刀刃珩磨可以提高刀具的性能

摘要：延长刀具寿命的经济效益在航空和医疗领域尤其突出，包括要钻削和加工坚韧材料，诸如铬镍铁合金及钛等。

　　针对特定的应用场合加工“合适”的刀刃并非易事。就在前不久，人们还一直认为生成刀刃槽形不是科学，而更是一种艺术，因为切削刀具在耐磨性及硬度质量方面要求很高，因此加工出满意的槽形非常困难。

　　但是，加工适当的切削刃对刀具性能及寿命有很大的影响。正确的切削刃加工过程可以降低常见的失效原因，诸如：劈裂、热感应引起的失效以及切屑瘤等而延长刀具寿命，并且可以很大的提高刀具的可靠性。适当珩磨的刀具还可以提高加工工序的重复精度，有助于实现无人看管加工。

　　刀刃珩磨是在微观规模上进行的磨蚀过程，需要借助成套过程控制来保持紧密公差。但是，很难在切削刀具材料上控制金属去除率以及刀刃一致性。通常，珩磨过程是通过训练有素的猜测导引的，并且受制于机床的变化以及操作员的技能。

　　普通珩磨过程容易过多加工刀具的拐角，并且因为来料各不相同，很难在一把刀一把刀基础上进行控制。不仅刀刃珩磨很难控制，同时由于切削条件也随单个切削刃发生变化，因此加工切削刃的最佳尺寸会随加工工件变化而沿切削刃发生变化。

　　密执安科技大学机械工程-工程力学系的副教授，同时是位于密执安州Houghton市的加工分析技术公司的总裁William J. Enders博士认为：“用户要求刀具拐角处刀刃半径较小，因为未切的切屑厚度沿拐角半径减少。”在过去十多年的时间里，他一直在研究刀刃加工方面的问题。

　　在刀具的前刃上，未切切屑的厚度最大，刀刃需要最大的保护。但是，在刀具的后刃上，未切切屑厚度几乎下降为0， 因此珩磨量应该相应降低。对于恒定珩磨量——大小为保护前刃而制定，后刃上的珩磨量比未切切屑厚度大，因此切削刃去除材料的速度很低，并提高了摩擦、切削力、温度及磨损。

　　直到现在，加工切削刃的方法也没有如切削刀具其他方面有关的技术发展快，诸如材料基质、槽形以及涂层等。利用自己的工程微几何工艺，位于宾夕法尼亚州Cresco市的Conicity科技公司推出了在同一把刀具不同表面上加工出不同尺寸的刀刃珩磨技术。该工艺采用致密碳化硅纤维刷结合计算机数字控制而一贯并精确加工出刀刃形状，公差达0.0003英寸，比大部分传统珩磨方法的精度提高了一个数量级。

　　Conicity的执行副总裁Bill Shaffer说：“通过控制刀刃参数，工程微几何工艺可以在达到正确珩磨量时停止材料去除过程。因此，刀刃加工尺寸在切削刃上分布开，维持某特定的未切切屑厚度对刀刃加工尺寸比。”他继续说：“例如，在一把可转位刀片或刀座式刀具上，在刀具端部半径处，刀刃加工融合了刀刃加工过程中未切切屑厚度变化。随着未切切屑厚度降低，刀刃加工尺寸降低。”

　　具有变化式刀刃的刀具切削效率更高，因为其切削刃尺寸发生变化，可以防止在刀具和工件之间夹住切下来的材料。这样就可以减少刀具磨耗，从而刀具压力及切削力降低，刀具和工件温升也缩小。从而延长了刀具寿命，提高工件表面平面度，同时减少毛刺的形成。变化式刀刃几乎可以在包括钻头、立铣刀及饺刀等在内的各种形式的切削刀具上使用。

　　工程微几何工艺还可以在一把刀一把刀基础上采用相同的刀刃加工过程，这种工艺比传统的刀刃加工方法具有更好的一致性。此外，该工艺还可以在每个切削应用中实施最佳微观槽形。在某些情况下，这种做法意味着在整个切削刃上形成均匀的珩磨量;而在另外一些情况下则表示采用可变珩磨量来实现正确的刀刃加工过程。

　　适当加工刀刃一个最明显而直接的优点是提高刀具寿命。对于工程微几何工艺，刀刃加工业务一般所花费的成本为一把新的替换刀具的10%~20%，而该工艺却可以将刀具的寿命延长300%~800%。

　　延长刀具寿命非常重要，其中有多种理由，包括可以节省重磨和更换新刀的成本。例如，为了充分利用其5坐标加工中心，一家位于宾夕法尼亚州Freeport市的精密制造厂Oberg Industries公司，从高速钢刀具转向高性能硬质合金刀具，其中采用了宾夕法尼亚州Latrobe市Seim Tool公司提供的用工程微几何工艺加工的刀刃。

　　Oberg的工具房经理Bob Binner说：“通过用工程微几何工艺加工刀刃，磨刀之间的时间一般延长了300%左右，这是投资工程微几何工艺的巨大回报。替换刀具之间时间延长还意味着可以减少中断生产的次数，并降低劳动成本。”

　　Binner认为更重要的是间接的成本节省。“这种刀刃加工过程几乎消除了断刀现象，断刀现象会在自动化过程产生一系列不良后果。无人看管的机床上发生断刀会引发下游刀具破损的多米诺骨牌效应。这样的故障现象会因损坏刀具以及昂贵零件而产生巨大的损失，并且随后的问题有可能很难修复。通过采用带有用工程微几何工艺加工的刀刃的硬质合金刀具，有时候可以在不换钻头及铰刀的情况下工作几个星期。”

　　延长刀具寿命的经济效益在航空和医疗领域尤其突出，包括要钻削和加工坚韧材料，诸如铬镍铁合金及钛等。