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刀具钝化

什么是刀具钝化通过对刀具进行去毛刺，平坦，抛光的处理、从而进步刀具质量和延伸使用寿命。刀具在精磨之后，涂层之前的一道工序，其称号现在国内外尚不统一，有称“刃口钝化”、“刃口强化”、“刃口珩磨”、“刃口预备”等。为什么要进行刀具钝化经一般砂轮或金刚石砂轮刃磨后的刀具刃口，存在程度不同的微观缺口(即细小崩刃与锯口)。在切削进程中刀具刃口微观缺口极易扩展，加速刀具磨损和损坏。现代高速切削加工和自动化机床对刀具功能和稳定性提出了更高的要求，特别是涂层刀具在涂层前必须通过刀口的钝化处理，才能保证涂层的结实性和使用寿命。刀具钝化的意图刃口钝化技术，其意图就是处理刃磨后的刀具刃口微观缺口的缺陷，使其锋值削减或消除，到达油滑平坦，既锋利巩固又经用的意图。刀具钝化的主要效果为：刃口的圆化：去除刃口毛刺、到达经确一致的倒圆加工。刃口毛刺导致刀具磨损，加工工件的外表也会变得粗糙，经钝化处理后，刃口变得很润滑，极大削减崩刃，工件外表光洁度也会进步。对刀具凹槽均匀的抛光，进步外表质量和排削功能。槽外表越平坦润滑，排屑就越好，就可完成更高速度的切削。一起外表质量进步后，也减小了刀具与加工资料咬死的***性。并可削减40%的切削力，切削更流畅。涂层的抛光去除刀具涂层后产生的突出小滴，进步外表光洁度、添加润滑油的吸附。涂层后的刀具外表会产生一些细小的突出小滴，进步了外表粗糙度，使得刀具在切削进程简单产生较大的摩擦热，下降切削速度。通过钝化抛光后，小滴被去除，一起留下了许多小孔，在加工时可以吸附更多的切削液，蜗杆刀片m=4，使得切削时产生的热量大大削减，可以极大得进步切削加工的速度。

齿轮是能彼此符合的有齿的机械零件，齿轮传动可完成减速、增速、变向等功能。它在机械传动及整个机械领域中运用极其广泛。本文对齿轮类零件的加工工艺做归纳总结。

1

齿轮的功用、结构

齿轮虽然由于它们在机器中的功用不同而规划成不同的形状和尺度，但总可划分为齿圈和轮体两个部分。常见的圆柱齿轮有以下几类(下图)：盘类齿轮、套类齿轮、内齿轮、轴类齿轮、扇形齿轮、齿条。其中盘类齿轮运用广。

圆柱齿轮的结构方法

一个圆柱齿轮能够有一个或多个齿圈。普通的单齿圈齿轮工艺性好；而双联或三联齿轮的小齿圈往往会遭到台肩的影响，约束了某些加工办法的运用，一般只能选用插齿。假如齿轮精度要求高，需求剃齿或磨齿时，一般将多齿圈齿轮做成单齿圈齿轮的组合结构。

2圆柱齿轮的精度要求

齿轮本身的制作精度，对整个机器的工作性能、承载能力及运用寿命都有很大影响。根据齿轮的运用条件，对齿轮传动提出以下几方面的要求：

1.

运动精度

要求齿轮能准确地传递运动，传动比安稳，即要求齿轮在一转中，转角差错不超越一定范围。

2，

工作平稳性

要求齿轮传递运动平稳，冲击、振荡和噪声要小。这就要求约束齿轮转动时瞬时速比的改变要小，也就是要约束短周期内的转角差错。

3.

触摸精度

齿轮在传递动力时，为了不致因载荷分布不均匀使触摸应力过大，引起齿面过早磨损，这就要求齿轮工作时齿面触摸要均匀，并确保有一定的触摸面积和符合要求的触摸位置。

4.

齿侧空隙

要求齿轮传动时，非工作齿面间留有一定空隙，以储存润滑油，补偿因温度、弹性变形所引起的尺度改变和加工、安装时的一些差错。

3齿轮的资料

齿轮应按照运用的工作条件选用适宜的资料。齿轮资料的挑选对齿轮的加工性能和运用寿命都有直接的影响。

一般齿轮选用中碳钢(如45钢)和低、中碳合金钢，如20Cr、40Cr、20CrMnTi等。2要求较高的重要齿轮可选用38CrMoAlA氮化钢，非传力齿轮也能够用铸铁、夹布胶木或尼龙等资料。

4齿轮的热处理

齿轮加工中根据不同的意图，***两种热处理工序：

1.

毛坯热处理

在齿坯加工前后***预先热处理正火或调质，非标蜗杆刀片，其首要意图是消除铸造及粗加工引起的剩余应力、改善资料的可切削性和进步归纳力学性能。

2.

齿面热处理

齿形加工后，为进步齿面的硬度和耐磨性，常进行渗碳淬火、高频感应加热淬火、碳氮共渗和渗氮等热处理工序。

5齿轮毛坯

齿轮的毛坯方法首要有棒料、锻件和铸件。棒料用于小尺度、结构简单且对强度要求低的齿轮。当齿轮要求强度高、耐磨和耐冲击时，多用锻件，直径大于400～600mm的齿轮，常用铸造毛坯。

为了削减机械加工量，对大尺度、低精度齿轮，能够直接铸出轮齿；关于小尺度、形状复杂的齿轮，可用精细铸造、压力铸造、精细铸造、粉末冶金、热轧和冷挤等新工艺制作出具有轮齿的齿坯，以进步劳动出产率、节省原资料。

6齿坯的机械加工计划的挑选

关于轴齿轮和套筒齿轮的齿坯，其加工进程和一般轴、套基本相似，现首要讨论盘类齿轮齿坯的加工进程。齿坯的加工工艺计划首要取决于齿轮的轮体结构和出产类型。

1 大批很多出产的齿坯加工

大批很多加工中等尺度齿坯时，多选用“钻一拉一多刀车”的工艺计划。

(1)以毛坯外圆及端面***进行钻孔或扩孔。

(2)拉孔。

(3)以孔***在多刀半自动车床上粗精车外圆、端面、切槽及倒角等。

这种工艺计划由于选用机床能够组成流水线或自动线，所以出产。

2.

成批出产的齿坯加工

成批出产齿坯时，常选用“车一拉一车”的工艺计划

(1)以齿坯外圆或轮毅***，精车外圆、端面和内孔。

(2)以端面支承拉孔(或花键孔)。

(3)以孔***精车外圆及端面等。

这种计划可由卧式车床或转塔车床及拉床实现。它的特点是加工质量安稳，出产效率较高。

当齿坯孔有台阶或端面有槽时，能够充分利用转塔车床上的多刀来进行多工位加工，在转塔车床上一次完成齿坯的加工。

7轮齿加工办法

齿轮齿圈的齿形加工是整个齿轮加工的中心。齿轮加工有许多工序，这些都是为齿形加工服务的，其意图在于终究获得符合精度要求的齿轮。

按照加工原理，齿形可分为成形法和展成法。成形法是用与被切齿轮齿槽形状相符的成形刀具切出齿面的办法，如铣齿、拉齿和成型磨齿等。

展成法是齿轮刀具与工件按齿轮副的啮合关系作展成运动切出齿面的办法，如滚齿、插齿、剃齿、磨齿和珩齿等。

齿形加工计划的挑选，首要取决于齿轮的精度等级、结构形状、出产类型及出产条件，关于不同的精度等级的齿轮，常用的齿形加工计划如下：

（1）8级精度以下齿轮

调质齿轮用滚齿或插齿就能满足要求。关于淬硬齿轮可选用：滚（插）齿—齿端加工—淬火—校对孔的加工计划。但淬火前齿形加工精度应进步一级。

（2）6-7级精度齿轮

关于淬硬齿轮可选用：粗滚齿—精滚齿—齿端加工—精剃齿—外表淬火—校对基准—珩齿。

（3）5级精度以上齿轮

一般选用：粗滚齿—精滚齿—齿端加工—淬火—校对基准—粗磨齿—精磨齿。磨齿是现在齿形加工中精度蕞高，外表粗糙度值蕞小的加工办法，蕞可达3-4级。

1.

铣齿

齿轮精度等级：9级以下

齿面粗糙度Ra：6.3~3.2μm

适用范围：单件修配出产中，加工低精度的外圆柱齿轮、齿条、锥齿轮、蜗轮

2.

拉齿

齿轮精度等级：7级

齿面粗糙度Ra：1.6~0.4μm

适用范围：大批量出产7级内齿轮，外齿轮拉刀制作复杂，故少用

3.

滚齿

齿轮精度等级：8~7级

齿面粗糙度Ra：3.2~1.6μm

适用范围：各种批量出产中，加工中等质量外圆柱齿轮及蜗轮

4.

插齿

齿轮精度等级：8~7级

齿面粗糙度Ra：1.6μm

适用范围：各种批量出产中，加工中等质量的内、外圆柱齿轮、多联齿轮及小型齿条

5.

滚（或插）齿—淬火—珩齿

齿轮精度等级：8~7级

齿面粗糙度Ra：0.8~0.4μm

适用范围：用于齿面淬火的齿轮

PCD刀具加工有色金属是大规模工业生产的，不同的铝合金其加工效果也不尽相同。PCD刀具一般采用锋利切削刃，在刀具使用初期出现表面质量差的现象，随着刀具使用时间的增加，其加工质量越来越好，这是由于PCD刀具在切削过程中锋利刃口的逐渐钝化所致。在切削加工中，刃口钝化是影响刀具性能和寿命的重要因素。刀具经刃磨后刃口会存在毛刺和微缺口，这种微缺口会影响刀具寿命和加工工件表面质量。刃口钝化能有效去除小的毛刺和微缺口，得到光滑均匀的切削刃，从而提高工件表面质量。刃口光滑性的提高能有效预防积屑瘤的产生。钝化能够提高和改善刀具的抗拉强度和刃口韧性，增加刀具强度，从而提高刀具寿命，减小因峰刃缺陷而引起的初期不稳定磨损。刀具在涂层之前需经过钝化处理，提高刀具表面光洁度，从而使涂层牢固。

图1 刀具钝化实验装置

　　目前关于钝化的研究主要针对硬质合金，而对于PCD刀具钝化的研究较少。本文探索一种PCD刀具的钝化方法及其对铝合金加工表面粗糙度的影响。通过国产小型钝化机对PCD刀片进行钝化，并研究了钝化加工参数对钝化后刃口的影响，为选择合理的钝化加工参数提供参考。通过单因素试验探究了钝化对表面粗糙度的影响，研究分析了不同切削参数下钝化刀具对车削1060铝合金表面粗糙的影响规律。

刃口钝化试验研究

　　如图1所示，蜗杆刀片齿高，本试验钝化设备为2MQ6712D小型可转位刀片刃口钝化机，用含金刚石磨料的盘刷对PCD刀具进行钝化。采用特殊的装夹方式进行钝化，可以使钝化后的刃口成倒圆形。钝化后的刀片垂直于切削刃磨一个端面，从图中可以看出钝化后的刃口呈倒圆形（见图2）。

图2 钝化后切削刃的剖面图

　　小型可转位刀片刃口钝化机主要利用刀具与磨料刷的相对运动形成磨损，从而达到钝化的目的。磨料刷对切削刃的磨损形式主要为磨料磨损，去除过程中切削刃的加工质量和加工效率取决于尼龙丝对切削刃的碰撞作用。随着转速的提高和磨料颗粒的增大，磨料颗粒的动能增大，碰撞过程越剧烈。但过大的转速和磨料颗粒在钝化过程中会导致切削刃崩刃或者崩块，降低了切削刃的表面质量。通过试验发现，选择合适的转速和磨料颗粒在保证加工效率的同时有利于提高切削刃的钝化质量。因此本试验选用丝径4mm含800目金刚石磨料的磨料刷，转速800r/min，切削刃和磨料刷接触长度为2mm，在该条件下能够得到较好表面质量的切削刃。图2为切削刃钝化后的微观形貌，从图中可以看出选择上述钝化加工参数得到的钝化后的刃口很光滑均匀，随着钝化时间的改变可以得到不同大小的钝化半径。

　　通过图2和图3可以看出，利用国产小型可转位刀片刃口钝化机，采用特殊的装夹方式并选用合理的钝化加工参数对PCD刀片进行钝化，可以得到光滑均匀的倒圆刃。

图3 钝化后的切削刃的形貌

单因素切削试验

　　在相同的切削条件下，采用相同切削参数对比钝化与未钝化的PCD刀具车削1060铝合金材料对表面粗糙度的影响规律。为了进一步研究切削深度对钝化刀具所形成表面粗糙度的影响，选用较小切削深度参数分析切削深度对表面粗糙度的影响。

1.试验条件

　　机床参数：SK50P/750型数控车床；工件材料：1060铝合金，工件尺寸Φ70mm×250mm圆棒；刀杆型号：SDJCR2525M11；刀片参数：PCD刀片型号DCMW11T304，粒度约10μm。测量仪器：车削后工件的表面粗糙度的测量采用触针式表面粗糙度仪（时代TR200），取样长度2.5mm，取样数量5，在不同位置取5次样计算平均值。PCD刀具的主要几何参数如表1所示。

表1 PCD车刀的主要几何参数

2.试验方案

　　采用钝化和未钝化两种PCD车刀车削工件外圆，选取的刀具钝化值约为18μm。冷却方式为乳化液冷却，切削参数及测量结果如表2和表3所示，钝化和未钝化刀具均采用此组参数。

试验结果分析

1.不同切削参数下PCD刀具钝化对表面粗糙度的影响分析

表2 切削参数及实验结果

　　根据表2中所得的试验结果绘制各参数对表面粗糙度影响图，蜗杆刀片，图4为钝化和未钝化两种刀具切削速度对表面粗糙度的影响，可见，钝化刀具加工工件表面粗糙度总体低于未钝化刀具。钝化和未钝化刀具加工工件表面粗糙度都随切削速度的增大而增大，但增大幅度很小。

图4 钝化和未钝化刀具切削速度对表面粗糙度的影响

　　图5为钝化和未钝化两种刀具进给量对表面粗糙度的影响。从图中可以看出，钝化和未钝化刀具随着进给量的增加表面粗糙度呈增大趋势，且增大的幅度较大。在进给量较小时，钝化和未钝化刀具车削所形成表面粗糙度区别不大；随着进给量的增大，钝化对表面粗糙度的影响越来越明显，在进给较大时钝化刀具车削所形成表面粗糙度明显小于未钝化刀具。

图5 钝化和未钝化两种刀具进给量对表面粗糙度的影响

　　图6为钝化和未钝化两种刀具切削深度对表面粗糙度的影响。从图中可以看出，钝化刀具加工工件表面粗糙度总体低于未钝化刀具。在0.1-06mm切削深度范围内，切削深度对表面粗糙度影响不大。

图6 钝化和未钝化两种刀具切削深度对表面粗糙度的影响

　　由上述分析可知，PCD刀具车削1060铝合金时进给量对表面粗糙度的影响，速度和切削深度对表面粗糙度的影响较小。在不同切削参数下钝化后的刀具所形成表面粗糙度低于未钝化刀具，随着进给量的增大钝化对表面粗糙度的影响越来越大。这是由于钝化后的刀具在刃口处形成了一个光滑均匀的倒圆刃，消除了刃磨后的微缺口，同时由于钝化半径的存在对已加工表面起挤压修光作用，因此钝化后的刀具车削所形成的工件表面质量更高。

2.钝化刀具在小切削深度时对表面粗糙度的影响

　　通过分析可知，在所选的切削深度范围内，切削深度对表面粗糙度基本没有影响。为了进一步研究切削深度对钝化刀具车削形成的表面粗糙度的影响规律，采用小切削深度，研究钝化对车削所形成的表面粗糙度的影响。测量结果见表3。

表3 小切削深度参数对表面粗糙度的影响

　　根据表3中实验结果绘制切削深度对表面粗糙度影响规律如图7所示。从图中可以看出，在切削深度为20μm时，钝化刀具所形成表面粗糙度比同一条件下其他切削深度所形成的表面粗糙度低，未钝化刀具没有此现象。可见，当切削深度约为20μm时，钝化半径对表面粗糙度的影响比较明显。

图7 小切削深度对表面粗糙度的影响

小结

（1）采用特殊的装夹方式，在合理的加工参数下通过国产小型钝化机作钝化处理后，可以得到光滑均匀的正倒圆切削刃。

（2）PCD刀具车削1060铝合金时，进给量对表面粗糙度的影响，切削速度和切削深度对表面粗糙度的影响较小。在相同切削条件下，使用相同切削参数钝化刀具车削1060铝合金所获得的表面粗糙度低于未钝化刀具。随着进给量的增大，钝化对表面粗糙度的影响越来越大，在进给量较大时钝化刀具车削所形成表面粗糙度明显小于未钝化刀具。刀具经钝化后消除了刃口毛刺和微刃口，同时在刃口处形成一个倒圆形刃口半径。刃口半径的存在对工件已加工表面起到了挤压修光作用，提高了工件表面质量。

（3）钝化刀具在切削深度为20μm时加工获得的表面粗糙度低于其他切削深度，钝化对表面粗糙度的影响比较明显。