加工刀紋

產(chǎn)品和機床

有著人造板機械行業(yè)技能“珠峰”美譽的連續(xù)壓機的重要零件熱壓板，其韌硬資料耐熱合金鋼硬度要求400HB以上；具有7 000mm×2 650mm（長×寬）的大平面標準和橫向平面度0.015mm/全長一級平板、縱向平面度0.1mm/全長三級平板、厚度公役±0.03mm、表面粗糙度值Ra＝0.8μｍ以下的要求。因而成為規(guī)劃中的重中之重，工藝中的難中之難。如圖１所示。              

加工重任落在了“精密、大型、數(shù)控”機床之一沈陽機床12m數(shù)控龍門銑床上，啟用二年的技改項目12m數(shù)控龍門銑床已過磨合期進入精度”平板特點的熱壓板是對機床精度的一次實例查驗，但即便在試切加工之初，問題就頻出，加工后的平面有正紋、網(wǎng)紋、反紋、接刀和橢圓內(nèi)凹等表面質(zhì)量差、平面度精度不合格等現(xiàn)象，所以課題攻關在所難免。

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機床精度成因

12m數(shù)控龍門銑床精度由4根軸（即線軌X、橫梁Y、滑枕Z和主軸S）及互相間的幾何公役構成。

（1）機床的XY平面由兩根直線導軌組成，因為能夠選用的水平儀和準直儀并根底可調(diào)，其XY平面的水平度和X軸的直線度是可調(diào)整項，依托調(diào)整能夠確保達到較高的精度，一起它也是其他平面和軸的基準，為重要。是熱壓板縱向平面度0.1mm的確保。

（2）機床的橫梁Y軸，一是要求與XY平面平行，因為橫梁自重下?lián)虾皖A留磨損，Y軸被規(guī)劃成單波中高，所以這項精度是不行調(diào)整項，依托Y軸的中高操控和立柱的等高加工確保平行，是熱壓板橫向平面度0.015mm和厚度±0.03mm的確保；二是與X軸的筆直，此項是可調(diào)整項，經(jīng)過調(diào)整來確保精度。

（3）機床的滑枕Z軸，有著與XY平面雙向筆直的要求，即Z軸在XZ平面內(nèi)與XY平面的筆直度，此項為不行調(diào)整項，依托加工確保精度，Z軸在YZ軸平面內(nèi)與XY平面的筆直度是可調(diào)整項，依托調(diào)整來確保精度。

（4）機床的主軸S軸，也有著與Z軸雙向平行的要求，即S軸在XZ平面與Z軸平行，S軸在YZ平面內(nèi)與Z軸平行，此兩項為不行調(diào)整項，有必要依托加工確保。

從以上剖析可出看出：①工件容易實現(xiàn)精度的定位是XY平面和X軸，也是機床悉數(shù)精度的基準。②因為不行調(diào)整項依托機床制造進程加工確保，所以機床是否的要點是對不行調(diào)整項精度的進程檢測和鏟刮研修，杜絕終究插補修整的貓膩。③要點操控Y軸微量（＜0.02mm）中高單波型線。④在S軸和Z軸的調(diào)整次序上，單從大面加工和接刀來說，在調(diào)整與XY平面的雙向筆直度時以S軸為優(yōu)先。⑤充沛依托可調(diào)整項的可調(diào)整，經(jīng)過檢測和觀察加工刀紋，彌補進步機床精度。

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從刀紋窺破機床精度

因為機床的在時效中不知不覺失掉，在熱壓板加工之初，在大平面構成了一些較為典型的刀紋和接刀亂象，經(jīng)過觀察從中能夠剖析機床精度問題和成因。如圖2所示。

（1）正紋。由刀盤正傾引起，正紋加工的長處是刀紋一致漂亮、后不拖刀單次切削、刀具磨損少，缺陷是因為刀盤歪斜，刀路中心構成橢圓內(nèi)凹。

（2）反紋。由刀盤負傾引起，反紋加工的缺陷是后拖刀兩次切削、刀具磨損大，同樣因為刀盤歪斜，刀路中心構成橢圓內(nèi)凹。

（3）網(wǎng)紋。由刀盤傾角為0時引起，是真實的平面加工，但缺陷是網(wǎng)紋較亂不漂亮，也有拖刀磨損。

（4）接刀。在粗加工時能夠是切削反彈、熱變形等要素引起，但在精加工時一定也有刀盤的歪斜原因，構成臺階型接刀，嚴重時破壞了平面度、表面粗糙度和漂亮度。而刀盤歪斜實際上是由S軸與XY平面雙向筆直度引起，那么是哪些終究要素導致的呢？而如何只構成有利的正紋減磨、微接刀和小凹面，是咱們觀察和剖析刀紋后要揣度和解決進步機床精度問題的所在。

從圖2能夠看出刀紋從正紋、網(wǎng)紋及反紋的改變，其實暗示出Y軸的爬高落低的曲折走向，在對Y軸的準直丈量中發(fā)現(xiàn)如圖的折線改變，Y軸直線差錯并不大于0.03mm，但其折線特征使刀盤歪斜卻是刀紋構成亂紋的原因，因為Y軸的直線度是不行調(diào)整項，有必要經(jīng)過機械批改，一起可微量加大刀盤在YZ平面內(nèi)的正傾角，確保全長構成的正刀紋。

從圖3咱們能夠看出接刀痕是臺階型，其實暗示由刀盤歪斜即S軸在XZ平面內(nèi)與XY平面不筆直引起的，在甩表丈量中也證實了此項差錯的存在，而刀盤越大，臺階越大。因為此項精度也是死項，有必要經(jīng)過機械批改，因為無法悉數(shù)消滅筆直度差錯，微量加大刀盤在YZ平面內(nèi)的正傾角，一是構成一個方向的正紋；二是構成相鄰兩內(nèi)凹橢圓，確保為微量相交型手感光滑的接刀，也能夠看出，如果相鄰刀路重合越多，接刀高度就越小，在1/2重合時蕞小。

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效果和定論

（1）一個合格的技師應該熟悉和掌握機床精度的成因和各軸的精度凹凸次序，并能在加工刀紋和接刀痕中判斷出影響機床精度的要素所在，經(jīng)過反饋保護機床至狀態(tài)，作出習慣機床精度的定位和走刀方向挑選，進步產(chǎn)品加工質(zhì)量。

（2）在熱壓板大平面加工的實例中，首先要檢測和操控Y軸直線度和曲線類型，確保其中高不大于0.02mm的單波弧線，確保主軸S在XZ平面內(nèi)與XY平面的筆直度在0.008mm之內(nèi)，并適當調(diào)整主軸S在YZ平面內(nèi)與XY平面的筆直度，有意使其微量正傾，結合鎖定Z軸、Y軸向進刀單向、相鄰刀路重合足夠大等辦法，從而構成質(zhì)量較高的正紋和微量相交型平滑接刀痕的XY平面加工。

（3）裝上角銑頭，首先留意其雙向筆直也是不行調(diào)整項。然后同樣能夠推理在XZ和YZ平面加工中機床精度與刀紋和接刀的關系，舉一反三，快速找到問題和進步產(chǎn)品質(zhì)量的辦法。

（4）課題攻關的終究效果是經(jīng)過刀紋剖析，得到機床精度問題的斷定和修正，從而使得熱壓板的平面加工順暢達到規(guī)劃要求。

刀具涂層技術

刀具涂層技術，為你的運用技術加冕

切削刀具表面涂層技術是近幾十年應市場需求展開起來的材料表面改性技術。選用涂層技術可有用前進切削刀具運用壽數(shù)，使刀具獲得尤秀的歸納機械功用，然后大幅度前進機械加工功率。

涂層的效果

1、前進硬質(zhì)合金的耐磨性功用；

2、前進抗癢化功用；

3、減小抵觸；

4、前進抗金屬疲勞功用；

5、添加抗熱沖擊性。

涂層的特色

1、力學和切削功用好。

涂層刀具將基體材料和涂層材料的尤秀功用結合起來，既堅持了基體出色的耐性和較高的強度，又具有涂層的高硬度、高耐磨性和低抵觸系數(shù)。因而，涂層刀具的切削速度與未涂層的比較，切削速度可前進2~5倍，運用涂層刀具可以獲得明顯的經(jīng)濟效益。

2、通用性強。

涂層刀具通用性廣，加工規(guī)模明顯擴展，一種涂層刀具可以代替數(shù)種非涂層刀具運用，因而可以大大減少刀具的種類和庫存量，簡化刀具處理，下降刀具和設備本錢。

涂層的分類

依據(jù)涂層方法不同，涂層刀具可分為化學氣相堆積,涂層刀具、物理氣相堆積,涂層刀具及混合工藝及組合技術。CVD涂層原理如圖a所示，PVD涂層原理如圖b所示?；旌瞎に囀堑入x子輔助CVD技術與傳統(tǒng)的PVD技術進行有用的結合。比方先堆積傳統(tǒng)的CrN硬質(zhì)涂層，再在上面堆積一層用于減少抵觸的DLC涂層。組合技術是涂層前對東西或零部件的表面層進行氮化，可以前進涂層的成效。

CVD涂層，堆積溫度在1 000℃左右，可以涂覆耐磨損性優(yōu)異的TiCN、耐熱性非常優(yōu)異的Al2O3厚膜，因而在發(fā)生高溫的高速、高功率切削加工中能顯示出長壽數(shù)，CVD涂層如圖a所示。

PVD涂層，堆積溫度在500℃左右，一般用在與無涂層硬質(zhì)合金、高速鋼相同或較高速的切削速度條件下，以延伸刀具壽數(shù)為政策。對基體限制少、損害小，因而特別合適用于要求耐磨損性、耐崩刃性的刀具，也適用于要求尖銳刃口的低進給加工與精加工或螺紋加工東西等，PVD涂層如圖b所示。

金剛石涂層選用CVD（化學蒸鍍法）在硬質(zhì)合金基體上組成。組成的涂層具有與天然金剛石相匹敵的硬度與導熱系數(shù)，在非鐵材料的加工中發(fā)揮著優(yōu)異的功用。金剛石涂層刀具因為其出色的切削功用，在切削加工范疇具有寬廣的運用前景，是加工石墨、金屬基復合材料、高硅呂合金及許多其他耐磨蝕材料的志向刀具，目前其主要運用范疇是轎車和航空航天工業(yè)。金剛石涂層刀具的安排如下圖所示。

金剛石涂層刀具安排

依據(jù)涂層材料的性質(zhì)，涂層刀具又可分為兩大類，即“硬”涂層刀具和“軟”涂層刀具。“硬”涂層刀具尋求的主要政策是高的硬度和耐磨性，其主要長處是硬度高、耐磨性好，典型的是TiC和TiN涂層?！败洝蓖繉拥毒呤沁x用固體潤滑劑如MoS2、WS2等制備的刀具，“軟”涂層尋求的政策是低抵觸系數(shù)，也稱為自潤滑刀具，它與工件材料的抵觸系數(shù)很低，只要0.1左右，可減小粘、減輕抵觸、下降切削力和切削溫度。

涂層的結構

經(jīng)過多年的展開，涂層的結構已經(jīng)發(fā)生了許多改動，有了很大的改進。在涂層技術中，通常有以下五種不同的結構：

1、單層結構

望文生義，這種結構只要一層涂層。當我們在顯微鏡下觀察這種結構時，可以看見一些長柱形涂層結構。這種涂層很簡單涂覆，但也很簡單發(fā)生裂紋和破損。想象一下，當一個球擊中一束柱體時，這些柱體就會開始倒下，而裂紋簡單就能貫穿涂層，抵達基體。

2、多層結構

多層結構是由許多不同的單層結構互相堆疊在一起構成的。表面花紋鋼就是歷使上此類結構的一個比如。多層結構涂層可將幾種涂層材料的特性結合在一起，形成耐性與硬度俱佳的表面。

3、納米多層結構

納米多層結構與多層結構本質(zhì)上相同，但其層厚卻要薄得多：涂層厚度僅為原子級水平。

4、納米復合涂層結構

納米復合涂層選用了與硬質(zhì)合金刀具相似的技術。這種納米結構將粘結相（例如硬質(zhì)合金中的鈷）的耐性與納米復合涂層的硬度結合在一起。

5、梯度結構

該結構的涂層功用具有漸變性：涂層中心部分較軟而賦有彈性，而在接近表層時則變得堅固而耐磨。

涂層的選用

為了更好地挑選和展開刀具及零部件的蕞佳成效，需求區(qū)分其主要及特定的磨損性和失效機理。磨損、粘附、腐蝕和疲勞都視為磨損機理，而且都取決于實踐的運用。經(jīng)歷指出，材料的抵觸和磨損都不是材料的原因，而是整個體系的原因。因而，在挑選涂層前就必須剖析整個抵觸體系，包含零部件的技術功用、抗壓力規(guī)模以及磨損機理的類型。

硬質(zhì)合金涂層的運用舉例

1、切削東西：鉆頭、刀片等。

2、耐磨東西，包含各種金屬模具、沖頭、軋輥、切開刀具等

涂層展開前景

其時切削工業(yè)依然面臨著各種問題，其間用戶要求越來越高以及要切削的材料特性這兩方面問題尤為杰出。

來歷：《硬質(zhì)合金刀具涂層的現(xiàn)狀及展開方向》

涂層是處理這些新難題的有用手段，涂層對硬質(zhì)合金壽數(shù)的影響程度遠超過基體本身對壽數(shù)的影響程度，涂層技術的展開方向將是：

1、下降涂層工藝溫度

2、增強?；Y合力

3、研發(fā)更強韌的涂層材料

4、更加簡單易控的涂層工藝裝備

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，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。而微噴砂技術是以傳統(tǒng)噴砂技術為基礎，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，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?？偟膩碚f，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)生徑向裂紋和側向裂紋，由于磨料顆粒的高頻率沖擊，進而造成側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，還包括粘結相，其微切削作用相對于粘結相更為明顯，粘結相材料先于硬質(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

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小；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，在結構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。