刀具刃口鈍化可以消除微觀缺陷，提高刃口強(qiáng)度、刀具壽命及切削的穩(wěn)定性。但目前國(guó)內(nèi)對(duì)滾刀刃口鈍化的重視程度較低，制約了刀具品質(zhì)的提升。該文重點(diǎn)研究了滾刀刃口鈍化方式，鈍化介質(zhì)及時(shí)間，鈍化圓角的理論計(jì)算等。通過滾刀鈍化試驗(yàn)及鈍化滾刀的切削試驗(yàn)，證明刃口鈍化可以有效提高滾刀耐用度及壽命，為滾刀的鈍化研究提供了依據(jù)。

　　在滾刀的使用中發(fā)現(xiàn)，進(jìn)口滾刀及國(guó)產(chǎn)滾刀在加工質(zhì)量及壽命上有較大差距。經(jīng)過多次對(duì)比可知，進(jìn)口滾刀使用壽命可達(dá)到國(guó)產(chǎn)滾刀的兩倍以上，且進(jìn)口滾刀返原廠修磨后壽命約為新刀具的 90%，但相同刀具經(jīng)由國(guó)內(nèi)廠家修磨后，實(shí)際修磨精度不低于原刀具，部分精度甚至優(yōu)于原刀具，但刀具的加工質(zhì)量和壽命都明顯降低。對(duì)刀具進(jìn)行顯微觀察后發(fā)現(xiàn)，進(jìn)口刀具和國(guó)產(chǎn)刀具在刃口處理上存在明顯差別。

　　進(jìn)口滾刀刃口有明顯鈍化痕跡，且鈍化圓角大小均勻，刃口一致性好，少有微觀缺陷及磨削毛刺等，其涂層的附著力較好。在使用時(shí)，刀具切削輕快，耐磨損，刀具使用效果明顯優(yōu)于國(guó)產(chǎn)刀具。

　　國(guó)產(chǎn)滾刀大部分未經(jīng)過鈍化處理，或僅經(jīng)過手工油石打磨;修磨后的齒輪滾刀大部分也未進(jìn)行鈍化處理，甚至未經(jīng)過手工倒鈍處理。通過電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，刃口處有磨削毛刺，微裂紋等缺陷，這些缺陷不但影響涂層的附著力，也是導(dǎo)致刀具在滾切過程中磨損加劇及崩刃的根源。

　　由此可以看出，國(guó)內(nèi)對(duì)滾刀刃口鈍化重視程度普遍較低，這將嚴(yán)重制約刀具品質(zhì)的提升。為提高刀具耐用度，并從根本上降低滾齒加工成本，筆者通過理論研究開展了大量的滾刀刃口鈍化及切削試驗(yàn)，加深了對(duì)滾刀刃口鈍化的研究及認(rèn)識(shí)，提高了滾刀耐用度，從根本上降低了刀具采購(gòu)成本，為滾刀鈍化研究提供了依據(jù)。

　　一、鈍化方式確認(rèn)

　　鈍化方式調(diào)研：

　　滾刀外形尺寸跨度大，且材質(zhì)和結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣。據(jù)統(tǒng)計(jì)，齒輪滾刀的外徑范圍大約是 ?50～?400 mm，長(zhǎng)度范圍大約是 50 ～ 500 mm，刀具結(jié)構(gòu)有整體、鑲片、焊接等，刀具材質(zhì)有高速鋼、高性能高速鋼、粉末冶金高速鋼等，因此，齒輪滾刀鈍化必須選擇一種包容性強(qiáng)且性價(jià)比較高的鈍化方式。

　　查閱相關(guān)資料，與鈍化設(shè)備生產(chǎn)廠家進(jìn)行技術(shù)溝通，與相關(guān)刀具生產(chǎn)廠家、涂層廠家進(jìn)行調(diào)查研究，最終確認(rèn)使用干式噴沙機(jī)(如圖 1 所示)進(jìn)行鈍化。干式噴砂方式利用壓縮空氣形成的動(dòng)力使磨料通過出砂閥進(jìn)入噴砂管，然后磨料通過噴嘴噴射到被加工的表面，實(shí)現(xiàn)噴砂。壓縮空氣既是供料動(dòng)力又是射流的加速動(dòng)力。干式噴砂機(jī)可通過調(diào)節(jié)壓力值、改變砂粒材質(zhì)及粒度、改變噴砂時(shí)間等方式控制鈍化效果。相比于其他鈍化方式，噴砂法是最徹底、最通用、效率最高的鈍化方法，干式噴砂操作更簡(jiǎn)便，砂?？裳h(huán)使用，成本更低。

　　鈍化介質(zhì)及鈍化時(shí)間

　　(1) 鈍化介質(zhì)

　　常用的噴砂砂粒有很多種：金剛砂、氧化鋁、白剛玉、棕剛玉等。白剛玉具有較強(qiáng)的切削力，可用于去除金屬毛刺，且對(duì)表面有研磨和拋光作用。考慮到刀具鈍化后要進(jìn)行涂層處理，因此選用白剛玉作為鈍化介質(zhì)。

　　通過對(duì)報(bào)廢刀具進(jìn)行噴砂試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：如果采用粒度較大的砂粒很可能出現(xiàn)刀具過鈍化現(xiàn)象，刀具過鈍化就失去了切削性能;如果粒度太小則鈍化時(shí)間太長(zhǎng)，可能根本達(dá)不到鈍化效果。通過一系列的試驗(yàn)，選定滾刀鈍化介質(zhì)目數(shù)為 400#。

　　(2) 噴砂壓力及噴砂時(shí)間

　　噴砂機(jī)的噴砂壓力及噴砂時(shí)間可以直接影響鈍化圓角的大小;所選用干式噴砂機(jī)的噴砂壓力設(shè)定為 2.5～3 MPa。對(duì)報(bào)廢刀具進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，在噴射距離一定的情況下，噴砂時(shí)間與圓角大小的關(guān)系如表 1 所列。

　　二、鈍化圓角理論計(jì)算

　　鈍化圓角指的是刀具刃口鈍化的曲率半徑。為得到初步的鈍化圓角數(shù)值，對(duì)齒輪滾刀的刃口進(jìn)行理論研究。

　　齒輪滾刀刃口形式

　　常見的刀具刃口形式有以下幾種：鋒刃，倒棱刃、倒圓刃等幾個(gè)大類。其中，鋒刃指的是刀具的前后刀面相交自然形成的銳刃。齒輪滾刀刃口形式如圖 2 所示。

　　刃口鈍化圓角的理論分析

　　刀具刃口一般具有前角及后角，圖 3 為刃口截面示意圖。圖 3 中陰影部分指的是刃口具有微觀缺陷及毛刺的部分，鈍化的目的就是消除刃口處的微觀缺陷，即將陰影部分圓滑過渡，以使刃口達(dá)到一致性、無(wú)缺陷或減少缺陷的目的。

　　根據(jù)圖 3 各參數(shù)的幾何關(guān)系，可以得出如下公式：

　　式中：γ 為刀具后角;λ 為刀具前角;R 為鈍化圓角;L 為微觀缺陷尺寸。由式(1)、(2)可知，當(dāng)已知刀具前角 λ、后角 γ 及缺陷尺寸 L 時(shí)，即可得出鈍化圓角 R 的理論值。

　　刃口鈍化圓角的理論值計(jì)算

　　為了解齒輪滾刀刃磨后刃口實(shí)際情況，并初步得到鈍化圓角尺寸，需對(duì)修磨后的齒輪滾刀刃口進(jìn)行檢測(cè)。

　　(1) 滾刀刃口檢測(cè)

　　用電子顯微鏡檢測(cè)得到的刃口情況如表 2 所列。

　　從表 2 可以看出，滾刀刃口檢驗(yàn)結(jié)果，其刃口一般成鋸齒狀，鋸齒狀的波峰與波谷的間距稱為微觀缺陷尺寸，該尺寸一般在 0.005～0.015 mm 之間。

　　(2) 滾刀鈍化圓角理論計(jì)算

　　① 滾刀頂刃鈍化圓角理論計(jì)算

　　滾刀的頂刃后角一般取 10° ～12°，前角為 0°。滾刀頂刃鈍化圓角的計(jì)算示意圖如圖 4 所示。

　　當(dāng)后角 λ = 10°，微觀缺陷尺寸 L = 0.005 mm 時(shí)，頂刃鈍化圓角按下式計(jì)算為：

　　同理，當(dāng)后角 λ = 10°，微觀缺陷尺寸 L = 0.015 mm 時(shí)，鈍化圓角計(jì)算值為 0.027 mm。

　　滾刀頂刃鈍化圓角理論計(jì)算值如表 3 所列。

　　因此，滾刀頂鈍化圓角的理論值為 0.008 5 ～ 0.025 mm 之間。

　?、?滾刀側(cè)刃鈍化圓角計(jì)算

　　滾刀的側(cè)刃后角按以下公式計(jì)算：

　　式中：Z_k 為滾刀容屑槽數(shù);K 為滾刀徑向鏟背量;d_ao 為滾刀外徑;α_n 為滾刀法向壓力角。

　　經(jīng)過計(jì)算，試驗(yàn)刀具側(cè)后角值如表 4 所列。

　　將表 4 中側(cè)刃后角 γ 的值以及側(cè)刃前角 0°帶入式(2)，即可求出滾刀側(cè)刃鈍化圓角理論值。結(jié)果如表 5 所列。

　　因此，滾刀側(cè)刃鈍化圓角的理論值為 0.01 ～ 0.03 mm 之間。

　?、?滾刀鈍化圓角理論值

　　綜上所述，滾刀頂刃鈍化圓角理論值為 0.085 ～ 0.02 mm 之間，側(cè)刃鈍化圓角理論值為 0.01～0.03 mm 之間。由于滾刀頂刃及側(cè)刃是一起鈍化的，綜合考慮，當(dāng)滾刀在刃口缺陷微觀檢測(cè)值為 0.005 ～ 0.015 mm 時(shí)，鈍化圓角理論值范圍是 0.085～0.02 mm。

　　通過對(duì)刀具刃口的理論分析及計(jì)算，并與刀具制造廠家進(jìn)行技術(shù)溝通，同時(shí)分別對(duì)采購(gòu)刀具、委外修磨涂層的刀具進(jìn)行檢測(cè)，并參考進(jìn)口刀具刃口鈍化圓角，最后初步確認(rèn)鈍化圓角按表 6 所列執(zhí)行。

　　三、刀具試用結(jié)果

　　為驗(yàn)證刀具鈍化效果，分別對(duì)不同模數(shù)滾刀進(jìn)行切削試驗(yàn)。以模數(shù) 14 滾刀的切削為例，試切零件參數(shù)如表 7 所列，在切削參數(shù)一致的情況下，試驗(yàn)刀具試切結(jié)果如表 8 所列。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，鈍化后的滾刀切削性能及耐用度有了較大的提升。

　　通過刀具試驗(yàn)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，大部分刀具耐用度都有明顯提升，壽命提升基本在 30%以上;部分小模數(shù)刀具實(shí)現(xiàn)了50%以上的提升。

　　四、結(jié)語(yǔ)

　　刀具刃口鈍化技術(shù)是提高刀具壽命、減少刀具消耗、提高加工效率的有效措施之一。文中重點(diǎn)對(duì)滾刀的刃口鈍化進(jìn)行了理論分析，并通過刀具試驗(yàn)證明了滾刀刃口鈍化可以有效提高刀具耐用度及壽命。目前，對(duì)滾刀鈍化還處于摸索階段，在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，不同刀具之間鈍化效果差距較大。因此，加大滾刀鈍化技術(shù)研究對(duì)提高國(guó)產(chǎn)滾刀的加工性能，縮短與國(guó)外刀具的差距等方面具有重大意義。

　　參考文獻(xiàn)略.