鈦金屬切削刀具的鈍化技術(shù)

鈦金屬具有強度高、韌性好、導(dǎo)熱率低以及特殊的抗腐蝕能力等特點。隨著鈦零部件被大量用作航空構(gòu)件材料，鈦金屬零部件的應(yīng)用也隨之增加，今后，會有更多更大的結(jié)構(gòu)部件用鈦金屬制造，這就對切削加工的工藝設(shè)計提出了要求，必須提供能適應(yīng)鈦金屬加工的高效銑削工具。

按照人們目前的認(rèn)識，在加工鈦金屬時，使用刃口鋒銳的刀具對提高切削效率是有益的。以下介紹的試驗結(jié)果顯示，盡管鈦合金有這樣的材料特性，但通過適當(dāng)改變刀具微觀幾何結(jié)構(gòu)的設(shè)計參數(shù)，同樣可以起到提高切削效率的作用。由于刀具刃口的幾何形狀不完全對稱，其鈍化程度也不均勻。為了能清楚地描述任意一個切削刃口的幾何結(jié)構(gòu)，特采用以下一些參數(shù)：前面節(jié)段Sγ，后面節(jié)段Sα，節(jié)段比例K，半徑間距△r。以往的研究表明，刃口經(jīng)鈍化處理后，對刀具的切削效率有很大影響。經(jīng)過目前進(jìn)一步研究，人們發(fā)現(xiàn)，刀具刃口經(jīng)過非對稱均勻鈍化處理，其切削加工性能優(yōu)于對稱均勻鈍化處理的刀具性能。

刃口鈍化能提高刀具耐用度。從經(jīng)過刃口鈍化處理的刀具(如一把帶4個切削刃的整體硬質(zhì)合金銑刀，直徑D=16mm，螺旋角λ=40°，前角γ=12°，徑向后角α=10°)的微觀形狀可以清楚地看到，刀具刃口經(jīng)過精密修整處理后，除刃口被鈍化外，刃溝表面也被拋光。用經(jīng)過刃口鈍化處理的刀具，按傳統(tǒng)的切削參數(shù)進(jìn)行加工時，其使用壽命可提高70%。刃口鈍化量越大，刀具的耐磨損性能越好。未經(jīng)鈍化處理的刀具在切削加工時，刃口部位會因細(xì)微破損而出現(xiàn)較大磨損，而這種現(xiàn)象在經(jīng)過刃口鈍化處理的刀具上很少發(fā)生，這是因為在切削加工中，切削刃上會產(chǎn)生很大壓力，并在經(jīng)鈍化處理的刀刃上形成一些粘結(jié)物，從而使刀刃變得更堅固而不易磨損。刀具經(jīng)過鈍化處理后，刃口的切削性能更加穩(wěn)定，這對提高鈦金屬的加工效率尤為重要。由于可有效避免刃口破損，因此，刀具磨損的分布和過程十分均勻和穩(wěn)定，切削加工的安全性和可靠性也大為提高。在刃口鈍化量最大的情況下，加大每齒進(jìn)給量的試驗數(shù)據(jù)表明：當(dāng)每齒進(jìn)給量 fz=0.06mm，即在比普通切削條件增加一倍的情況下，刀具的耐用度最高。試驗在切削量達(dá)到vw=2300cm3時中斷停止。由于減小了各個切削刃的切削行程，因此fz=0.06mm時比fz=0.03mm時的刀具耐用度大為提高。為了加工相同數(shù)量的鈦材，有必要降低刀具的轉(zhuǎn)速。而當(dāng)切削厚度大于刀具刃口后面節(jié)段Sα 時，也能改善刀具磨損狀況。但是，繼續(xù)提高刀齒進(jìn)給量，會引起機床機械負(fù)荷增大而導(dǎo)致磨損加大，使切削量下降。另外，刃口經(jīng)過鈍化處理還可降低切削過程產(chǎn)生的顫振，即使選用較高的切削參數(shù)進(jìn)行切削加工，仍可保證刀具的耐用度。

刀具刃口鈍化的方式通常有用刷子刷、噴丸、滾筒拋光等。本文介紹一種較新的刃口鈍化處理 ――磁精密修整技術(shù)。在兩磁頭之間充滿由磁性顆粒混合而成的沖刮介質(zhì)，兩磁頭以不同的速度旋轉(zhuǎn)，被處理刀具置于兩磁頭之間，在充滿刮削介質(zhì)的流體中作旋轉(zhuǎn)運動，介質(zhì)對刀具的刃口、后面、前面和刃溝進(jìn)行沖刷。這種方法也可用于處理PVD涂層刀具。若刃口鈍化處理時間恒定不變，兩磁頭的間距越小，刃口鈍化量就越大，這是因為間距減小時，刮削介質(zhì)比間距較大時能更多、更牢地吸附在刃口表面，在刀具和磁頭作旋轉(zhuǎn)運動時，較高的介質(zhì)吸附力會對刃口形成較大壓力，從而使刃口表面材料獲得更佳的刮削效果。