鈦金屬切削刀具的鈍化技術(shù)

鈦金屬具有強(qiáng)度高、韌性好、導(dǎo)熱率低以及特殊的抗腐蝕能力等特點(diǎn)。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(huì)有更多更大的結(jié)構(gòu)部件用鈦金屬制造，這就對(duì)切削加工的工藝設(shè)計(jì)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(shí)，在加工鈦金屬時(shí)，使用刃口鋒銳的刀具對(duì)提高切削效率是有益的。以下介紹的試驗(yàn)結(jié)果顯示，盡管鈦合金有這樣的材料特性，但通過(guò)適當(dāng)改變刀具微觀幾何結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(duì)稱，其鈍化程度也不均勻。為了能清楚地描述任意一個(gè)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(duì)刀具的切削效率有很大影響。經(jīng)過(guò)目前進(jìn)一步研究，人們發(fā)現(xiàn)，刀具刃口經(jīng)過(guò)非對(duì)稱均勻鈍化處理，其切削加工性能優(yōu)于對(duì)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(guò)刃口鈍化處理的刀具(如一把帶4個(gè)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(guò)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(guò)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(shí)，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(shí)，刃口部位會(huì)因細(xì)微破損而出現(xiàn)較大磨損，而這種現(xiàn)象在經(jīng)過(guò)刃口鈍化處理的刀具上很少發(fā)生，這是因?yàn)樵谇邢骷庸ぶ?，切削刃上?huì)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(jiān)固而不易磨損。刀具經(jīng)過(guò)鈍化處理后，刃口的切削性能更加穩(wěn)定，這對(duì)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(guò)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(yàn)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(yàn)在切削量達(dá)到vw=2300cm3時(shí)中斷停止。由于減小了各個(gè)切削刃的切削行程，因此fz=0.06mm時(shí)比f(wàn)z=0.03mm時(shí)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(shí)，也能改善刀具磨損狀況。但是，繼續(xù)提高刀齒進(jìn)給量，會(huì)引起機(jī)床機(jī)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(guò)鈍化處理還可降低切削過(guò)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(yùn)動(dòng)，介質(zhì)對(duì)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(shí)間恒定不變，兩磁頭的間距越小，刃口鈍化量就越大，這是因?yàn)殚g距減小時(shí)，刮削介質(zhì)比間距較大時(shí)能更多、更牢地吸附在刃口表面，在刀具和磁頭作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，較高的介質(zhì)吸附力會(huì)對(duì)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。