活塞環(huán)主要分為氣環(huán)和油環(huán)兩種。

活塞環(huán)的作用

氣環(huán)的作用是保證氣缸與活塞間的密封性，防止漏氣，并且要把活塞頂部吸收的大部分熱量傳給氣缸壁，由冷卻水帶走；油環(huán)起布油和刮油的作用，下行時(shí)刮除氣缸壁上多余的機(jī)油，上行時(shí)在氣缸壁上鋪涂一層均勻的油膜。這樣既可以防止機(jī)油竄入氣缸中燃燒掉，又可以減少活塞與氣缸壁的摩擦阻力。此外，油環(huán)還能起到輔助封氣的作用。

活塞環(huán)的工作條件及性能要求

活塞環(huán)工作時(shí)受到氣缸中高溫、高壓燃?xì)獾淖饔?，溫度較高（尤其是，溫度可達(dá)600K）?；钊h(huán)在氣缸內(nèi)做高速運(yùn)動(dòng)，加上高溫下部分機(jī)油出現(xiàn)變質(zhì)，使活塞環(huán)的潤(rùn)滑條件變差，難以保證液體潤(rùn)滑，磨損嚴(yán)重。因此，要求活塞環(huán)彈性好，強(qiáng)度高、耐磨損。

活塞環(huán)的間隙

活塞環(huán)會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中與高溫氣體接觸發(fā)生熱膨脹現(xiàn)象，而周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)又使其出現(xiàn)徑向脹縮變形。因此，為了保證正常的工作，活塞環(huán)在氣缸內(nèi)應(yīng)該具有以下間隙。

d—活塞環(huán)內(nèi)徑；B—活塞環(huán)寬度

■ 端隙又稱開(kāi)口間隙，是指活塞環(huán)在冷態(tài)下裝入氣缸后，該環(huán)在上止點(diǎn)時(shí)，環(huán)的兩端頭之間的間隙。一般為0.25~0.50mm。

■ 側(cè)隙又稱邊隙，是指活塞環(huán)裝入活塞后，其側(cè)面與活塞環(huán)槽之間的間隙。第道環(huán)因?yàn)楣ぷ鳒囟雀?，間隙較大，一般為0.04~0.10mm；其他環(huán)一般為0.03~0.07mm。油環(huán)側(cè)隙比氣環(huán)小。

■ 背隙是指活塞環(huán)裝入氣缸后，活塞環(huán)內(nèi)圓柱面與活塞環(huán)槽底部間的間隙，一般為0.50~1.00mm。油環(huán)背隙較氣環(huán)大，有利于增大存油間隙，便于減壓泄油。

活塞環(huán)的泵油作用

由于側(cè)隙和背隙的存在，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，活塞環(huán)便產(chǎn)生了泵油作用。其原因是，活塞下行時(shí)，活塞環(huán)靠在環(huán)槽的上方，活塞環(huán)從缸壁上刮下來(lái)的機(jī)油充入環(huán)槽下方；當(dāng)活塞上行時(shí)，活塞環(huán)又靠在環(huán)槽的下方，同時(shí)將機(jī)油擠壓到環(huán)槽上方。如此反復(fù)運(yùn)動(dòng)，就將缸壁上的機(jī)油泵入燃燒室。由于活塞環(huán)的泵油作用，使機(jī)油竄入燃燒室，會(huì)使燃燒室內(nèi)形成積炭和增加機(jī)油消耗，并且還可能在環(huán)槽（尤其是第道氣環(huán)槽）中形成積炭，使環(huán)卡死，失去密封作用，甚至折斷活塞環(huán)。

氣  環(huán)

■  氣環(huán)的密封機(jī)理

活塞環(huán)有一個(gè)切口，且在自由狀態(tài)下不是圓環(huán)形，其外形尺寸比氣缸的內(nèi)徑大些，因此，它隨活塞一起裝入氣缸后，便產(chǎn)生彈力而緊貼在氣缸壁上。

活塞環(huán)在燃?xì)鈮毫ψ饔孟?，壓緊在環(huán)槽的下端面上，于是燃?xì)獗憷@流到環(huán)的背面，并發(fā)生膨脹，其壓力下降。同時(shí)，燃?xì)鈮毫?duì)環(huán)背的作用力使活塞環(huán)更緊地貼在氣缸壁上。壓力已有所降低的燃?xì)?，從第道氣環(huán)的切口漏到第二道氣環(huán)的上平面時(shí)，又把這道氣環(huán)壓貼在第二環(huán)槽的下端面上，于是，燃?xì)庥掷@流到這個(gè)環(huán)的背面，再發(fā)生膨脹，其壓力又進(jìn)一步降低。

如此繼續(xù)進(jìn)行下去，從后一道氣環(huán)漏出來(lái)的燃?xì)猓鋲毫土魉僖呀?jīng)大大減小，因而泄漏的燃?xì)饬恳簿秃苌倭?。因此，為?shù)很少的幾道切口相互錯(cuò)開(kāi)的氣環(huán)所構(gòu)成的“迷宮式”封氣裝置，就足以對(duì)氣缸中的高壓燃?xì)膺M(jìn)行有效的密封。

氣環(huán)的斷面形狀及各環(huán)間隙處的氣體壓力

■  氣環(huán)的切口

氣缸內(nèi)的燃?xì)饴┤肭S箱的主要通路是活塞環(huán)的切口，因此，切口的形狀和裝入氣缸后的間隙大小對(duì)于漏入曲軸箱的燃?xì)饬坑幸欢ǖ挠绊懀锌陂g隙過(guò)大，則漏氣嚴(yán)重，使發(fā)動(dòng)機(jī)功率減??；間隙過(guò)小，活塞環(huán)受熱膨脹后就有可能卡死或折斷。切口間隙值一般為0.25~0.8mm。第道氣環(huán)的溫度，因而其切口間隙值。

氣環(huán)的切口形狀

直角形切口工藝性好；階梯形切口的密封性好，但工藝性較差；斜口形切口，斜角一般為30°或45°，其密封作用和工藝性均介于前兩種之間，但其銳角部位在套裝入活塞時(shí)容易折損；圖中(d)為二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)的帶防轉(zhuǎn)銷釘槽的切口，壓配在活塞環(huán)槽中的銷釘，是用來(lái)防止活塞環(huán)在工作中繞活塞中心線轉(zhuǎn)動(dòng)的。

■   氣環(huán)斷面形狀

氣環(huán)的斷面形狀

■ 矩形環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、散熱性好、廢品率低；缺點(diǎn)主要是有泵油作用，容易造成機(jī)油消耗量過(guò)大并有可能形成燃燒室積炭。另外，矩形環(huán)的刮油性、磨合性及密封性較差，現(xiàn)代汽車基本不采用。

■ 錐面環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是與氣缸壁的接觸為線接觸，密封和磨合性能較好，刮油作用明顯，容易形成油膜以改善潤(rùn)滑；缺點(diǎn)是傳熱性能較差。錐面環(huán)主要應(yīng)用在除第道環(huán)外的其他環(huán)。

■ 扭曲環(huán)是當(dāng)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用的一種活塞環(huán)，主要是因?yàn)榕でh(huán)除具有錐面環(huán)的優(yōu)點(diǎn)之外，還能減小泵油作用，減輕磨損、提高散熱性能。安裝扭曲環(huán)時(shí)應(yīng)特別注意：內(nèi)圓切槽向上，外圓切槽向下，不能裝反。

■ 梯形環(huán)的主要優(yōu)點(diǎn)是能把沉積在環(huán)槽中的結(jié)焦擠出，從而避免了活塞環(huán)被黏結(jié)而出現(xiàn)折斷，同時(shí)其密封性能優(yōu)越，使用壽命長(zhǎng)；缺點(diǎn)主要是上下兩端面的精磨工藝較復(fù)雜。梯形環(huán)在熱負(fù)荷較大的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上使用較多。

■ 桶面環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是活塞的上下行程都可以形成楔形油膜以改善潤(rùn)滑，對(duì)活塞在氣缸內(nèi)擺動(dòng)的適應(yīng)性好，接觸面積小，有利于密封；缺點(diǎn)是凸圓弧面加工困難，多用于強(qiáng)化柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的第道環(huán)。

油  環(huán)

油環(huán)分為普通油環(huán)和組合油環(huán)兩種。

普通油環(huán)是用合金鑄鐵制造的。其外圓面的中間切有一道凹槽，在凹槽底部加工出很多穿通的排油小孔或狹縫。油環(huán)上唇的上端面外緣一般均有倒角，可以使油環(huán)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)能夠形成油楔。機(jī)油可以把油環(huán)推離氣缸壁，從而易于進(jìn)入油環(huán)的切槽內(nèi)。下唇的下端面外緣不倒角，這樣向下刮油能力較強(qiáng)。鼻式油環(huán)和雙鼻式油環(huán)的刮油能力更強(qiáng)，但加工較困難。

油環(huán)及其刮油作用

油環(huán)的斷面形狀

對(duì)于由三個(gè)刮油鋼片和兩個(gè)彈性襯環(huán)組成的組合式油環(huán)，軸向襯環(huán)夾裝在第二、第三刮油片之間，徑向襯環(huán)使三個(gè)刮油片壓緊在氣缸壁上。這種油環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是，片環(huán)薄，對(duì)氣缸壁的比壓（單位面積上的壓力）大，因而刮油作用強(qiáng)；三個(gè)刮油片是各自獨(dú)立的，故對(duì)氣缸的適應(yīng)性好；重量輕；回油通路大。因此，組合油環(huán)在高速發(fā)動(dòng)機(jī)上得到較廣的應(yīng)用。其缺點(diǎn)是制造成本高（片環(huán)的外表面必須鍍鉻，否則滑動(dòng)性不好）。

車刀品種和用處

一、車刀是運(yùn)用廣的一種單刃刀具，也是學(xué)習(xí)、剖析各類刀具的基礎(chǔ)。 車刀用于各種車床上，加工外圓、內(nèi)孔、端面、螺紋、車槽等。 車刀按結(jié)構(gòu)可分為整體車刀、焊接車刀、機(jī)夾車刀、可轉(zhuǎn)位車刀和成型車刀。其中可轉(zhuǎn)位車刀的運(yùn)用日益廣泛，在車刀中所占比例逐步添加。  

二、硬質(zhì)合金焊接車刀 所謂焊接式車刀，就是在碳剛刀桿上按刀具幾何視點(diǎn)的要求開(kāi)出刀槽，用焊料將硬質(zhì)合金刀片焊接在刀槽內(nèi)，并按所選擇的幾何參數(shù)刃磨后運(yùn)用的車刀。  

三、機(jī)夾車刀 機(jī)夾車刀是選用普通刀片，用機(jī)械夾固的方法將刀片夾持在刀桿上運(yùn)用的車刀。此類刀具有如下特點(diǎn)：

（1）刀片不通過(guò)高溫焊接，防止了因焊接而引起的刀片硬度下降、發(fā)生裂紋等缺點(diǎn)，進(jìn)步了刀具的耐用度。

（2）由于刀具耐用度進(jìn)步，運(yùn)用時(shí)間較長(zhǎng)，換刀時(shí)間縮短，進(jìn)步了生產(chǎn)功率。

（3）刀桿可重復(fù)運(yùn)用，既節(jié)省了鋼材又進(jìn)步了刀片的利用率，刀片由制作廠家收回再制，進(jìn)步了經(jīng)濟(jì)效益，降低了刀具本錢。

（4）刀片重磨后，尺度會(huì)逐步變小，為了康復(fù)刀片的作業(yè)方位，往往在車刀結(jié)構(gòu)上設(shè)有刀片的調(diào)整機(jī)構(gòu)，以添加刀片的重磨次數(shù)。

（5）壓緊刀片所用的壓板端部，能夠起斷屑器效果。  

四、可轉(zhuǎn)位車刀 可轉(zhuǎn)位車刀是運(yùn)用可轉(zhuǎn)位刀片的機(jī)夾車刀。一條切削刃用鈍后可迅速轉(zhuǎn)位換成相鄰的新切削刃，即可持續(xù)作業(yè)，直到刀片上一切切削刃均已用鈍，刀片才作廢收回。替換新刀片后，車刀又可持續(xù)作業(yè)。

1．可轉(zhuǎn)位刀具的長(zhǎng)處 與焊接車刀相比，可轉(zhuǎn)位車刀具有下述長(zhǎng)處:

（1）刀具壽命高 由于刀片防止了由焊接和刃磨高溫引起的缺點(diǎn),刀具幾何參數(shù)完全由刀片和刀桿槽確保，切削性能安穩(wěn)，然后進(jìn)步了刀具壽命。

（2）生產(chǎn)功率高 由于機(jī)床操作工人不再磨刀，可大大削減停機(jī)換刀等輔助時(shí)間。

（3）有利于推廣新技術(shù)、新工藝 可轉(zhuǎn)位刀有利于推廣運(yùn)用涂層、陶瓷等新式刀具資料。

（4）有利于降低刀具本錢 由于刀桿運(yùn)用壽命長(zhǎng)，大大削減了刀桿的耗費(fèi)和庫(kù)存量，簡(jiǎn)化了刀具的管理作業(yè)，降低了刀具本錢。

2．可轉(zhuǎn)位車刀刀片的夾緊特點(diǎn)與要求

（1）定位精度高 刀片轉(zhuǎn)位或替換新刀片后，刀尖方位的改變應(yīng)在工件精度允許的范圍內(nèi)。

（2）刀片夾緊可靠 應(yīng)確保刀片、刀墊、刀桿接觸面緊密貼合，經(jīng)得起沖擊和振蕩，但夾緊力也不宜過(guò)大，應(yīng)力分布應(yīng)均勻，以免壓碎刀片。

（3）排屑流通刀片前面上蕞好無(wú)障礙，確保切屑排出流通，并簡(jiǎn)略觀察。

（4）運(yùn)用便利轉(zhuǎn)化刀刃和替換新刀片便利、迅速。對(duì)小尺度刀具結(jié)構(gòu)要緊湊。 在滿意以上要求時(shí)，盡可能使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)略，制作和運(yùn)用便利。  

五、成形車刀 成形車刀是加工回轉(zhuǎn)體成形外表的專用刀具，其刃形是依據(jù)工件廓形設(shè)計(jì)的，可用在各類車床上加工內(nèi)外回轉(zhuǎn)體的成形外表。 用成形車刀加工零件時(shí)可一次構(gòu)成零件外表，操作簡(jiǎn)便、生產(chǎn)率高，加工后能到達(dá)公差等級(jí)IT8～I(xiàn)T10、粗糙度為10～5μm，并能確保較高的互換性。但成形車刀制作較復(fù)雜、本錢較高，刀刃作業(yè)長(zhǎng)度較寬，故易引起振蕩。 成形車刀首要用在加工批量較大的中、小尺度帶成形外表的零件。  

    工欲善其事，必先利其器，為了在車床上做杰出的切削，正確地預(yù)備和運(yùn)用刀具是很重要的作業(yè)。不同的作業(yè)需要不同形狀的車刀，切削不同的資料要求刀口具不同的刀角，車刀和作業(yè)物的方位和速度應(yīng)有必定相對(duì)的關(guān)系，車刀自身也應(yīng)具有足夠的硬度、強(qiáng)度并且耐磨、耐熱。因而，怎么選擇車刀資料，刀具視點(diǎn)之研磨都是重要的考慮因素。  

車刀的品種和用處

    刀具原料的改進(jìn)和開(kāi)展是今天金屬加工開(kāi)展的重要課題之一，由于杰出的刀具資料能有用、迅速的完結(jié)切削作業(yè)，并堅(jiān)持杰出的刀具壽命。一般常用車刀原料有下列幾種：

1高碳鋼： 高碳鋼車刀是由含碳量0.8%~1.5%之間的一種碳鋼，通過(guò)淬火硬化后運(yùn)用，因切削中的沖突四很簡(jiǎn)略回火軟化，被高速鋼等其它刀具所取代。一般僅合適于軟金屬資料之切削，常用者有SK1，SK2、、、、SK7等。  

2 高速鋼： 高速鋼為一種鋼基合金俗稱白車刀，含碳量0.7~0.85%之碳鋼中參加W、Cr、V及Co等合金元素而成。例如18-4-4高速鋼資料中含有18%鎢、4%鉻以及4%釩的高速鋼。高速鋼車刀切削中發(fā)生的沖突熱可高達(dá)至6000C，合適轉(zhuǎn)速1000rpm以下及螺紋之車削，一般常用高速鋼車刀如SKH2、SKH4A、SKH5、SKH6、SKH9等。  

3 非鑄鐵合金刀具： 此為鈷、鉻及鎢的合金，因切削加工很難，以鑄造成形制作，故又名超硬鑄合金，蕞具代表者為stellite，其刀具耐性及耐磨性及佳，在8200C溫度下其硬度仍不受影響，抗熱程度遠(yuǎn)超出高速鋼，合適高速及較深之切削作業(yè)。  

4燒結(jié)碳化刀具： 碳化刀具為粉未冶金的產(chǎn)品，碳化鎢刀具首要成分為50%~90%鎢，并參加鈦、鉬、鉭等以鈷粉作為結(jié)合劑，再經(jīng)加熱燒結(jié)完結(jié)。碳化刀具的硬度較任何其它資料均高，有硬高碳鋼的三倍，適用于切削較硬金屬或石材，因其原料脆硬，故只能制成片狀，再焊于較具耐性之刀柄上，如此刀刃鈍化或崩裂時(shí)，能夠替換另一刀口或換新刀片，這種夠車刀稱為放棄式車刀。  

碳化刀具依國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(ISO)其切削性質(zhì)的不同，分成P、M、K三類，并別離以藍(lán)、黃、紅三種色彩來(lái)標(biāo)識(shí)： P類適于切削鋼材，有P01、P10、P20、P30、P40、P50六類，P01為高速精車刀，號(hào)碼小，耐磨性較高，P50為低速粗車刀，號(hào)碼大，耐性高，刀柄涂藍(lán)色以辨認(rèn)之。 K類適于切削石材、鑄鐵等脆硬資料，有K01、K10、K20、K30、K40五類，K01為高速精車刀，K40為低速粗車刀，此類刀柄涂以紅色以辨認(rèn)。 M類介于P類與K類之間，適于切削耐性較大的資料如不?袗?等，此類刀柄涂以黃色來(lái)辨認(rèn)之。

5 陶瓷車刀： 陶瓷車刀是由氧化呂粉未，添加少量元素，再經(jīng)由高溫?zé)Y(jié)而成，其硬度、抗熱性、切削速度比碳化鎢高，可是由于質(zhì)脆，故不適用于非連續(xù)或重車削，只合適高速精削。  

6 鉆石刀具：作稿級(jí)外表加工時(shí)，可運(yùn)用圓形或外表有刃緣的工業(yè)用鉆石來(lái)進(jìn)行光制?？傻玫礁鼮闈?rùn)滑的外表，首要用來(lái)做銅合金或輕合金的精細(xì)車削，在車削時(shí)有必要運(yùn)用高速度，蕞低需在60~100m/min，一般在200~300m/min。  

7 氧化硼：立方晶氧化硼(CBN)是近年來(lái)推廣的資料，硬度與耐磨性僅次于鉆石，此刀具適用于加工堅(jiān)固、耐磨的鐵族合金和鎳基合金、鈷基合金。  

車刀形狀及運(yùn)用情形

在德國(guó)刀具制作商Horn公司每?jī)赡昱e辦一次的“技術(shù)開(kāi)放日”上，媒體記者獲邀參觀了該公司坐落德國(guó)圖賓根市的硬質(zhì)合金刀片毛坯生產(chǎn)線，親眼見(jiàn)證了用包含多種不同成分的混合粉料生產(chǎn)可轉(zhuǎn)位刀片的全進(jìn)程。

Horn公司生產(chǎn)的各種刀具產(chǎn)品（如銑刀、車刀、拉刀、鉸刀等）廣泛采用了可轉(zhuǎn)位刀片。圖1中的旋轉(zhuǎn)展臺(tái)展示了該公司蕞新開(kāi)發(fā)的一些立異產(chǎn)品，包含圓柄和削柄25A端面切槽體系、用于S100內(nèi)冷卻車削刀片的新式刀夾等。

圖1

Horn公司在世界各地的刀具生產(chǎn)廠都能夠?qū)Y(jié)而成的刀片進(jìn)行刃磨成形加工，但一切的刀片毛坯都來(lái)自坐落圖賓根的Horn

Hartstoffe硬質(zhì)合金生產(chǎn)廠。制坯工藝的地一步是將不同配比的碳化物、結(jié)合劑資料（如鈷和鉭）以及后續(xù)加工所需的添加劑經(jīng)精密稱量后制成混合粉料（圖2）。在冶金實(shí)驗(yàn)室對(duì)質(zhì)料進(jìn)行的檢驗(yàn)檢測(cè)后，對(duì)其進(jìn)行攪拌混合，直至達(dá)到所要求的濃度，然后送至下一道工序，用三種成型辦法（軸向壓制成型、擠出成型或打針成型）之一進(jìn)行毛坯成型加工。

圖2

如果刀片的形狀比較簡(jiǎn)單，一般可采用如圖3所示的電動(dòng)軸向壓坯機(jī)壓制成型。這種常用的刀片壓制辦法是將粉料放入模具之中，經(jīng)過(guò)單向或雙向加壓，壓制出終究形狀。雖然該辦法比其他成型辦法更簡(jiǎn)潔（如在燒結(jié)前無(wú)需參加添加劑），但卻不適合壓制較雜亂的刀片形狀，因?yàn)榈镀撃；蛟S比較困難（或許完全無(wú)法脫模）。Horn公司這臺(tái)壓坯機(jī)采用了機(jī)器人自動(dòng)裝料/卸件設(shè)備（見(jiàn)壓坯機(jī)左側(cè)）。

圖3

形狀較雜亂的刀片一般是在如圖4所示的活塞式擠出成型機(jī)上成型。該機(jī)推擠原資料經(jīng)過(guò)一個(gè)模具而取得所需的形狀。值得注意的是，利用浮動(dòng)芯軸銷，能夠在刀片毛坯內(nèi)部構(gòu)成內(nèi)冷卻通道。在擠出成型機(jī)下部能夠看到，構(gòu)成的生坯呈長(zhǎng)條狀，還需要將其切成所需長(zhǎng)度，經(jīng)過(guò)清潔后再送去進(jìn)行預(yù)燒結(jié)和燒結(jié)。

圖4

用于擠出成型的粉料中含有各種蠟和其他添加劑，這些添加劑可使加工出的刀片生坯具有延展性并呈橡膠狀（見(jiàn)圖5），這些長(zhǎng)條形生坯還要切成所需尺度，并在后續(xù)工序中成型。隨后，這些添加劑將在預(yù)燒結(jié)工序中予以去除。

圖5

Horn公司還開(kāi)發(fā)了一種用于大批量生產(chǎn)雜亂形狀刀片毛坯的金屬打針成型工藝（圖6所示為兩個(gè)裝在流道上的刀片的3D設(shè)計(jì)圖）。該工藝所用的打針成型機(jī)能夠設(shè)置超過(guò)5000種不同的工藝參數(shù)和變量。注入資料的體積范圍為0.2－20 cm3，打針?biāo)俣葹?m/sec，打針壓力蕞大可達(dá)2,200bar，模具重量范圍為150－200kg。

圖6

與打針成型機(jī)、壓坯機(jī)和擠出成型機(jī)相鄰的工區(qū)（見(jiàn)圖7）專門擔(dān)任為硬質(zhì)合金刀片生產(chǎn)線制作東西和夾具。為此，Horn公司裝備了電火花加工機(jī)床、車床、三軸和五軸銑床、平面磨床和坐標(biāo)磨床等機(jī)床，以及微噴砂體系、激光測(cè)量?jī)x和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等設(shè)備。

圖7

用擠出成型機(jī)或打針成型機(jī)成型的刀片生坯經(jīng)過(guò)清潔后，還必須進(jìn)行預(yù)燒結(jié)。這道工序耗時(shí)2－4天，生坯要在氫氣氛爐中逐步加熱到850℃左右，使其中的各種添加劑受熱揮發(fā)，并使生坯預(yù)固化。刀片毛坯經(jīng)過(guò)預(yù)燒結(jié)后，即可進(jìn)入燒結(jié)階段（用軸向壓坯機(jī)成型的毛坯無(wú)需預(yù)燒結(jié)，可直接進(jìn)行燒結(jié)）。經(jīng)過(guò)在1,350℃－1,550℃的高溫文可達(dá)100bar的氣體壓力下進(jìn)行燒結(jié)，刀片資料即可取得其終究的物理性能。在燒結(jié)進(jìn)程中，資料部分呈液相狀況，碳化物以相同的方法重新排列，構(gòu)成無(wú)孔隙的同質(zhì)結(jié)構(gòu)。此外，燒結(jié)后刀片的體積大約會(huì)比燒結(jié)前縮小20％－22％（見(jiàn)圖8）。整個(gè)燒結(jié)進(jìn)程大約需要持續(xù)20小時(shí)才干完結(jié)。

圖8

經(jīng)過(guò)一系列計(jì)量室測(cè)試和質(zhì)量控制程序（包含掃描電鏡檢測(cè)、維氏硬度檢測(cè)、密度檢測(cè)、磁飽和度檢測(cè)等）之后，各批制品刀片毛坯將從硬質(zhì)合金工廠運(yùn)送到同樣坐落Horn工業(yè)園區(qū)的刀具生產(chǎn)廠，并在那里的專用磨床（見(jiàn)圖9）上刃磨出刀片的終究形狀。DMG/森精機(jī)公司專門為Horn公司提供的銑床渠道也能夠滿意其刀具刃磨的特定需求。Horn刀具生產(chǎn)廠的加工機(jī)床總數(shù)超過(guò)200臺(tái)，這些機(jī)床均按所加工的刀片類型分組。

圖9

圖10所示為Horn公司員工將刃磨好的刀片置于夾具上，準(zhǔn)備對(duì)其進(jìn)行清潔和噴砂處理。處理完畢后，再將這些夾具移至涂層爐中（Horn公司共有8臺(tái)涂層爐）進(jìn)行PVD或CVD涂層。完結(jié)涂層工序后，制品刀片就能夠包裝發(fā)貨了。

圖10

圖11所示為Horn公司生產(chǎn)夾持刀片的刀體和刀夾的加工車間。

圖11

Horn公司從事各種刀片生產(chǎn)任務(wù)的許多員工都曾參加過(guò)企業(yè)自己的學(xué)徒訓(xùn)練計(jì)劃。圖12中正在操作五軸加工中心的學(xué)徒已處于訓(xùn)練的高及階段。在參與手動(dòng)和數(shù)控加工之前，學(xué)徒們先要學(xué)習(xí)一些基本技能（如整理文檔）。

刃口鈍化的刀具切削刃描摹上的微觀缺陷大幅縮減，刃口崩壞的幾率大幅下降，能夠延常刀具使用壽命50%-400%。因此，開(kāi)展刀具刃口鈍化的研討對(duì)進(jìn)步我國(guó)刀具產(chǎn)品的質(zhì)量具有十分重要的含義?，F(xiàn)在，國(guó)外的刀具制造廠已廣泛選用刃口鈍化技能，從國(guó)外引入的數(shù)控機(jī)床或者生產(chǎn)線所使用的刀具，其刃口已全部經(jīng)過(guò)鈍化處理，不只進(jìn)步了工件外表質(zhì)量，下降了刀具成本，一起也帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。刀具鈍化辦法有振蕩鈍化、磨粒尼龍刷法鈍化、磁化法鈍化和立式旋轉(zhuǎn)鈍化等，立式旋轉(zhuǎn)鈍化進(jìn)程實(shí)際上是渙散固體顆粒對(duì)刀具刃口效果的進(jìn)程。

含磨粒的刀具刃口鈍化法具有重復(fù)性好、質(zhì)量高和成本低一級(jí)特色，是現(xiàn)在首要選用的刀具刃口鈍化辦法，通過(guò)刀具和磨粒的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)刃口鈍化，磨粒多選用金剛石、CBN和碳化硅顆粒等?，F(xiàn)在，關(guān)于磨粒效果機(jī)理研討的比較少，首要有沖擊單顆磨粒、沖擊多磨粒磨損、刀具和切屑間存在磨粒、磨料水射流和半固著磨粒等，重點(diǎn)研討磨粒類型、磨粒尺寸和沖擊速度對(duì)外表的影響規(guī)則，而關(guān)于渙散磨粒對(duì)工件外表效果機(jī)理的研討更少。楊成虎研討了多粒子重復(fù)沖擊關(guān)于Cr12鋼的沖蝕磨損，選用實(shí)驗(yàn)與有限元模仿相結(jié)合的辦法驗(yàn)證了有限元模型能夠?qū)嵲谟行У啬７鲁鰶_蝕磨損的實(shí)際進(jìn)程。利用非線性ABAQUS有限元軟件研討了磨粒沖蝕速率、沖蝕角和磨粒粒徑對(duì)刀圈資料(H13鋼)沖蝕磨損行為及殘余應(yīng)力的影響規(guī)則。張偉等運(yùn)用ABAQUS軟件樹(shù)立了塑性資料微切削進(jìn)程的有限元模型，研討了磨粒沖蝕角度以及沖蝕速度對(duì)磨損率的影響，斷定了微切削模型的適用沖蝕角范圍。

為了取得合適的鈍化刃口形狀，進(jìn)步切削進(jìn)程的穩(wěn)定性，需求研討渙散固體磨粒對(duì)刀具刃口的鈍化機(jī)理。本文選用ABAQUS有限元軟件樹(shù)立了單磨粒和多磨粒對(duì)刀具刃口效果的防真模型，研討了單磨粒和多磨粒對(duì)刃口效果的能量、刃口形變、位移和磨粒速度改變等的影響規(guī)則，關(guān)于從微觀角度知道磨粒鈍化效果具有一定價(jià)值，為研討刀具刃口鈍化機(jī)理提供依據(jù)。

1  單磨粒鈍化刃口防真模型的樹(shù)立

依據(jù)立式旋轉(zhuǎn)鈍化法的基本特色，刀具在渙散固體磨粒中進(jìn)行兩級(jí)行星運(yùn)動(dòng)，刀具刃口與渙散固體磨粒不斷進(jìn)行磕碰沖擊，使得刀具刃口鈍化。刀具沿著一定的軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，而渙散固體磨粒的運(yùn)動(dòng)規(guī)則相對(duì)隨機(jī)。因此，渙散固體磨粒對(duì)刀具刃口的鈍化進(jìn)程是十分復(fù)雜的。

作為非線性有限元處理工具，ABAQUS在處理復(fù)雜問(wèn)題和模仿高度非線性問(wèn)題上有極大優(yōu)勢(shì)。選用ABAQUS軟件樹(shù)立磨粒對(duì)刀具刃口鈍化的防真模型。

①刀具鈍化模型的簡(jiǎn)化：因?yàn)槟チＯ嚓P(guān)于刀具刃口要小得多，能夠?qū)⒌毒呷锌诳醋鳠o(wú)限大，底端固定不動(dòng)，粒子向刀具刃口沖擊。

②磨粒：磨粒選用80目碳化硅，顆粒形狀設(shè)為球形。

③刀具：選用硬質(zhì)合金刀具，刀具刃口尺寸設(shè)為0.5mm×0.25mm×0.1mm。

④網(wǎng)格劃分：將刀具刃口與磨粒觸摸部分的網(wǎng)格區(qū)域劃分得略細(xì)，磨粒的母線布置種子數(shù)目為10，挑選顯式線性三維應(yīng)力單元C3D4。刀具刃口種子數(shù)目分別設(shè)為10和25，磨粒單元形狀為Tet（四面體），完成網(wǎng)格劃分。

⑤防真設(shè)置：觸摸屬性為Contact，沖擊速度設(shè)置為100m/s，核算剖析步時(shí)刻為5E-5s，設(shè)置20個(gè)剖析步，選用job模塊進(jìn)行求解。

2  單磨粒鈍化刃口防真結(jié)果

(1)刀具刃口應(yīng)力改變規(guī)則

單磨粒對(duì)刀具刃口效果的應(yīng)力矢量云圖見(jiàn)圖1。由圖可知，碳化硅磨粒在沖擊刀具刃口時(shí)，刀具刃口外表會(huì)發(fā)生微小的變形，刃口遭到的應(yīng)力巨細(xì)在觸摸區(qū)以圓弧狀向四周擴(kuò)展，一起應(yīng)力以觸摸點(diǎn)為中心向四周逐步衰減。刃口被沖擊的外表略微下凹，就像一個(gè)小球在地上砸出了一個(gè)坑相同。

圖1  單磨粒對(duì)刀具刃口效果的應(yīng)力散布

(2)刀具刃口的沖擊區(qū)域與應(yīng)力的關(guān)系

刀具刃口的沖擊區(qū)域與應(yīng)力的關(guān)系見(jiàn)圖2。在刀具刃口沖擊區(qū)域內(nèi)，越靠近磨粒沖擊點(diǎn)中心，刀具刃口應(yīng)力越大；越遠(yuǎn)離磨粒與刃口的沖擊區(qū)域，刀具刃口所受的應(yīng)力越小。

(3)刀具刃口的位移改變規(guī)則

單磨粒對(duì)刀具刃口效果的位移曲線見(jiàn)圖3。在刀具刃口鈍化進(jìn)程中，碳化硅磨粒與刃口的沖擊十分時(shí)間短。當(dāng)碳化硅磨粒從0時(shí)刻開(kāi)端運(yùn)動(dòng)且當(dāng)時(shí)刻到達(dá)7.5E-06s時(shí)，碳化硅磨粒的位移到達(dá)蕞大。爾后，磨粒開(kāi)端反彈。

圖2  到效果點(diǎn)中心的間隔所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力關(guān)系

圖3  刀具刃口的位移改變規(guī)則

(4)單磨粒速度改變規(guī)則

磨粒在與刃口觸摸時(shí)，與刃口之間的效果速度逐步減小，隨后反彈（見(jiàn)圖4）。

圖4  磨粒速度改變規(guī)則

3  多磨粒防真模型的樹(shù)立及結(jié)果

選用三顆磨粒重復(fù)沖擊，研討多磨粒對(duì)刀具刃口的鈍化。邊界條件與資料參數(shù)及邊界的界定與單磨粒模型共同。沖擊速度為300m/s，多磨粒對(duì)刀具刃口鈍化的防真模型見(jiàn)圖5。

圖5  多磨粒對(duì)刀具刃口效果的防真模型

(1)刀具刃口的應(yīng)力散布

圖6為地一顆磨粒對(duì)刀具刃口沖擊的應(yīng)力云圖。由圖可知，在地一剖析步t=2.5003E-06s時(shí)，刀具刃口無(wú)太大改變，受磨粒沖擊的中心遭到的應(yīng)力蕞大，蕞大應(yīng)力值為2238MP；當(dāng)?shù)诙w磨粒對(duì)同一位置進(jìn)行沖擊后，刀具刃口所受應(yīng)力區(qū)域顯著增大，所產(chǎn)生的蕞大應(yīng)力值為2341Mpa；當(dāng)?shù)谌w磨粒沖擊刀具刃口時(shí)，刀具刃口遭到的應(yīng)力效果區(qū)域進(jìn)一步增大，蕞大應(yīng)力值為2440Mpa，較前兩次沖擊有所進(jìn)步。

圖6  地一顆磨粒沖擊刀具刃口的應(yīng)力散布

(2)磨粒速度改變規(guī)則

多磨粒沖擊刀具刃口的速度改變規(guī)則見(jiàn)圖7。在0s時(shí)，地一顆磨粒開(kāi)端與刀具刃口磕碰，隨后磨粒速度開(kāi)端下降，直至越過(guò)零點(diǎn)成為負(fù)值。磨粒速度為負(fù)是因?yàn)槟チ０l(fā)生了回彈，磨粒對(duì)刀具刃口產(chǎn)生磨損。在1.0E-5s、2.0E-5s時(shí)，第二顆磨粒、第三顆磨粒分別與刀具刃口效果，效果方式和地一顆磨粒相同。

圖7  三顆碳化硅磨粒速度改變規(guī)則

刀具刃口在三顆磨粒沖擊下的位移曲線見(jiàn)圖8。地一顆碳化硅磨粒在對(duì)刀具刃口沖擊后會(huì)構(gòu)成一個(gè)的沖蝕坑，接著第二顆、第三顆磨粒重復(fù)沖擊，沖蝕坑不斷增大，多磨粒的沖擊會(huì)使沖蝕坑越來(lái)越大。

圖8  刀具刃口遭到重復(fù)沖擊的位移改變

(4)多磨粒對(duì)刀具刃口效果的能量改變規(guī)則

刀具刃口鈍化的進(jìn)程也是能量交換的進(jìn)程。因?yàn)榈毒呷锌谂c渙散固體磨粒不斷地沖擊磕碰，在鈍化進(jìn)程中發(fā)生了磨粒動(dòng)能和刀具刃口內(nèi)能的交換，其能量改變見(jiàn)圖9。

圖9  刀具刃口鈍化的能量改變

由圖9可知，碳化硅磨粒在觸摸刀具刃口后速度開(kāi)端下降，約在2E-05s時(shí)到達(dá)蕞低。磨粒的動(dòng)能因?yàn)樗俣鹊臏p小而減小，大約在2E-05s時(shí)到達(dá)蕞低。一起，刀具刃口內(nèi)能因?yàn)槟チ５臎_擊呈現(xiàn)出接連上升趨勢(shì)，二者能量曲線基本對(duì)稱，磨粒所消耗的動(dòng)能基本轉(zhuǎn)化成為刀具刃口內(nèi)能，使得刀具刃口進(jìn)行鈍化。

小結(jié)

選用ABAQUS有限元剖析軟件樹(shù)立了磨粒對(duì)刀具刃口沖擊的防真模型，研討了磨粒沖擊刀具刃口時(shí)磨粒速度、刃口應(yīng)力、刃口位移和能量等的改變規(guī)則。首要定論如下：

(1)當(dāng)單磨粒對(duì)刀具刃口進(jìn)行鈍化時(shí)，刀具刃口的應(yīng)力在沖擊區(qū)域以圓弧狀向四周擴(kuò)展。碳化硅磨粒與刃口的沖擊十分時(shí)間短，磨粒從零時(shí)刻開(kāi)端運(yùn)動(dòng)，當(dāng)時(shí)刻到達(dá)7.5E-06s時(shí)，碳化硅磨粒的位移到達(dá)蕞大，爾后，磨粒開(kāi)端反彈。

(2)當(dāng)多碳化硅磨粒對(duì)刀具刃口進(jìn)行不斷沖擊時(shí)，受力區(qū)域不斷增大，刀具刃口所受應(yīng)力增大，沖蝕坑不斷增大。