刀具經過砂輪刃磨后，刃口會存在不同程度的微觀缺陷，在切削過程中，刀具刃口微觀缺口較易擴展，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刃口鈍化和特種刃口鈍化。傳統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生改變。而微噴砂技術是以傳統噴砂技術為基礎，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合金刀片YT15進行刃口鈍化，研究微噴砂工藝參數對刃口半徑的影響以及微噴砂處理對刃口質量的影響，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，較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 ?硬質合金刀具YT15微噴砂加工示意圖

表2 ?硬質合金刀具YT15物理力學性能

2試驗結果與分析

(1)微噴砂工藝參數對刃口半徑的影響

圖2為硬質合金刀具YT15刃口半徑隨微噴砂各工藝參數的變化趨勢。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。對比發現，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。

硬質合金可看作是硬脆材料，根據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，使單位時間內有效沖擊刀具刃口的磨料顆粒數量增加，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小；而在噴砂壓力為0.3MPa和0.35MPa時，隨著磨料比重的增加，刀具的刃口半徑呈現一直增大的趨勢。同理，根據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，但是單位體積內磨料顆粒的數量增加，造成單位時間內磨料顆粒對刀具刃口的沖擊次數增加，所以刃口材料的去除量變大。當磨料比重過大時，根據能量守恒可知，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，也使單位時間內磨料對刀具刃口的沖擊次數減少，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，在單位時間內增加的磨料對刀具刃口的沖擊次數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是硬質合金刀片YT15經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：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

可以發現，硬質合金刀片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生的微觀缺陷，改善了刃口質量。

表3 ?未處理刀片與微噴砂刃口鈍化刀片刃口參數對比(μm)

圖4是微噴砂全因素試驗時硬質合金刀片YT15的刃口線粗糙度的分布情況。可以得出，硬質合金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上是高速磨料射流沖擊材料表面，實現材料的去除。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是硬質合金刀具YT15在噴砂壓力P=0.25MPa、磨料目數M=320、噴砂時間T=20s和磨料比重W=0.1時的刃口形貌。可以看出，經過微噴砂處理后，刀具出現了圓弧刃口，對其圓弧刃口的區域A進行放大，可以觀察刃口材料去除形成的微觀形貌。通過區域B可以看出，其硬質合金中硬質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相的沖擊作用，使之產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狀裂紋，達到材料的去除。對于C區域的觀察，也可以發現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相去除，使得硬質相成分顯露出來。因此微噴砂處理硬質合金刀具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，刀具刃口半徑呈現一直增大的趨勢。微噴砂處理可有效改善硬質合金刀具YT15的刃口質量，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相材料的脆性去除和微切削作用引起的材料塑性去除。

刀具的長度補償和半徑補償

數控加工中，刀具實踐地點的方位往往和編程時刀具理論上應在的方位不同，這是咱們需求從頭依據刀具方位來修正程序，然而正如咱們知道的，修正程序是一件多么繁雜而易錯的環節，非標刀片車刀片，因而，刀具補償的概念就應運而生。所謂刀具補償就是用來補償刀具實踐安裝方位與理論編程方位之差的一種功用。運用刀具補償功用后，改動刀具，只需求改動刀具方位補償值即可，而不用修正數控程序。

刀具補償中咱們經常用的有長度補償和半徑補償，一般初入數控職業的人很難嫻熟的運用這兩種補償，下面咱們就這兩種補償辦法詳細講解一下。

一、刀具長度補償

1、刀具長度補償的概念

首先咱們應了解一下什么是刀具長度。刀具長度是一個很重要的概念。咱們在對一個零件編程的時分，首先要質定零件的編程中心，然后才能樹立工件編程坐標系，而此坐標系僅僅一個工件坐標系，零點一般在工件上。長度補償僅僅和Z坐標有關，它不象X、Y平面內的編程零點，因為刀具是由主軸錐孔定位而不改動，關于Z坐標的零點就不一樣了。每一把刀的長度都是不同的，例如，咱們要鉆一個深為50mm的孔，然后攻絲深為45mm，分別用一把長為250mm的鉆頭和一把長為350mm的絲錐。先用鉆頭鉆孔深50mm，此刻機床現已設定工件零點，當換上絲錐攻絲時，假設兩把刀都從設定零點開端加工，絲錐因為比鉆頭長而攻絲過長，損壞刀具和工件。此刻假設設定刀具補償，把絲錐和鉆頭的長度進行補償，此刻機床零點設定之后，即使絲錐和鉆頭長度不同，因補償的存在，在調用絲錐工作時，零點Z坐標現已主動向Z+（或Z）補償了絲錐的長度，**了加工零點的正確。

2、刀具長度補償指令

通過履行含有G43（G44）和H指令來實現刀具長度補償，一起咱們給出一個Z坐標值，這樣刀具在補償之后移動到離工件表面距離為Z的地方。別的一個指令G49是撤銷G43（G44）指令的，其實咱們不用運用這個指令，因為每把刀具都有自己的長度補償，當換刀時，運用G43（G44）H指令賦予了自己的刀長補償而主動撤銷了**把刀具的長度補償。

G43表明存儲器中補償量與程序指令的結尾坐標值相加，G44表明相減，撤銷刀具長度偏置可用G49指令或H00指令。程序段N80 G43 Z56 H05與中，假設05存儲器中值為16，則表明結尾坐標值為72mm。

3、刀具長度補償的兩種辦法

（1）用刀具的實踐長度作為刀長的補償（**運用這種辦法）。運用刀長作為補償就是運用對刀儀丈量刀具的長度，然后把這個數值輸入到刀具長度補償寄存器中，作為刀長補償。

運用刀具長度作為刀長補償，能夠避免在不同的工件加工中不斷地修正刀長偏置。這樣一把刀具用在不同的工件上也不用修正刀長偏置。在這種情況下，能夠依照一定的刀具編號規矩，非標刀片廠家，給每一把刀具作檔案，用一個小標牌寫上每把刀具的相關參數，非標圓刀片，包含刀具的長度、半徑等材料。這關于那些專門設有刀具管理部門的公司來說，就用不著和操作工面對面地通知刀具的參數了，一起即使因刀庫容量原因把刀具取下來等下次從頭裝上時，只需依據標牌上的刀長數值作為刀具長度補償而不需再進行丈量。

運用刀具長度作為刀長補償還能夠讓機床一邊進行加工運轉，一邊在對刀儀上進行其他刀具的長度丈量，而不用因為在機床上對刀而占用機床運轉時刻，這樣可充分發揮加工中心的效率。這樣主軸移動到編程Z坐標點時，就是主軸坐標加上（或減去）刀具長度補償后的Z坐標數值。

（2）運用刀尖在Z方向上與編程零點的距離值（有正負之分）作為補償值。這種辦法適用于機床只要一個人操作而沒有足夠的時刻來運用對刀儀丈量刀具的長度時運用。這樣做當用一把刀加工別的的工件時就要從頭進行刀長補償的設置。運用這種辦法進行刀長補償時，補償值就是主軸從機床Z坐標零點移動到工件編程零點時的刀尖移動距離，因而此補償值總是負值而且很大。

二、 刀具半徑補償

1、刀具半徑補償概念

在概括加工時，刀具中心運動軌道（刀具中心或金屬絲中心的運動軌道）與被加工零件的實踐概括要偏移一定距離，這種偏移稱為刀具半徑補償，又稱刀具中心偏移。

因為數控系統控制的是刀具中心軌道，因而數控系統要依據輸入的零件概括尺度及刀具半徑補償值核算出刀心軌道。依據刀具補償指令，數控加工機床可主動進行刀具半徑補償。特別是在手藝編程時，刀具半徑補償尤為重要。手藝編程時，運用刀具半徑補償指令，就能夠依據零件的概括值編程，不需核算刀心軌道編程，這樣就大大減少了核算量和出錯率。盡管運用CAD/CAM主動編程，手藝核算量小，生成程序的速度快，但當刀具有少量磨損或加工概括尺度與規劃尺度稍有偏差時或者在粗銑、半精銑和精銑的各工步加工余量變化時，仍需作恰當調整，而運用了刀具半徑補償后，不需修正刀具尺度或建模尺度而從頭生成程序，只需求在數控機床上對刀具補償參數做恰當修正即可。既簡化了編程核算，又添加了程序的可讀性。

刀具半徑補償有B功用（Basic）和C功用（Complete）兩種補償方式。因為B功用刀具半徑補償只依據本段程序進行刀補核算，不能解決程序段之間的過渡問題，要求將工件概括處理成圓角過渡，因而工件尖角處工藝性不好。而且編程人員必須事前估量出刀補后或許呈現的間斷點和交叉點，并進行人為處理，明顯添加編程的難度；而C功用刀具半徑補償能主動處理兩程序段刀具中心軌道的轉接，可徹底依照工件概括來編程，因而現代CNC數控機床幾乎都采用C功用刀具半徑補償。這時要求樹立刀具半徑補償程序段的后續至少兩個程序段必須有值定補償平面的位移指令（G00、G01，G02、G03等），否則無法樹立正確的刀具補償。

2、刀具半徑補償指令

依據ISO規則，當刀具中心軌道在程序規則的前進方向的右邊時稱為右刀補，用G42表明；反之稱為左刀補，用G41表明。

G41是刀具左補償指令（左刀補），即順著刀具前進方向看(假定工件不動)，刀具中心 軌道位于工件概括的左面，稱左刀補。

G42是刀具右補償指令（右刀補），即順著刀具前進方向看(假定工件不動)，南通非標刀片，刀具中心軌道位于工件概括的右邊，稱右刀補。

硬質合金刀具跟著數控機床和加工中心等高效設備運用日漸遍及，在航空航天、汽車、高速列車、風電、電子、能源、模具等裝備制造業的**開展推進下，切削加工已邁入了一個以高速、高效和環保為標志的高速加工開展的新時期—現代切削技能階段。

高速切削、干切削和硬切削作為當前切削技能的重要開展趨向，其重要地位和人物日益凸顯。對這些**切削技能的運用，不僅令加工功率成倍進步，亦著實推進了產品開發和工藝立異的進程。例如，精細模具硬質資料的型腔，選用高轉速、小進給量和小吃深加工，既可取得很高的表面質量，又能夠省卻磨削、EDM和手藝拋光或削減相應工序的時間，然后縮短生產工藝流程，進步生產率。

曩昔一些企業制造復雜模具時，基本上都需要3~4個月才能交付運用，而現在選用高速切削加工後，半個月便可完成。據調查，一般的工模具，有60%的機加工量可用高速加工工藝來完成。

高速加工時，不光要求硬質合金刀具可靠性高、切削性能好、能穩定地斷屑和卷屑、還要能達成高精度，并能完成快換或自動替換等。因此，對硬質合金刀具材資料、刀具結構、以及刀具的裝夾都提出了更高要求。

對硬質合金刀具資料的要求：

高速加工對硬質合金刀具較**的要求是，既要有高的硬度和高溫硬度，又要有足夠的斷裂耐性。為此，須選用細晶粒硬質合金、涂層硬質合金、陶瓷、聚晶金剛石(PCD)和聚晶立方氮化硼(PCBN)等刀具資料—它們各有特點，適應的工件資料和切削速度范圍也都不同。例如，高速加工鋁、鎂、銅等有色金屬件，首要選用PCD和CVD金剛石膜涂層刀具。高速加工鑄件、淬硬鋼(50~67HRC)和冷硬鑄鐵首要用淘瓷刀具和PCBN刀具。

1.硬質合金刀具材已邁入細晶粒**細晶粒階段

涂層硬質合金刀具(如TiN、TiC、TiCN、TiAlN等)雖其加工工件資料范圍廣，但抗癢化溫度一般不高，所以通常只宜在400-500m/min的切削速度范圍內加工鋼鐵件。對於Inconel718高溫鎳基合金可運用陶瓷和PCBN刀具。據報道，加拿大學者用SiC晶須增韌陶瓷銑削Inconel718合金，**蕞佳的切削條件為：切削速度700m/min，吃深為1-2mm，每齒進給量為0.1-0.18mm/z。

目前，硬質合金已進入細晶粒(1-0.5μm)和**細晶粒(<0.5μm)的開展階段，曩昔細晶粒多用於K類(WC+Co)硬質合金，近幾年來P類(WC+TiC+Co)和M類(WC+TiC+TaC或NbC+Co)硬質合金也向晶粒細化方向開展。

以往，為進步硬質合金的耐性，通常是添加鈷(Co)的含量，由此帶來的硬度下降如今可以經過細化晶粒得到補償，并使硬質合金的抗彎強度進步到4.3GPa，已達到并追趕普通高速鋼(HSS)的抗彎強度，改變了人們普遍認為P類硬質合金適於切鋼、而K類硬質合金只適於加工鑄鐵和鋁等有色金屬的選材格式。

選用WC基的**細晶粒K類硬質合金，相同可加工各種鋼料。細晶粒硬質合金的另一個優點是硬質合金刀具刃口尖利，特別適於高速切削粘而韌的工件資料。以日本可能越公司開發的AQUA麻花鉆為例，其用細晶粒硬質合金制造，并涂覆耐熱、耐沖突的潤滑涂層，在高速濕式加工結構鋼和合金鋼(SCM)時，切削速度200m/min，進給速度1600mm/min，加工功率進步了2.5倍，刀具壽數進步2倍；干式鉆孔時，切削速度150m/min，進給速度1200mm/min。

2.涂層提升到開發厚膜、復合和多元涂層的新階段

現如今，涂層已進入到開發厚膜、復合和多元涂層的新階段，新開發的TiCN、TiAlN多元**薄、**多層涂層(有的**薄膜涂層數可多達2000層，每層厚約1nm)與TiC、TiN、Al2O3等涂層的復合，加上新式抗塑性變形的基體，在改進涂層的耐性、涂層與基體的結合強度、進步涂層的耐磨性方面有了重大進展，全面進步了硬質合金刀具材的性能。

硬質合金材涂層刀具已成為現代切削硬質合金刀具的標志，在刀具中的運用份額達到60%。涂層硬質合金刀具的產品現已出現品牌化、多樣化和通用化的趨向。例如，德國施耐爾(Schnell)公司用納米技能推出的一種**長壽數LL涂層立銑刀，用其加工零件硬度追趕70HRC淬硬模具鋼材時，硬質合金刀具材壽數可延長2-3倍。

特別值得強調的是，近幾年開展起來的在硬質合金表面涂覆金剛石的技能，使硬質合金刀具不僅在黑色金屬范疇，并且在有色金屬范疇中的切削功率取得了全面進步。由此可知，硬質合金今後仍將是制造高速加工刀具的首要基體資料。

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