在工件過(guò)渡區(qū)（即淬硬表層與經(jīng)部分淬硬的工件本體的過(guò)渡區(qū)域）的加工中,由于被加工結(jié)構(gòu)具有不同的特性终佛，因此刀具切削刃必須滿(mǎn)足復(fù)雜的惋探、有時(shí)是相互矛盾的性能需求捎鹤。例如，在切削變形程度不大的淬硬工件材料時(shí)盐传，為了達(dá)到適當(dāng)?shù)那邢魅蟹€(wěn)定性趾双，對(duì)刃口進(jìn)行鈍化處理被證實(shí)是有益的。另一方面旋乙，由于未淬硬材料在切削時(shí)具有較大的彈塑性變形端伪，需要采用鋒利的切削刃加工。因此装蓬，需要的刀具切削刃形貌應(yīng)能低成本著拭、高質(zhì)量地加工具有軟、硬兩個(gè)不同部分的工件牍帚。迄今為止儡遮，關(guān)于在加工具有表面淬硬層和局部淬硬的工件時(shí)，刀具切削刃的微觀幾何形貌暗赶、制備方法鄙币、技術(shù)參數(shù)與加工結(jié)果之間的關(guān)系的相關(guān)知識(shí)一直比較欠缺。本文專(zhuān)門(mén)針對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行了深入研究蹂随。

　　由于經(jīng)濟(jì)上或功能十嘿、技術(shù)上的原因因惭，越來(lái)越多的工件采用了局部淬硬的處理方式。例如绩衷，在汽車(chē)蹦魔、航空航天工業(yè)或機(jī)器制造業(yè)中，一些特殊的加工應(yīng)用意味著必須對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行深入研究咳燕，以便在加工工件的表面層與局部淬硬材料的過(guò)渡區(qū)時(shí)唐故，通過(guò)構(gòu)建有效的加工系統(tǒng)和選擇適當(dāng)?shù)募庸?shù)，獲得可重復(fù)的最佳加工效果征拆。其結(jié)果是（尤其在考慮刀具切削刃的微觀幾何形貌時(shí)）父系，專(zhuān)用刀具及其附屬技術(shù)的有效性（包括切削刃的制備和刀具的刀片技術(shù)）正變得極其重要。本文介紹了在建立切削刃微觀幾何形貌虫棕、加工條件與加工結(jié)果之間的關(guān)系上所做的工作椒蜜，以及獲得的主要成果。作為項(xiàng)目的目標(biāo)參數(shù)鲜伶，產(chǎn)品質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)同樣重要裹侍。

　　切削刃的制備

　　切削刃的制備方法包括毛刷技術(shù)、在磁場(chǎng)中進(jìn)行表面精加工惨侍，以及在專(zhuān)用噴砂機(jī)中進(jìn)行噴砂處理等。

　　本文的研究對(duì)象是方形刀片（S型幾何形狀）和切槽刀片嫩誉。研究的刀具材料為兩種聚晶立方氮化硼（CBN或PCBN）牌號(hào)和一種陶瓷牌號(hào)箱充。在最先進(jìn)行的試驗(yàn)中，首先確定了修改刀片幾何參數(shù)和刀具材料的技術(shù)范疇尚憔，然后镰吆，根據(jù)確定為合適的參數(shù)組合來(lái)制備刀片的切削刃，繼而通過(guò)切削試驗(yàn)對(duì)這些刀片的加工效果進(jìn)行研究跑慕。其后万皿，采用具有相應(yīng)參數(shù)組合（它們確定了加工工藝）的每一種刃口制備方法，得到至少兩種不同的切削刃條件核行。將用這種制備方法獲得的切削刃的半徑和表面粗糙度與初始條件（磨后刀片）以及市場(chǎng)上銷(xiāo)售的切削刀片進(jìn)行了比較牢硅，從比較結(jié)果可知，采用不同的制備方法和加工條件芝雪，獲得的切削刃微觀幾何形貌也不相同减余。根據(jù)加工原理，用毛刷制備的切削刃其刃口半徑大小取決于制備時(shí)間惩系，隨著毛刷制備時(shí)間的增加位岔，刃口半徑增大的速度遞減，且刃口粗糙度也逐步減小堡牡，而且似乎會(huì)達(dá)到一個(gè)極限值抒抬。另一方面杨刨，在磁場(chǎng)中對(duì)CBN刀片刃口進(jìn)行表面精加工時(shí)，刀具刃口半徑的增大與加工時(shí)間無(wú)關(guān)擦剑。這就意味著吊冬，增加精化時(shí)間并不會(huì)導(dǎo)致切削刃半徑的進(jìn)一步增大。然而名娶，對(duì)于陶瓷刀片則不然游禽，隨著制備時(shí)間的增加，陶瓷刀片的切削刃半徑將會(huì)增大健娄。無(wú)論對(duì)于何種材料的刀具植坝，在磁場(chǎng)中制備的切削刃刃口粗糙度的減小都要比經(jīng)過(guò)毛刷制備的刃口小得多。采用兩種不同技術(shù)進(jìn)行噴砂處理的刃口有著相似的刃口半徑和表面粗糙度翁焦，在所采用的條件下郑煌，其刃口粗糙度與處理前相比沒(méi)有減小。正如預(yù)期的那樣茎倘，采用不同材料的切削刀具表現(xiàn)出了不同程度的耐磨性钾趁。

　　為了證實(shí)用不同方法制備的切削刃的性能與市場(chǎng)上供應(yīng)的刀片的對(duì)比結(jié)果，也為了確立制備方法和切削刃微觀形貌對(duì)制備結(jié)果的影響關(guān)系租江，我們對(duì)不同結(jié)構(gòu)的工件過(guò)渡區(qū)進(jìn)行了廣泛的切削試驗(yàn)研究斑泳。

　　切削試驗(yàn)與結(jié)果

　　首先對(duì)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的試件進(jìn)行了切削試驗(yàn)，試件與實(shí)際工件相仿并用于縱向車(chē)削（在縱軸方向有從硬→軟/軟→硬献丑、突變和漸變的過(guò)渡區(qū)域末捣，進(jìn)行硬表面層的沉切）和切槽試驗(yàn)（在切槽方向上有過(guò)渡區(qū)域）。所研究的材料是滾柱軸承鋼100Cr6创橄，1.3505（縱向車(chē)削硬度有突變和漸變的過(guò)渡區(qū)域）和表面淬硬鋼16MnCr5箩做，1.7131（沉切硬表面層和切槽）。

　　所有這些切削試驗(yàn)的切削速度為Vc=150m/min妥畏。在車(chē)削有突變和漸變過(guò)渡區(qū)域時(shí)以及沉切硬表面層時(shí)的進(jìn)給量為f=0.1mm邦邦。切深根據(jù)所采用方法的不同而有所變化。在車(chē)削有硬度突變和漸變的過(guò)渡區(qū)域時(shí)醉蚁，切深為ap=0.1mm燃辖。在沉切硬表面層時(shí)，切深為ap=1.5mm（表面淬硬深度CHD=0.8mm）馍管。為了研究刃口制備對(duì)切削進(jìn)給量的影響郭赐，進(jìn)行了硬表面層的切槽試驗(yàn)，進(jìn)給量分別為f1=0.03mm和f2=0.06mm确沸。對(duì)材料的切入深度為3mm（CHD=1.5mm）捌锭。

　　為了確定初始參數(shù)與加工結(jié)果之間的關(guān)系，記錄了所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)境愕，并根據(jù)刀具秋降、工件以及與加工過(guò)程有關(guān)的其他因素進(jìn)行了評(píng)估颁膊。例如，對(duì)于所有的切削試驗(yàn)别逐，在經(jīng)過(guò)確定長(zhǎng)度的切削后撒殷，對(duì)刀具的磨損情況和粗糙度進(jìn)行評(píng)估。采用選定的切削刃形狀進(jìn)行切削試驗(yàn)敢智，記錄下加工時(shí)切削力各分量的大小杏县、切屑形成過(guò)程以及切削過(guò)程中的溫度變化，并進(jìn)行分析晚号。刀具壽命指標(biāo)為磨損區(qū)寬度達(dá)到VBmax=0.3mm戳橱，或切削刃出現(xiàn)微崩刃。由于進(jìn)行了多次試驗(yàn)殃忠，獲得了很多結(jié)果了奋，本文只能針對(duì)其中一些選定部分進(jìn)行討論。

　　縱向車(chē)削：突變過(guò)渡區(qū)

　　縱向車(chē)削試驗(yàn)采用已商品化的刀片來(lái)進(jìn)行趾始，這些刀片的切削刃口經(jīng)過(guò)毛刷制備秉馏、在磁場(chǎng)中制備或噴砂處理。切削沿著硬→軟和軟→硬兩個(gè)不同方向進(jìn)行脱羡。從用不同方法制備的刀具壽命（切削長(zhǎng)度）以及市售刀具壽命的比較結(jié)果可以看出萝究，用不同方法制備的切削刃的表現(xiàn)根據(jù)刀具材料和加工方向而有所不同。與市售刀片相比锉罐，一般來(lái)說(shuō)糊肤，對(duì)切削刃進(jìn)行制備并不能延長(zhǎng)刀具壽命。無(wú)論刀具材料和加工方向如何氓鄙，在這些不同的制備方法中，切削刃在磁場(chǎng)中進(jìn)行處理的刀具其壽命增加最為明顯业舍。

　　由于淬硬材料的變形程度不大抖拦，因此工件上較硬部分的粗糙度總是小于較軟的區(qū)域。然而舷暮，盡管有時(shí)切削刃的粗糙度有很大差異态罪，但平均來(lái)看，采用不同方法制備的切削刃加工出的工件表面粗糙度是具有可比性的下面。

　　從刀具的磨損機(jī)理來(lái)看复颈，可以這樣說(shuō)：毛刷制備的切削刃的磨損形式主要為磨料磨損；而經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)處理以及那些經(jīng)過(guò)噴砂處理切削刃的刀具董翻，其壽命指標(biāo)主要取決于崩刃圾董。可以這樣認(rèn)為：刀具的磨損機(jī)理與刀具表面層的殘余應(yīng)力有關(guān)桨挂。

　　縱向車(chē)削：漸變過(guò)渡區(qū)

　　與上述方法類(lèi)似几谐，漸變過(guò)渡區(qū)的縱向車(chē)削試驗(yàn)也采用了市售切削刀片和切削刃采用不同方法和不同參數(shù)制備的刀片來(lái)進(jìn)行恳瞄。加工仍按兩個(gè)方向（硬→軟和軟→硬）進(jìn)行。從兩個(gè)不同方向加工時(shí)的刀具壽命可見(jiàn)坊欢，通過(guò)調(diào)整制備工藝參數(shù)漩践，無(wú)論選用何種制備方法，都可以提高刀具壽命甥归。在每種加工情況下肝唁，最適合的制備方法取決于切削刀具的材質(zhì)。無(wú)論從哪個(gè)方向進(jìn)行加工卑保，切削刃在磁場(chǎng)中預(yù)處理過(guò)的CBN刀具的性能改善最明顯处冰。

　　與車(chē)削突變過(guò)渡區(qū)的情況類(lèi)似，工件上較硬區(qū)域的粗糙度總是優(yōu)于在過(guò)渡區(qū)和較軟區(qū)域測(cè)得的粗糙度琳柱。無(wú)論從哪個(gè)方向及采用何種刀具加工耻陕，都可以發(fā)現(xiàn)，在工件較軟區(qū)域可獲得更好的粗糙度刨沦，這種情況有時(shí)也出現(xiàn)在過(guò)渡區(qū)域诗宣。刀具磨損機(jī)理與車(chē)削突變過(guò)渡區(qū)時(shí)具有可比性，可以觀察到相同的磨損現(xiàn)象想诅。

　　硬表面層的沉切

　　在沉切硬表面層的切削試驗(yàn)中召庞，也采用不同方法對(duì)刀具切削刃進(jìn)行了制備，并與市售刀具進(jìn)行對(duì)比来破。切削試驗(yàn)裝置和零部件尺寸見(jiàn)圖6篮灼。與車(chē)削漸變過(guò)渡區(qū)的試驗(yàn)結(jié)果類(lèi)似，在某些情況下沉切硬表面層時(shí)徘禁，通過(guò)對(duì)切削刃進(jìn)行制備诅诱，可以顯著提高刀具壽命。

　　對(duì)CBN材質(zhì)的刀具切削刃采用毛刷進(jìn)行穩(wěn)定性處理后送朱，刀具壽命有可能提高大約25%娘荡。對(duì)于陶瓷刀具，用毛刷對(duì)刃口進(jìn)行制備后驶沼，刀具壽命甚至可增加一倍以上炮沐。可以認(rèn)為：對(duì)切削刃進(jìn)行穩(wěn)定性處理對(duì)于刀具壽命具有正面作用佛缕，這或許是因?yàn)榍猩罡蟮木壒实锘铩Ｔ诓捎庙g性更好的CBN刀具材料時(shí)，如果刀具表面經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)處理陈汇，即使其切削刃半徑相對(duì)較小真译，刀具壽命也有可能提高大約80%。通常，經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)處理的陶瓷刀具切削刃在短時(shí)間內(nèi)會(huì)出現(xiàn)微崩刃己倾，可以認(rèn)為购哺，這種刀具的早期失效也與由制備工藝引起的表面應(yīng)力有關(guān)。采用經(jīng)過(guò)噴砂處理的切削刃加工時(shí)蔫迅，刀具壽命沒(méi)有獲得任何改進(jìn)人狞。由不同切削刃加工的表面粗糙度相互之間具有可比性。車(chē)削突變過(guò)渡區(qū)和漸變過(guò)渡區(qū)時(shí)具藐，刀具的磨損也幾乎相同欢礼。

　　在硬表面層上切槽

　　與前述方法一樣，通過(guò)在硬表面層的切槽試驗(yàn)庞溜，得到用不同方法制備的切削刃的性能指標(biāo)革半，并與市售刀片進(jìn)行比較。由試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)流码，在某些情況下又官，通過(guò)設(shè)置合適的制備工藝參數(shù)，切槽刀具的性能同樣可以獲得明顯改進(jìn)漫试。與縱向車(chē)削的情況不同六敬，無(wú)論是哪種刀具材料，切削刃經(jīng)噴砂處理后的刀具壽命都最長(zhǎng)驾荣，這清楚地顯示了切削過(guò)渡區(qū)的類(lèi)型對(duì)刀具性能的影響外构。與市售的切削刀片相比，噴砂處理切削刃可以提高刀具壽命播掷。進(jìn)給率僅在部分情況下會(huì)對(duì)CBN切削刃產(chǎn)生較大影響审编。而陶瓷刀片的性能卻在很大程度上取決于設(shè)定的進(jìn)給率。尤其是使用經(jīng)噴砂處理或在磁場(chǎng)中制備的切削刃時(shí)歧匈，將進(jìn)給率設(shè)定為f2=0.06mm時(shí)垒酬，刀具壽命將會(huì)提高；但將進(jìn)給量設(shè)定為f1=0.03mm時(shí)嚎猛，這些刀片在切了幾個(gè)槽后大多數(shù)就失效了勉惋。

　　關(guān)于刀具磨損的進(jìn)程，可以認(rèn)為：無(wú)論采用哪種刀具材料和切削刃制備方法肄琉，所有切削刃都是首先發(fā)生磨料磨損，然后主要在刀尖處出現(xiàn)微崩刃窟礼。當(dāng)設(shè)定的進(jìn)給量較大時(shí)洋训，磨料磨損也表現(xiàn)得更為劇烈。在試驗(yàn)中绰尖，我們多次發(fā)現(xiàn)妙散，切削刃以一種不受控制的方式發(fā)生崩刃，并與排屑或斷屑問(wèn)題有關(guān)吹磕。這就意味著诅慧，在大多數(shù)情況下紧除，不可能充分利用切削刃的加工能力。

　　對(duì)真實(shí)零件的加工情況表明班聂，對(duì)試件進(jìn)行切削試驗(yàn)獲得的結(jié)果對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐是有意義的竿靠。由于被加工的工件具有不同的過(guò)渡區(qū)構(gòu)造，因此霍衫，應(yīng)該對(duì)所有的切削刃制備方法都加以考慮候引。

　　結(jié)論

　　許多單項(xiàng)試驗(yàn)獲得的結(jié)果證實(shí)，通過(guò)采用特定方法對(duì)切削刃的微觀形貌進(jìn)行修整敦跌，即使在切削加工表面有過(guò)渡層和局部淬硬區(qū)的工件時(shí)澄干，也有可能提高切削刀具的使用性能。顯然柠傍，切削刃的加工性能不僅要受到切削刃半徑大小的影響麸俘，也要受到制備方法及設(shè)定工藝參數(shù)的影響。從試驗(yàn)結(jié)果中不可能得出選用哪種制備方法更好的一般性結(jié)論惧笛。在每種特定的條件下从媚，最適合的制備方法取決于切削刀具的材料和加工方式（即過(guò)渡區(qū)的性質(zhì)）。在縱向車(chē)削時(shí)徐紧，切削刃經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)制備和噴砂處理的刀具表現(xiàn)出非常好的使用性能静檬；而在切槽時(shí)，切削刃經(jīng)過(guò)毛刷制備的刀具則有非常不錯(cuò)的切削性能并级。因此拂檩，根據(jù)不同的加工條件，可以確定切削刃制備方法和適當(dāng)?shù)闹苽涔に噮?shù)組合迈窗，從而獲得最佳刀具壽命夭蒜。不過(guò)，研究結(jié)果也表明惑妥，切削刃制備工藝極其敏感值舌，只需經(jīng)過(guò)短距離切削，制備不當(dāng)?shù)那邢魅泻芸炀蜁?huì)失效示荠。至于刀具材料漓蜗，在加工具有表面過(guò)渡層和局部淬硬區(qū)的工件時(shí)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果节立，推薦使用CBN含量較低螃恕、具有較高韌性的CBN牌號(hào)。

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