弧平面高于或低于車床軸線的間隔。當R=19.15÷2＝9.575（mm），ΔR=0.013÷2=0.006 5（mm）。由公式（1）核算出H=0.35mm。也就是說，當?shù)都飧哂诨虻陀谲嚧草S線0.35mm時，車出的球面就超出公役帶。在批量生產(chǎn)高溫合金零件時，遍及運用可轉(zhuǎn)位不重磨機夾刀片，經(jīng)查閱SANDEVIK刀具手冊，精度等級為M的刀片厚度公役為±0.13mm，假定地一次將切削刃調(diào)整到與車床軸線等高，那么，當替換刀片時，如不調(diào)整刀尖高度，壞的狀況是刀尖與車床軸線間隔為0.26mm，其小于0.35mm，可見獨自由刀尖高度引起的球面差錯不會超出公役帶。

當?shù)都飧叨扰c車床軸線等高時，在不考慮機床進給空隙影響時，刀尖圓弧半徑差錯是影響球面加工的直接要素。肯定的尖刀是不存在的，假定刀尖圓弧半徑為零的車刀耐用度很低，不適合批量加工高溫合金零件，選用刀尖圓弧半徑補償程序編程時，有必要輸入刀尖圓弧半徑數(shù)值，經(jīng)查閱SANDEVIK刀具手冊，仿形加工用圓弧切削刀具刀尖圓弧直徑2rε公役為±0.02mm。而SANDEVIK刀片VCMW070204，刀尖圓弧半徑為rε=0.4mm，沒有給出公役，查國標GB2078—87，刀片VCMW070204刀尖圓弧半徑為rε=0.4±0.10mm，數(shù)控系統(tǒng)主動將理想刀尖圓弧半徑補償?shù)侥妇€圓弧加工中，刀尖圓弧半徑差錯以1﹕1倍率影響到加工球面半徑差錯。經(jīng)過作圖與理論核算，能夠算出，在圖1所示軸向長度14mm范圍內(nèi)，包括在公役為0.006 5mm圓度公役帶內(nèi)理想圓弧半徑為R=9.575±0.013 9mm，當不考慮其他要素影響，按刀尖圓弧圓心R=（9.575－0.4）mm編程時，刀尖圓弧半徑有必要控制在rε=0.4±0.013 9mm。由此可推理，尖刀加工，刀尖磨損后刀尖圓角半徑有必要是rε≤0.013 9mm才有或許車出符合公役要求的內(nèi)球面，當?shù)都饽p至rε＞0.013 9mm時，將車出Z向偏長的橢圓形球面；假如運用圓弧刀尖刀具加工，刀具半徑有必要控制在rε=0.4±0.013 9mm，而刀片VCMW070204的刀尖rε=0.4±0.10mm，不符合球面的精度加工要求?？梢?，獨自由刀尖圓弧半徑引起的球面加工直徑差錯已超出球形軸承內(nèi)球面φ19.15 0.0130   mm的加工要求，假如運用刀片VCMW070204加工，有必要精修刀尖圓弧半徑精度，使得rε＜0.013 9mm。

（3）進給絲杠螺母副空隙對加工球面的影響?，F(xiàn)代數(shù)控車床遍及選用滾珠絲杠螺母副作為伺服進給執(zhí)行元件，盡管滾珠絲杠螺母副進行了預緊，在受載及運轉(zhuǎn)中不可避免會發(fā)生回程空隙。在編程時有必要引起注意，避免回程空隙引起形位差錯。在加工圖4所示零件時，能夠選用一段程序從A點車到C點，但車刀在經(jīng)過B點時，X軸進給由正向轉(zhuǎn)換為反向，反向脈沖使絲杠反轉(zhuǎn)，消除空隙所需的反轉(zhuǎn)沒有使車刀得到應有的X反向進給，形成AB段與BC段形狀不對稱（見圖12），形成球面不圓。當回程空隙超越0.065mm時，車出的球面就超出

公役帶。因此，當車削精細球面時，假如車床回程空隙超越零件公役1/3，有必要編兩段程序，一段從A到B，另一段從C到B。這樣避免了圖12所示形狀差錯，但會發(fā)生如圖13所示由Z軸進給反向形成的形狀差錯，盡管左右是對稱的，但晦氣于球形研磨東西定心。

為此，在編程時選用積極補償?shù)霓k法，使圓弧AB段、CB段Z向各少進給0.005mm（沿X向少進給0.000 001 3mm），即便AB、CB兩端圓弧在B點相交，B點不再是圓的象限點，而是脫離象限點的圓上點，精車后橢球形狀如圖14所示。

國產(chǎn)數(shù)控刀具蕞大優(yōu)勢是“性價比高”，質(zhì)優(yōu)價廉、靠近出產(chǎn)、經(jīng)濟適用。國產(chǎn)刀具向用戶傳遞自己的優(yōu)勢理念是：以質(zhì)優(yōu)價廉供給高切削出產(chǎn)功率，降低總制作本錢。

切削技能落后是金屬加工職業(yè)功率低下的首要原因之一。高功率的數(shù)控設備運用低性能的切削，不能充分發(fā)揮設備優(yōu)勢，相反還會形成更大的資源浪費。曾經(jīng)，我們一說到數(shù)控，首先想到的就是價格昂貴的國外品牌，一些產(chǎn)品附加值較低的企業(yè)難以承受。受此影響，數(shù)控首要使用于數(shù)控機床的精加工階段，大多數(shù)普通機床依然運用廉價的焊接，正常磨損后，進行屢次重磨。磨刀難，磨好刀更難，操作者除了熟練掌握磨刀辦法與操作要領，還要有很高的領悟才干領會其中的微妙。十年苦功，上千把車刀鑄就一名高擋車工。老師傅在磨刀方面確實堆集了很多經(jīng)歷和技巧，一把普通的焊接車刀磨完后鐾一次，可以連續(xù)運用十幾個小時，比數(shù)控刀片還耐用，但這樣的技能工人畢竟是百里挑一。

此外，在現(xiàn)代企業(yè)以流水線為主的出產(chǎn)模式中，工序之間的聯(lián)接沒有一點空隙，能夠靜下心來磨刀，是件困難的事。因而，恰當加大投入，將出產(chǎn)工人從繁瑣的磨刀勞動中解放出來，集中精力、聚精會神地操作機床是進步出產(chǎn)功率的要害一步。

隨著商場競爭的日趨激烈，通用機械加工職業(yè)的贏利越來越薄。盡管數(shù)控帶來的正價值，遠遠超越為此添加的本錢，以精打細算起家的民營企業(yè)，依然期望以少的耗費交換蕞大的效益。在滿意加工要求的前提下，他們會盡量挑選低價位的。國產(chǎn)數(shù)控起步較晚，盡管展開快，但是在高新技能和制作工藝上仍和國外存在一定距離，不過全體上有著明顯的優(yōu)勢：價格合理、供貨及時、用戶可以面對面地與制作商交流經(jīng)歷，一起探討運用中遇到的困惑和處理辦法;按照自己的目的定制各種非標等等，這些優(yōu)勢都是企業(yè)關注的焦點。

以數(shù)控機床為主的精細切削中，毛坯余量很小，進給量也不可能放的太快，進步出產(chǎn)功率的首要途徑就是高速切削，這恰恰是一些涂層的強項。一些質(zhì)量過硬的國產(chǎn)，歷經(jīng)風雨崎嶇，商場占有率有了很大提高，以安穩(wěn)的切削性能贏得用戶的青睞。為了滿意不同職業(yè)的用戶要求，制作商也競相供給的和配套的效勞。與國外品牌相比，國產(chǎn)的蕞大特點是性價比高、有用性墻、效勞周到，代表著同職業(yè)先進的切削技能和制作工藝。國產(chǎn)在金屬加工范疇的中小企業(yè)中有著很好的商場和展開空間，越來越多的用戶與當?shù)厣陶归_技能交流和項目合作，在新產(chǎn)品開發(fā)和制作進程中獲取相關的計劃與技能支持。

每一種產(chǎn)品都有著自己的加工特征和切削規(guī)律，不選貴的，只選有用的，合適自己的就是蕞好的。在出產(chǎn)條件允許的情況下，廣泛運用國產(chǎn)，可以節(jié)約很多的費用，這些都是工廠的贏利。有些鍛造毛坯和特殊工序，也沒有必要選購高價位的。根據(jù)金屬加工的經(jīng)歷，在新產(chǎn)品試制進程中，有70%的損壞都是由于各種外在原因形成的，磨損程度遠沒有到達正常的運用壽命。將國產(chǎn)刀具的杰出性能和歸納優(yōu)勢，計算成用戶看得見的出產(chǎn)功率和經(jīng)濟效益，這筆賬算得越清楚，用戶的購買力就越充分，等到用戶承受了自己的切削理念，國產(chǎn)的遍及使用就成功了一半。

國產(chǎn)刀具蕞大的優(yōu)勢是靠近出產(chǎn)，經(jīng)濟適用。上世紀50年代，技工大師們發(fā)明的群鉆和75°強力車刀，都創(chuàng)造了切削施上的奇跡。國產(chǎn)在規(guī)劃和制作進程中，通過學習同職業(yè)的先進技能，融入工廠的實踐經(jīng)歷，不斷開發(fā)出適應性更強的專用。每一款新產(chǎn)品的上市，都將帶動相關范疇的切削技能躍上一個新的臺階。正是依靠這種從實際出發(fā)，為用戶效勞的理念，國產(chǎn)在研制進程和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新中不斷堆集經(jīng)歷，與用戶互利共贏。以、有用的切削技能，推動機械加工職業(yè)的快速展開。

刀具經(jīng)過砂輪刃磨后，刃口會存在不同程度的微觀缺陷，在切削過程中，刀具刃口微觀缺口極易擴展，加快刀具的磨損和損壞。刃口鈍化是延常刀具壽命的金屬切削配套技術(shù)，能有效減少或消除刃磨后的刀具刃口微觀缺陷，以達到圓滑平整，提高刀具抗沖擊性能，使刀具刃口鋒利堅固。

刃口鈍化方式可分為傳統(tǒng)刃口鈍化和特種刃口鈍化。傳統(tǒng)刃口鈍化方式主要包括磨削鈍化、毛刷鈍化、拖曳鈍化和噴砂鈍化等；特種刃口鈍化方式主要包括激光鈍化、電火花電蝕鈍化、電化學鈍化和磨料水射流鈍化等。

噴砂是以壓縮空氣為動力，以形成高速噴射束將噴料高速噴射到需要處理的工件表面，實現(xiàn)對工件表面的加工。由于磨料對工件表面的沖擊和切削作用，工件的表面性能和形狀會發(fā)生改變。而微噴砂技術(shù)是以傳統(tǒng)噴砂技術(shù)為基礎，采用微米級尺寸的磨料顆粒來進行待加工表面處理的技術(shù)，廣泛應用于材料的表面處理，包括表面清潔、表面鈍化和表面形貌處理。微噴砂處理的材料去除機理，包括裂紋擴展導致的脆性去除和磨料微切削產(chǎn)生的塑性去除。微噴砂技術(shù)在刀具領域主要應用在表面處理方面，如涂層刀具。通過對刀具基體表面進行相應的微噴砂處理，來改變基體的表面形貌，以增加涂層與刀具基體之間的粘結(jié)力，提高刀具的切削壽命。研究表明，對刀具的涂層表面進行微噴砂處理可以增加涂層硬度，提高刀具切削壽命。微噴砂技術(shù)在刀具刃口鈍化領域沒有得到廣泛應用，理論研究還不充分。

本文通過微噴砂技術(shù)對硬質(zhì)合金刀片YT15進行刃口鈍化，研究微噴砂工藝參數(shù)對刃口半徑的影響以及微噴砂處理對刃口質(zhì)量的影響，并分析微噴砂處理的材料去除機理。

1試驗步驟

試驗以噴砂壓力P、磨料比重W和噴砂時間T為因素，其中磨料比重W為磨料占水和磨料總質(zhì)量的比重。每個因素設4個水平，進行64組全因素刃口鈍化試驗，因素水平見表1。

表1  微噴砂全因素試驗因素水平

采用濕式手動噴砂機，噴砂角度45°，噴砂距離8mm。磨料為320目白剛玉，微噴砂加工如圖1所示。選用可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片YT15，其尺寸標準為SNMN120404，相應的材料性能見表2。通過激光共聚焦顯微鏡(LSM，Keyence VK-X200K)對微噴砂處理后的刀片刃口進行觀測，試驗觀測指標為刀片刃口半徑r和刃口線粗糙度Ra，終結(jié)果為三次測量后的平均值。同時對其刃口形貌進行掃描電子顯微鏡鏡(SEM)觀察，分析刃口材料去除機理。

圖1  硬質(zhì)合金刀具YT15微噴砂加工示意圖

表2  硬質(zhì)合金刀具YT15物理力學性能

2試驗結(jié)果與分析

(1)微噴砂工藝參數(shù)對刃口半徑的影響

圖2為硬質(zhì)合金刀具YT15刃口半徑隨微噴砂各工藝參數(shù)的變化趨勢。圖2a、圖2b、圖2c和圖2d分別是在噴砂時間為20s、30s、40s和50s時刃口半徑隨噴砂壓力的變化圖。對比發(fā)現(xiàn)，在相同的噴砂壓力和磨料比重下，隨噴砂時間的增加，刀具刃口半徑增大，這實質(zhì)上是材料去除隨著時間累積的結(jié)果。在相同的噴砂時間和磨料比重下，隨噴砂壓力的增加，刀具刃口半徑增大。這是因為隨著噴砂壓強的增加，磨料流的出口速度增加，單顆粒磨料速度也相應增加。

硬質(zhì)合金可看作是硬脆材料，根據(jù)單顆粒磨料沖蝕模型可知，單顆粒磨料的材料去除量與磨料顆粒的速度的指數(shù)成正比，使得單顆粒磨料的材料去除量增加。同時磨料流速度的增加，使單位時間內(nèi)有效沖擊刀具刃口的磨料顆粒數(shù)量增加，刃口材料的去除量變大。因此，增加噴砂壓力相當于既增加磨料比重又增加噴砂時間，兩者的共同作用使刃口半徑增大。

由圖2分析磨料比重對刀具刃口半徑的影響可知，在噴砂壓力為0.2MPa和0.25MPa時，隨著磨料比重的增加，刀具的刃口半徑先增大而后減?。欢趪娚皦毫?.3MPa和0.35MPa時，隨著磨料比重的增加，刀具的刃口半徑呈現(xiàn)一直增大的趨勢。同理，根據(jù)單顆粒磨料沖蝕模型分析可知，當噴砂壓力較小時，隨著磨料比重的增加，雖然單顆粒磨料速度減小，但是單位體積內(nèi)磨料顆粒的數(shù)量增加，造成單位時間內(nèi)磨料顆粒對刀具刃口的沖擊次數(shù)增加，所以刃口材料的去除量變大。當磨料比重過大時，根據(jù)能量守恒可知，磨料流的速度減小很多，其中磨料顆粒的速度大幅降低，不僅減少了單顆粒磨料材料的去除量，也使單位時間內(nèi)磨料對刀具刃口的沖擊次數(shù)減少，進一步減少材料去除量，使得刃口半徑隨著磨料比重的增加先增大后減小。當噴砂壓力較大時，隨著磨料比重的增加，在單位時間內(nèi)增加的磨料對刀具刃口的沖擊次數(shù)所增加的材料去除量要多于單顆粒磨料速度降低而減少的材料去除量。總的來說，單位時間內(nèi)材料去除量增加，因此在較大噴砂壓力下，刀具的刃口半徑隨著磨料比重的增加而增加。

(a)T=20s(b)T=30s(c)T=40s(d)T=50s

圖2  刃口半徑隨微噴砂各工藝參數(shù)的變化趨勢

(2)微噴砂處理對刃口線粗糙度的影響

圖3是硬質(zhì)合金刀片YT15經(jīng)過微噴砂刃口鈍化處理前后的切削刃形貌。采用微噴砂工藝參數(shù)：噴砂壓力P=0.2MPa，磨料比重W=0.1，噴砂時間T=30s。通過測量得到切削刃的相關參數(shù)見表3。

圖3  未處理刀片與微噴砂刃口鈍化刀片的切削刃形貌

可以發(fā)現(xiàn)，硬質(zhì)合金刀片YT15的刃口輪廓由原來的r=6μm銳刃變成r=27μm的圓弧刃口。其切削刃形貌得到改善，刃口線粗糙度Ra由原來的0.79μm下降到0.5μm，Ry則由原來的6μm下降到3μm。這是由于微噴砂處理消除了刀具刃磨時產(chǎn)生的微觀缺陷，改善了刃口質(zhì)量。

表3  未處理刀片與微噴砂刃口鈍化刀片刃口參數(shù)對比(μm)

圖4是微噴砂全因素試驗時硬質(zhì)合金刀片YT15的刃口線粗糙度的分布情況?？梢缘贸?，硬質(zhì)合金YT15刀片的刃口線粗糙度為0.3-0.8μm，滿足刀片的刃口粗糙度要求。

圖4  硬質(zhì)合金刀具YT15刃口線粗糙度分布

(3)微噴砂刃口材料去除機理研究

刀片的微噴砂過程實質(zhì)上是高速磨料射流沖擊材料表面，實現(xiàn)材料的去除。其材料去除機理主要歸結(jié)為磨料顆粒對材料的去除方式。對于脆性材料，其去除機理往往不只有脆性去除，還包括磨料顆粒的微剪切引起的塑性去除。

圖5是硬質(zhì)合金刀具YT15在噴砂壓力P=0.25MPa、磨料目數(shù)M=320、噴砂時間T=20s和磨料比重W=0.1時的刃口形貌?？梢钥闯觯?jīng)過微噴砂處理后，刀具出現(xiàn)了圓弧刃口，對其圓弧刃口的區(qū)域A進行放大，可以觀察刃口材料去除形成的微觀形貌。通過區(qū)域B可以看出，其硬質(zhì)合金中硬質(zhì)相的去除多為由裂紋擴展造成的脆性斷裂，這是由于棱角尖銳的磨料顆粒對于硬質(zhì)相的沖擊作用，使之產(chǎn)生徑向裂紋和側(cè)向裂紋，由于磨料顆粒的高頻率沖擊，進而造成側(cè)向裂紋的擴張形成網(wǎng)狀裂紋，達到材料的去除。對于C區(qū)域的觀察，也可以發(fā)現(xiàn)刃口材料上存在磨料顆粒的刻劃痕跡，這主要是由于具有鋒利刃口的白剛玉磨料顆粒對工件材料的微切削作用導致。由于刀具材料中除硬質(zhì)相成分外，還包括粘結(jié)相，其微切削作用相對于粘結(jié)相更為明顯，粘結(jié)相材料先于硬質(zhì)相去除，使得硬質(zhì)相成分顯露出來。因此微噴砂處理硬質(zhì)合金刀具YT15的材料去除機理，包括由磨料沖擊和水楔作用引起裂紋擴展而導致硬質(zhì)相材料的脆性去除，還包括磨料顆粒的微切削作用引起的材料塑性去除。

圖5  硬質(zhì)合金刀具YT15微噴砂刃口形貌SEM圖

小結(jié)

微噴砂處理可以對硬質(zhì)合金刀具YT15刃口進行有效鈍化，形成一定圓弧半徑的刀具刃口。研究表明，刃口圓弧半徑隨著微噴砂時間和噴砂壓力的增加而增大。對于磨料比重而言，在噴砂壓力為0.2MPa和0.25MPa時，隨著磨料比重的增加，刀具刃口半徑先增大而后減??；在噴砂壓力為0.3MPa和0.35MPa時，隨著磨料比重的增加，刀具刃口半徑呈現(xiàn)一直增大的趨勢。微噴砂處理可有效改善硬質(zhì)合金刀具YT15的刃口質(zhì)量，消除微觀缺陷，降低刃口線粗糙度，在結(jié)構(gòu)上對刀具刃口進行鈍化。硬質(zhì)合金刀具YT15刃口材料的去除機理，包含由裂紋擴展而導致硬質(zhì)相材料的脆性去除和微切削作用引起的材料塑性去除。