整體硬質合金刀具鈍化的研制與應用①

郭芬芳

（廈門金鷺特種合金有限公司，福建廈門361006）

整體硬質合金刀具鈍化的研制與應用①

郭芬芳

（廈門金鷺特種合金有限公司，福建廈門361006）

簡要介紹了一種自制整體硬質合金刀具數控立式旋轉鈍化機的基本結構和主要特點。通過鈍化試驗結果分析表明，所研制設備的鈍化效果達到進口設備的性能指標。

整體硬質合金刀具；刃口鈍化

1 引言

盡管可轉位刀片技術具有很多優勢，但整體硬質合金刀具在切削刃長度、軸向進給能力等方面仍具有明顯的優勢，另外從切削系統動平衡及刀具安全性角度考慮，高速切削技術的發展對整體式旋轉硬質合金刀具的需求量不斷增加，尤其是小直徑的旋轉刀具增加明顯。

硬質合金刀具的切削刃與刀尖一樣，具有強度低、散熱條件差的弱點，而且經過普通砂輪或金剛石砂輪刃磨后的刀具刃口，在顯微鏡下觀察會發現還存有不同程度的微觀缺陷，例如存在微小的鋸齒型缺口、磨痕和微裂紋等。在切削加工過程中，這些小缺陷隨著刀具使用時間的延長，會明顯降低切削性能，如刀具微裂紋的延伸、磨損的加劇、崩刃等現象會隨之而來。但是，如果在刀具制造工序的最后一道磨削工序完成后，緊接著再對刀具刃口進行一次鈍化處理，使刀刃成為具有細微圓弧的刃口，刃帶也將變得圓滑平整，這樣會增強刀具的性能?，F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，特別是金剛石涂層刀具在涂層前必須經過刃口的鈍化處理才能保證涂層的附著力和牢固性，降低刀刃出現崩口的機率，從而延長刀具壽命。眾多的實驗［1－2］或者仿真［3］研究結果表明，刀具刃口鈍化可有效延長刀具壽命，大幅降低刀具成本，給用戶帶來巨大的經濟效益。

為提高鈍化效率和質量，大多采用高效機械鈍化方法，如振動鈍化、介質鈍化、研磨漿鈍化、含磨料的橡膠輪鈍化、干或濕的噴砂法鈍化、翻滾鈍化和含磨料尼龍刷鈍化等［4］。目前尼龍刷鈍化法在國內外專用可轉位刀片鈍化機床上已廣為應用，鈍化效果較好。但對于整體成型刀具的鈍化，由于尼龍刷磨輪在工作時刀具刃口受力不均，鈍化質量不夠穩定［5］。針對此問題，廈門金鷺特種合金有限公司在調研和刀具生產實踐經驗的基礎上，研發出了一套數控立式旋轉鈍化機，該機將整體硬質合金刀具裝夾在鈍化機的主軸上，然后將其放到裝有磨料的容器中。刀具在數控程序控制下在容器的磨粒中作行星旋轉式運動，觀察和分析鈍化后的刃口表明，刀具的刀刃能得到均勻和有效的鈍化，鈍化效果和效率與昂貴的進口鈍化設備相當。

2 設備結構原理和主要特點

整體硬質合金鈍化機主要由主軸旋轉及聯接機構、行星旋轉盤機構、行星主軸機構、砂斗及其升降機構、控制氣缸機構以及電氣數控回路部分構成。制作中采用Solid works軟件進行三維建模、仿真和優化設計。

其中，主軸和行星軸采用PLC控制變頻器來驅動，用PLC的模擬量模塊控制變頻器調速，PLC與觸摸屏之間采用RS232的通訊方式。主軸旋轉采用變頻器（帶PG卡）＋電機＋編碼器的方式，此方式是變頻器應用領域的改進技術，僅次于伺服系統的定位方式，精度較高，方便鈍化刀具的裝卸。升降部分采用伺服驅動器＋帶剎車的伺服電機＋光柵尺的方式進行定位，具有伺服系統定位精準和光柵尺數字高精度信號反饋、加減速穩定的優點，采用全閉環的設計方法進一步提高了升降機構的安全性。

研制的鈍化設備控制參數全部開放，可通過全中文界面的觸摸屏進行設置，操作簡便，操作人員容易上手。通過觸摸屏主界面菜單，可對優化過的鈍化程序進行調用，或者通過參數設置進行調整。設備還具有自檢、報警、基本故障自診斷等功能。

3 主要性能參數

所研制的整體硬質合金刀具鈍化機樣機的主要性能參數和技術指標如下：

a）主軸轉速：10～150r／min

b）行星軸轉速：5～15r／min

c）外形尺寸：2100mm×1900mm×2720mm

d）砂斗升降速度：15～100mm／s

e）砂斗容量：170L

f）鈍化刀具范圍：柄徑3～32mm，長度60～200mm，刀具直徑1～32mm

4 鈍化試驗與結果分析

圖1 D12刀具刃口鈍化前后顯微圖Fig.1 Micrograph of D12tool edge before and after preparation

為了評價自制數控鈍化機的性能，取公司D12、D6兩種未涂層整體硬質合金刀具分別在進口鈍化機和自制鈍化機上進行對比實驗研究。具體的刀具和鈍化參數見表1。

在顯微鏡下對D12、D6兩種刀具鈍化前和鈍化后的形貌進行了觀測。從刀具刃口鈍化后的顯微照片來看，自制設備的鈍化效果與進口設備的基本相當，鈍化后的刃面和刃口均得到了較大改善，刃面鈍化均勻，基本消除了鈍化前較為明顯的磨痕，刃帶也變得光滑、刃口處出現細微的圓弧，這將有助于提高后續涂層的性能。圖1為D12刀具經自制鈍化機按照上述參數鈍化后的典型顯微照片圖。

為了對鈍化效果進行量化評價，還對鈍化前后刀具圓周刃的刃口半徑分別進行了測量。D12刀具的刃口半徑分別取垂直距離底刃1mm、10mm、20mm三個位置進行測量；D6刀具分別取垂直距離底刃1mm、5mm、10mm三個位置進行測量。D12刀具刃口半徑在鈍化前，以及在相同的鈍化參數下經進口和自制設備鈍化后的情況如圖2所示，D6刀具的如圖3所示。

從圖4和圖5的鈍化數據來看，自制設備與進口設備對整體式硬質合金刀具的鈍化效果基本一致。從圖2（b）和圖3（b）不同測量位置的刃口半徑增加值來看，鈍化機對距離底刃不同高度的鈍化效果有一定的差異，越接近底刃，鈍化效果越明顯。

表1 整體硬質合金刀具規格及鈍化參數Table 1 Specifications and preparation parameters of solid carbide cutting tools

圖2 D12刀具刃口在不同設備上的鈍化效果比較Fig.2 Comparison of D12tool edge prepared on different machine

圖3 D6刀具刃口在不同設備上的鈍化效果比較Fig.3 Comparisonof D6tool edge prepared on different machine

5 結語

在調研和刀具生產實踐經驗的基礎上，采用三維建模軟件對整體硬質合金刀具旋轉式鈍化機進行建模、仿真和優化設計，開發了帶觸摸屏人機友好界面的數控系統，各項運行參數和鈍化效果達到進口設備的性能指標，從而為刀具后續的金剛石涂層工序打下了良好的基礎。該設備的成功研制將進一步降低刀具的生產成本，為進一步縮小國產刀具與國外刀具性能的差距作出了一定貢獻。

［1］ 劉海濤，李嫚，張弘弢，等.刃口鈍化對PCBN刀具切削性能影響的研究［J］.工具技術，2011，45（4）：29－32.

［2］ 劉月萍.銑削Ti6Al4V刀具刃口鈍化研究［D］.山東大學，2010.

［3］ Yung－Chang Yen，Anurag Jain，Taylan Altan.A finite element analysis of orthogonal machining using different tool edge geometries［J］.Journal of Materials Processing Technology，2004，（146）：72－81.

［4］ 桂育鵬.刀具刃口鈍化技術的探討［J］.數控機床市場，2005，（12）：96－100.

［5］ 顧祖慰，張奇.刀具鈍化技術應用前景的展望［J］.工具技術，2009，43（8）：78－80.

Development and application of edge preparation machine for solid carbide cutting tools

GUofen－fang
（Xiamen Golden Egret Special Alloy Co.，Ltd.，Xiamen361006，Fujian，China）

The basic structure and its main characteristics of a newly developed vertical rotating machine were briefly introduced in this paper.This self－made machine was used to prepare the edges of solid carbide cutting tools，and the results of the experiment showed that its performance indexes had reached those of the imported device.

solid carbide cutting tools；edge preparation

TG58

A

1673－1433（2012）04－0035－03

2012－08－10

郭芬芳（1974－），女，工程師，長期從事硬質合金工具生產設備的研發和管理工作，Email：gou.fenfang＠cntc.com。