1.概述

   通常，人們把含鉻量＞12%或含鎳量＞8%的合金鋼稱(chēng)為不銹鋼。這種鋼在大氣中或在腐蝕性介質(zhì)中具有一定的耐腐蝕能力，并在較高溫度（＞450℃）下具有較高的強(qiáng)度。含鉻量達(dá)16%～18%的鋼，稱(chēng)為耐酸鋼或耐酸不銹鋼，通稱(chēng)為不銹鋼。

    含鉻量達(dá)12%以上的鋼在與氧化性介質(zhì)接觸時(shí)，由于電化學(xué)作用，表面形成一層富鉻氧化膜，可保護(hù)金屬內(nèi)部不受腐蝕。但在非氧化性腐蝕介質(zhì)中，不能形成堅(jiān)固的鈍化膜。為提高鋼的耐腐蝕能力，通常選擇增大鉻的比例或添加可促進(jìn)鈍化的合金元素，如添加Ni、Mo、Mn、Cu、Nb、Ti、W和Co等。這些合金元素不僅提高了鋼的抗腐蝕能力，同時(shí)改變了鋼的內(nèi)部組織和物理力學(xué)性能。其在鋼中的含量不同，對(duì)不銹鋼性能產(chǎn)生的影響不同，有的有磁性，有的則無(wú)磁性，有的能夠進(jìn)行熱處理，有的則不能進(jìn)行熱處理。

    不銹鋼被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于航空、航天、化工、石油、建筑以及食品機(jī)械行業(yè)中。其所含的合金元素對(duì)切削加工性能影響較大，文中主要對(duì)不銹鋼的切削加工進(jìn)行了分析。

    2.不銹鋼的分類(lèi)及性能

    （1）按不銹鋼主要成分，分為以鉻為主的鉻不銹鋼和以鉻、鎳為主的鉻鎳不銹鋼兩大類(lèi)。

    （2）按不銹鋼金相組織分類(lèi)：①馬氏體不銹鋼。其含鉻量為12%～18%，含碳量為0.1%～0.5%（有時(shí)達(dá)1%）。其硬度為170～217HBW，抗拉強(qiáng)度σb為540～1 079MPa，伸長(zhǎng)率δ為10%～25%，熱導(dǎo)率к為25.12W/（m·K）。常見(jiàn)的牌號(hào)有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr17Ni2、9Cr18、9Cr18MoV和30Cr13Mo等。馬氏體不銹鋼通過(guò)淬火，可獲得較高的硬度、強(qiáng)度和耐磨性。然而，當(dāng)鋼中含碳量低于0.3%時(shí)，組織不均勻，粘附性強(qiáng)，切削時(shí)易產(chǎn)生積屑瘤，且斷屑困難，切削加工性較差。當(dāng)含碳量達(dá)0.4%～0.5%時(shí)，切削加工性較好。②鐵素體不銹鋼。其含鉻量為12%～13%。硬度為177～228HBW，抗拉強(qiáng)度σb為363～451MPa，伸長(zhǎng)率δ為20%～22%，熱導(dǎo)率к為16.7W/（m·K）。加熱冷卻時(shí)組織穩(wěn)定，不發(fā)生相變，所以不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，只能靠變形強(qiáng)化，切削加工性相對(duì)較好。常見(jiàn)的牌號(hào)有0Cr13、0Cr17Ti、0Cr13Si4NbRe、1Cr17、1Cr17Ti、1Cr17Mo2Ti、1Cr28以及1Cr25Ti等。③奧氏體不銹鋼。其含鉻量為12%～25%，含鎳量為7%～20%（或20%以上）。硬度為187～207HBW，抗拉強(qiáng)度σb為481～520MPa，伸長(zhǎng)率δ為40%，熱導(dǎo)率к為16.33W/（m·K）。典型牌號(hào)有1Cr18Ni9Ti，其他還有00Cr18Ni10、0Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti、1Cr14Mn14Ni、2Cr13Mn9Ni4以及1Cr18Mn8Ni5N等。由于奧氏體不銹鋼含有較多的鎳或錳，加熱時(shí)組織不變，故淬火不能使其強(qiáng)化，可通過(guò)冷加工硬化來(lái)大幅度提高強(qiáng)度和硬度，其硬化程度為基體硬度的1.4～2.2倍，給下一次切削帶來(lái)很大困難。其具有優(yōu)良的力學(xué)性能和良好的耐腐蝕能力，無(wú)磁性。④奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼。與奧氏體不銹鋼相似，僅在組織中含有一定量鐵素體，常見(jiàn)牌號(hào)有0Cr21Ni5Ti、1Cr21Ni5Ti、1Cr18Mn10Ni5Mo3N、0Cr17Mn13Mo2N、1Cr17Mn9Ni3Mo3Cu2N、Cr26Ni17Mo3CuSiN以及1Cr18Ni11Si4AlTi等。這類(lèi)不銹鋼有硬度極高的金屬間化合物析出，強(qiáng)度比奧氏體不銹鋼高,切削加工性能比奧氏體不銹鋼更差。其硬度＜277HBW，抗拉強(qiáng)度σb為589～736MPa，伸長(zhǎng)率δ為18%～30%。⑤沉淀硬化不銹鋼。這類(lèi)不銹鋼因含有較高的鉻、鎳和極低的碳，還含有能起沉淀硬化作用的、鋁、鈦和鉬等合金元素，其在回火時(shí)析出，產(chǎn)生沉淀硬化，具有很高的硬度和強(qiáng)度。其硬度為363～388HBW，抗拉強(qiáng)度σb為1 138～1  324MPa，伸長(zhǎng)率δ為5%～10%，這類(lèi)鋼具有良好的耐腐蝕性能。常見(jiàn)牌號(hào)有0Cr17Ni4Cu4Nb、0Cr17Ni7Al和0Cr15Ni7Mo2Al等。

   3.不銹鋼的切削特點(diǎn)

   不銹鋼的切削加工性能比45鋼差。若以45鋼的相對(duì)切削加工性Kr為1，則奧氏體不銹鋼的相對(duì)切削加工性Kr為0.4，鐵素體不銹鋼的Kr為0.48，馬氏體不銹鋼的Kr為0.55。其中以?shī)W氏體和奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼的切削加工性差，給切削加工帶來(lái)很大困難，其特點(diǎn)如下：

    （1）切削加工硬化嚴(yán)重。以?shī)W氏體和奧氏體 鐵素體不銹鋼的加工硬化現(xiàn)象為嚴(yán)重，硬化層的硬度比基體硬度高1.4～2.2倍，其抗拉強(qiáng)度σb為1 470～1 960MPa。這類(lèi)不銹鋼塑性大（δ＞35%），塑性變形時(shí)晶格扭曲，故強(qiáng)化系數(shù)大，且?jiàn)W氏體不穩(wěn)定，在切削力作用下，部分奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。

   （2）切削力大。不銹鋼的高溫強(qiáng)度和硬度高且韌性大，故在切削時(shí)所消耗的能量大，即切削抗力大。以?shī)W氏體不銹鋼為例，在切削過(guò)程中溫度高達(dá)700℃時(shí)，其綜合力學(xué)性能高于一般結(jié)構(gòu)鋼。加之其在切削過(guò)程中的塑性變形大、硬化現(xiàn)象嚴(yán)重，增大了切削力，所以不銹鋼的單位切削力為45鋼單位切削力的1.25倍。

   （3）切削溫度高。由于不銹鋼在切削時(shí)的塑性變形大，切屑與刀具間的摩擦大，加之其熱導(dǎo)率僅為45鋼熱導(dǎo)率的1/3～1/4，散熱條件差，大量切削熱集中在切削區(qū)，在相同切削條件下，切削溫度比切削45鋼時(shí)高200℃。

   

齒輪類(lèi)零件加工

齒輪是能彼此符合的有齒的機(jī)械零件，齒輪傳動(dòng)可完成減速、增速、變向等功能。它在機(jī)械傳動(dòng)及整個(gè)機(jī)械領(lǐng)域中運(yùn)用極其廣泛。本文對(duì)齒輪類(lèi)零件的加工工藝做歸納總結(jié)。

1

齒輪的功用、結(jié)構(gòu)

齒輪雖然由于它們?cè)跈C(jī)器中的功用不同而規(guī)劃成不同的形狀和尺度，但總可劃分為齒圈和輪體兩個(gè)部分。常見(jiàn)的圓柱齒輪有以下幾類(lèi)(下圖)：盤(pán)類(lèi)齒輪、套類(lèi)齒輪、內(nèi)齒輪、軸類(lèi)齒輪、扇形齒輪、齒條。其中盤(pán)類(lèi)齒輪運(yùn)用廣。

圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)方法

一個(gè)圓柱齒輪能夠有一個(gè)或多個(gè)齒圈。普通的單齒圈齒輪工藝性好；而雙聯(lián)或三聯(lián)齒輪的小齒圈往往會(huì)遭到臺(tái)肩的影響，約束了某些加工辦法的運(yùn)用，一般只能選用插齒。假如齒輪精度要求高，需求剃齒或磨齒時(shí)，一般將多齒圈齒輪做成單齒圈齒輪的組合結(jié)構(gòu)。

2圓柱齒輪的精度要求

齒輪本身的制作精度，對(duì)整個(gè)機(jī)器的工作性能、承載能力及運(yùn)用壽命都有很大影響。根據(jù)齒輪的運(yùn)用條件，對(duì)齒輪傳動(dòng)提出以下幾方面的要求：

1.

運(yùn)動(dòng)精度

要求齒輪能準(zhǔn)確地傳遞運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)比安穩(wěn)，即要求齒輪在一轉(zhuǎn)中，轉(zhuǎn)角差錯(cuò)不超越一定范圍。

2,

工作平穩(wěn)性

要求齒輪傳遞運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，沖擊、振蕩和噪聲要小。這就要求約束齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)瞬時(shí)速比的改變要小，也就是要約束短周期內(nèi)的轉(zhuǎn)角差錯(cuò)。

3.

觸摸精度

齒輪在傳遞動(dòng)力時(shí)，為了不致因載荷分布不均勻使觸摸應(yīng)力過(guò)大，引起齒面過(guò)早磨損，這就要求齒輪工作時(shí)齒面觸摸要均勻，并確保有一定的觸摸面積和符合要求的觸摸位置。

4.

齒側(cè)空隙

要求齒輪傳動(dòng)時(shí)，非工作齒面間留有一定空隙，以?xún)?chǔ)存潤(rùn)滑油，補(bǔ)償因溫度、彈性變形所引起的尺度改變和加工、安裝時(shí)的一些差錯(cuò)。

3齒輪的資料

齒輪應(yīng)按照運(yùn)用的工作條件選用適宜的資料。齒輪資料的挑選對(duì)齒輪的加工性能和運(yùn)用壽命都有直接的影響。

一般齒輪選用中碳鋼(如45鋼)和低、中碳合金鋼，如20Cr、40Cr、20CrMnTi等。2要求較高的重要齒輪可選用38CrMoAlA氮化鋼，非傳力齒輪也能夠用鑄鐵、夾布膠木或尼龍等資料。

4齒輪的熱處理

齒輪加工中根據(jù)不同的意圖，組織兩種熱處理工序：

毛坯熱處理

在齒坯加工前后組織預(yù)先熱處理正火或調(diào)質(zhì)，其首要意圖是消除鑄造及粗加工引起的剩余應(yīng)力、改善資料的可切削性和進(jìn)步歸納力學(xué)性能。

2.

齒面熱處理

齒形加工后，為進(jìn)步齒面的硬度和耐磨性，常進(jìn)行滲碳淬火、高頻感應(yīng)加熱淬火、碳氮共滲和滲氮等熱處理工序。

5齒輪毛坯

齒輪的毛坯方法首要有棒料、鍛件和鑄件。棒料用于小尺度、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且對(duì)強(qiáng)度要求低的齒輪。當(dāng)齒輪要求強(qiáng)度高、耐磨和耐沖擊時(shí)，多用鍛件，直徑大于400～600mm的齒輪，常用鑄造毛坯。

為了削減機(jī)械加工量，對(duì)大尺度、低精度齒輪，能夠直接鑄出輪齒；關(guān)于小尺度、形狀復(fù)雜的齒輪，可用精細(xì)鑄造、壓力鑄造、精細(xì)鑄造、粉末冶金、熱軋和冷擠等新工藝制作出具有輪齒的齒坯，以進(jìn)步勞動(dòng)出產(chǎn)率、節(jié)省原資料。

6齒坯的機(jī)械加工計(jì)劃的挑選

關(guān)于軸齒輪和套筒齒輪的齒坯，其加工進(jìn)程和一般軸、套基本相似，現(xiàn)首要討論盤(pán)類(lèi)齒輪齒坯的加工進(jìn)程。齒坯的加工工藝計(jì)劃首要取決于齒輪的輪體結(jié)構(gòu)和出產(chǎn)類(lèi)型。

1 大批很多出產(chǎn)的齒坯加工

大批很多加工中等尺度齒坯時(shí)，多選用“鉆一拉一多刀車(chē)”的工藝計(jì)劃。

(1)以毛坯外圓及端面定位進(jìn)行鉆孔或擴(kuò)孔。

(2)拉孔。

(3)以孔定位在多刀半自動(dòng)車(chē)床上粗精車(chē)外圓、端面、切槽及倒角等。

這種工藝計(jì)劃由于選用機(jī)床能夠組成流水線(xiàn)或自動(dòng)線(xiàn)，所以出產(chǎn)。

成批出產(chǎn)的齒坯加工

成批出產(chǎn)齒坯時(shí)，常選用“車(chē)一拉一車(chē)”的工藝計(jì)劃

(1)以齒坯外圓或輪毅定位，精車(chē)外圓、端面和內(nèi)孔。

(2)以端面支承拉孔(或花鍵孔)。

(3)以孔定位精車(chē)外圓及端面等。

這種計(jì)劃可由臥式車(chē)床或轉(zhuǎn)塔車(chē)床及拉床實(shí)現(xiàn)。它的特點(diǎn)是加工質(zhì)量安穩(wěn)，出產(chǎn)效率較高。

當(dāng)齒坯孔有臺(tái)階或端面有槽時(shí)，能夠充分利用轉(zhuǎn)塔車(chē)床上的多刀來(lái)進(jìn)行多工位加工，在轉(zhuǎn)塔車(chē)床上一次完成齒坯的加工。

7輪齒加工辦法

齒輪齒圈的齒形加工是整個(gè)齒輪加工的中心。齒輪加工有許多工序，這些都是為齒形加工服務(wù)的，其意圖在于終究獲得符合精度要求的齒輪。

按照加工原理，齒形可分為成形法和展成法。成形法是用與被切齒輪齒槽形狀相符的成形刀具切出齒面的辦法，如銑齒、拉齒和成型磨齒等。

展成法是齒輪刀具與工件按齒輪副的嚙合關(guān)系作展成運(yùn)動(dòng)切出齒面的辦法，如滾齒、插齒、剃齒、磨齒和珩齒等。

齒形加工計(jì)劃的挑選，首要取決于齒輪的精度等級(jí)、結(jié)構(gòu)形狀、出產(chǎn)類(lèi)型及出產(chǎn)條件，關(guān)于不同的精度等級(jí)的齒輪，常用的齒形加工計(jì)劃如下：

（1）8級(jí)精度以下齒輪

調(diào)質(zhì)齒輪用滾齒或插齒就能滿(mǎn)足要求。關(guān)于淬硬齒輪可選用：滾（插）齒—齒端加工—淬火—校對(duì)孔的加工計(jì)劃。但淬火前齒形加工精度應(yīng)進(jìn)步一級(jí)。

（2）6-7級(jí)精度齒輪

關(guān)于淬硬齒輪可選用：粗滾齒—精滾齒—齒端加工—精剃齒—外表淬火—校對(duì)基準(zhǔn)—珩齒。

（3）5級(jí)精度以上齒輪

一般選用：粗滾齒—精滾齒—齒端加工—淬火—校對(duì)基準(zhǔn)—粗磨齒—精磨齒。磨齒是現(xiàn)在齒形加工中精度蕞高，外表粗糙度值蕞小的加工辦法，蕞可達(dá)3-4級(jí)。

銑齒

齒輪精度等級(jí)：9級(jí)以下

齒面粗糙度Ra：6.3~3.2μm

適用范圍：?jiǎn)渭夼涑霎a(chǎn)中，加工低精度的外圓柱齒輪、齒條、錐齒輪、蝸輪

拉齒

齒輪精度等級(jí)：7級(jí)

齒面粗糙度Ra：1.6~0.4μm

適用范圍：大批量出產(chǎn)7級(jí)內(nèi)齒輪，外齒輪拉刀制作復(fù)雜，故少用

滾齒

齒輪精度等級(jí)：8~7級(jí)

齒面粗糙度Ra：3.2~1.6μm

適用范圍：各種批量出產(chǎn)中，加工中等質(zhì)量外圓柱齒輪及蝸輪

插齒

齒面粗糙度Ra：1.6μm

適用范圍：各種批量出產(chǎn)中，加工中等質(zhì)量的內(nèi)、外圓柱齒輪、多聯(lián)齒輪及小型齒條

5.

滾（或插）齒—淬火—珩齒

齒面粗糙度Ra：0.8~0.4μm

適用范圍：用于齒面淬火的齒輪

刀具鈍化

什么是刀具鈍化通過(guò)對(duì)刀具進(jìn)行去毛刺,平坦,拋光的處理、從而進(jìn)步刀具質(zhì)量和延伸使用壽命。刀具在精磨之后，涂層之前的一道工序，其稱(chēng)號(hào)現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外尚不統(tǒng)一，有稱(chēng)“刃口鈍化”、“刃口強(qiáng)化”、“刃口珩磨”、“刃口預(yù)備”等。為什么要進(jìn)行刀具鈍化經(jīng)一般砂輪或金剛石砂輪刃磨后的刀具刃口，存在程度不同的微觀(guān)缺口(即細(xì)小崩刃與鋸口)。在切削進(jìn)程中刀具刃口微觀(guān)缺口極易擴(kuò)展，加速刀具磨損和損壞。現(xiàn)代高速切削加工和自動(dòng)化機(jī)床對(duì)刀具功能和穩(wěn)定性提出了更高的要求，特別是涂層刀具在涂層前必須通過(guò)刀口的鈍化處理，才能保證涂層的結(jié)實(shí)性和使用壽命。刀具鈍化的意圖刃口鈍化技術(shù)，其意圖就是處理刃磨后的刀具刃口微觀(guān)缺口的缺陷，使其鋒值削減或消除，到達(dá)油滑平坦，既鋒利鞏固又經(jīng)用的意圖。刀具鈍化的主要效果為：刃口的圓化：去除刃口毛刺、到達(dá)經(jīng)確一致的倒圓加工。刃口毛刺導(dǎo)致刀具磨損，加工工件的外表也會(huì)變得粗糙，經(jīng)鈍化處理后，刃口變得很潤(rùn)滑，極大削減崩刃，工件外表光潔度也會(huì)進(jìn)步。對(duì)刀具凹槽均勻的拋光，進(jìn)步外表質(zhì)量和排削功能。槽外表越平坦?jié)櫥判季驮胶?，就可完成更高速度的切削。一起外表質(zhì)量進(jìn)步后,也減小了刀具與加工資料咬死的危險(xiǎn)性。并可削減40%的切削力，切削更流暢。涂層的拋光去除刀具涂層后產(chǎn)生的突出小滴，進(jìn)步外表光潔度、添加潤(rùn)滑油的吸附。涂層后的刀具外表會(huì)產(chǎn)生一些細(xì)小的突出小滴，進(jìn)步了外表粗糙度，使得刀具在切削進(jìn)程簡(jiǎn)單產(chǎn)生較大的摩擦熱，下降切削速度。通過(guò)鈍化拋光后，小滴被去除，一起留下了許多小孔，在加工時(shí)可以吸附更多的切削液，使得切削時(shí)產(chǎn)生的熱量大大削減，可以極大得進(jìn)步切削加工的速度。

刀具經(jīng)過(guò)砂輪刃磨后，刃口會(huì)存在不同程度的微觀(guān)缺陷，在切削過(guò)程中，刀具刃口微觀(guān)缺口極易擴(kuò)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(guān)缺陷，以達(dá)到圓滑平整，提高刀具抗沖擊性能，使刀具刃口鋒利堅(jiān)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(xué)鈍化和磨料水射流鈍化等。

噴砂是以壓縮空氣為動(dòng)力，以形成高速?lài)娚涫鴮娏细咚賴(lài)娚涞叫枰幚淼墓ぜ砻?，?shí)現(xiàn)對(duì)工件表面的加工。由于磨料對(duì)工件表面的沖擊和切削作用，工件的表面性能和形狀會(huì)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(chǔ)，采用微米級(jí)尺寸的磨料顆粒來(lái)進(jìn)行待加工表面處理的技術(shù)，廣泛應(yīng)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(jī)理，包括裂紋擴(kuò)展導(dǎo)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(lǐng)域主要應(yīng)用在表面處理方面，如涂層刀具。通過(guò)對(duì)刀具基體表面進(jìn)行相應(yīng)的微噴砂處理，來(lái)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(duì)刀具的涂層表面進(jìn)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(lǐng)域沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用，理論研究還不充分。

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

1試驗(yàn)步驟

試驗(yàn)以噴砂壓力P、磨料比重W和噴砂時(shí)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(gè)因素設(shè)4個(gè)水平，進(jìn)行64組全因素刃口鈍化試驗(yàn)，因素水平見(jiàn)表1。

表1  微噴砂全因素試驗(yàn)因素水平

采用濕式手動(dòng)噴砂機(jī)，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(biāo)準(zhǔn)為SNMN120404，相應(yīng)的材料性能見(jiàn)表2。通過(guò)激光共聚焦顯微鏡(LSM，Keyence VK-X200K)對(duì)微噴砂處理后的刀片刃口進(jìn)行觀(guān)測(cè)，試驗(yàn)觀(guān)測(cè)指標(biāo)為刀片刃口半徑r和刃口線(xiàn)粗糙度Ra，終結(jié)果為三次測(cè)量后的平均值。同時(shí)對(duì)其刃口形貌進(jìn)行掃描電子顯微鏡鏡(SEM)觀(guān)察，分析刃口材料去除機(jī)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(xué)性能

2試驗(yàn)結(jié)果與分析

(1)微噴砂工藝參數(shù)對(duì)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(shì)。圖2a、圖2b、圖2c和圖2d分別是在噴砂時(shí)間為20s、30s、40s和50s時(shí)刃口半徑隨噴砂壓力的變化圖。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在相同的噴砂壓力和磨料比重下，隨噴砂時(shí)間的增加，刀具刃口半徑增大，這實(shí)質(zhì)上是材料去除隨著時(shí)間累積的結(jié)果。在相同的噴砂時(shí)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?yàn)殡S著噴砂壓強(qiáng)的增加，磨料流的出口速度增加，單顆粒磨料速度也相應(yīng)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(shí)磨料流速度的增加，使單位時(shí)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(dāng)于既增加磨料比重又增加噴砂時(shí)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(duì)刀具刃口半徑的影響可知，在噴砂壓力為0.2MPa和0.25MPa時(shí)，隨著磨料比重的增加，刀具的刃口半徑先增大而后減??；而在噴砂壓力為0.3MPa和0.35MPa時(shí)，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(shì)。同理，根據(jù)單顆粒磨料沖蝕模型分析可知，當(dāng)噴砂壓力較小時(shí)，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(shí)間內(nèi)磨料顆粒對(duì)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(dāng)磨料比重過(guò)大時(shí)，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(shí)間內(nèi)磨料對(duì)刀具刃口的沖擊次數(shù)減少，進(jìn)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(dāng)噴砂壓力較大時(shí)，隨著磨料比重的增加，在單位時(shí)間內(nèi)增加的磨料對(duì)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(lái)說(shuō)，單位時(shí)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(shì)

(2)微噴砂處理對(duì)刃口線(xiàn)粗糙度的影響

圖3是硬質(zhì)合金刀片YT15經(jīng)過(guò)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(shí)間T=30s。通過(guò)測(cè)量得到切削刃的相關(guān)參數(shù)見(jiàn)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(lái)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(xiàn)粗糙度Ra由原來(lái)的0.79μm下降到0.5μm，Ry則由原來(lái)的6μm下降到3μm。這是由于微噴砂處理消除了刀具刃磨時(shí)產(chǎn)生的微觀(guān)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(duì)比(μm)

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

圖4  硬質(zhì)合金刀具YT15刃口線(xiàn)粗糙度分布

(3)微噴砂刃口材料去除機(jī)理研究

刀片的微噴砂過(guò)程實(shí)質(zhì)上是高速磨料射流沖擊材料表面，實(shí)現(xiàn)材料的去除。其材料去除機(jī)理主要?dú)w結(jié)為磨料顆粒對(duì)材料的去除方式。對(duì)于脆性材料，其去除機(jī)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(shí)間T=20s和磨料比重W=0.1時(shí)的刃口形貌?？梢钥闯?，經(jīng)過(guò)微噴砂處理后，刀具出現(xiàn)了圓弧刃口，對(duì)其圓弧刃口的區(qū)域A進(jìn)行放大，可以觀(guān)察刃口材料去除形成的微觀(guān)形貌。通過(guò)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(kuò)展造成的脆性斷裂，這是由于棱角尖銳的磨料顆粒對(duì)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(jìn)而造成側(cè)向裂紋的擴(kuò)張形成網(wǎng)狀裂紋，達(dá)到材料的去除。對(duì)于C區(qū)域的觀(guān)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(duì)工件材料的微切削作用導(dǎo)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(duì)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(lái)。因此微噴砂處理硬質(zhì)合金刀具YT15的材料去除機(jī)理，包括由磨料沖擊和水楔作用引起裂紋擴(kuò)展而導(dǎo)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(duì)硬質(zhì)合金刀具YT15刃口進(jìn)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(shí)間和噴砂壓力的增加而增大。對(duì)于磨料比重而言，在噴砂壓力為0.2MPa和0.25MPa時(shí)，隨著磨料比重的增加，刀具刃口半徑先增大而后減?。辉趪娚皦毫?.3MPa和0.35MPa時(shí)，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(shì)。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(guān)缺陷，降低刃口線(xiàn)粗糙度，在結(jié)構(gòu)上對(duì)刀具刃口進(jìn)行鈍化。硬質(zhì)合金刀具YT15刃口材料的去除機(jī)理，包含由裂紋擴(kuò)展而導(dǎo)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。