1 引言

　　為適應(yīng)先進(jìn)切削加工技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控刀具在高速、高效、高性能、高可靠性等質(zhì)量方面的要求也不斷提高。數(shù)控刀具的制造技術(shù)可歸結(jié)為三大領(lǐng)域，即刀具基體材質(zhì)的制備、刀具表面涂層的獲取和刀具結(jié)構(gòu)與幾何參數(shù)的設(shè)計等。　　

在近二三十年間，從事數(shù)控刀具制造和應(yīng)用的絕大多數(shù)單位都將大量資源投入到上述三大關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域中，取得了很多切實的成果和進(jìn)步，推動了數(shù)控刀具制造技術(shù)和產(chǎn)品的快速發(fā)展；但是對于數(shù)控刀具制造中的另外一個關(guān)鍵技術(shù)——數(shù)控刀具切削刃制備技術(shù)的研究、開發(fā)而言，學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界對其重要性認(rèn)識相對滯后，研究不足投入不夠，與國外相比差距更大?！　?/p>

在數(shù)控刀具尤其是硬質(zhì)合金刀具、CBN及PCD等超硬刀具得以廣泛應(yīng)用的過程中，切削刃制備技術(shù)對于提升數(shù)控刀具切削性能的重要性日益顯現(xiàn)÷切削刃制備技術(shù)過去常被認(rèn)為是刀具結(jié)構(gòu)與幾何參數(shù)設(shè)汁的內(nèi)容，但近幾年來該技術(shù)已被認(rèn)為是第四項關(guān)鍵技術(shù)：切削刃制備技術(shù)是在刀具生產(chǎn)過程中或者在其使用前，采用精加工技術(shù)和方法對已成形的刀具切削刃的微觀幾何形貌進(jìn)行精細(xì)、超精細(xì)深度加工，一起來看一下數(shù)控刀具切數(shù)控技術(shù)削刃制備的探討?！　?/p>

通過改善刃口、刃區(qū)的微觀結(jié)構(gòu)形貌、應(yīng)力狀態(tài)，可以提高刀具切削性能、可靠性及壽命等。切削刃的(微觀)再制備，一是要消除或減少前道加工工序所造成的、刀具切削刃及其鄰區(qū)(刃區(qū))的微尺度幾何形貌缺陷及力學(xué)性能缺陷，二是通過再制備的精細(xì)深加工，改變／改善并提高切削刃及其鄰區(qū)(刃區(qū))的微尺度幾何形貌及力學(xué)性能，以達(dá)到提升刀具整體切削性能的目的。

2 歷史回顧

　　切削工程是門實驗科學(xué)，切削刀具的設(shè)計制造和參數(shù)選定，是在切削理論的指導(dǎo)下進(jìn)行的，更是通過切削實驗和生產(chǎn)實踐來獲取并驗證的。切削刃制備技術(shù)也同樣體現(xiàn)了這點：

　　切削過程是根據(jù)成品的幾何形貌，遵循確定的路徑對工件毛坯進(jìn)行切削加工，切除多余材料并最終獲得成品。切削時，首先接觸并切人工件毛坯的是切削刃，因而在刀具一工件這一對矛盾中，刀具切削刃是矛盾的主要因素、在不重磨數(shù)控刀片得到廣泛應(yīng)用前，操作者常采用油石鐾刀，改善車刀刃口的光整度，以提高切削質(zhì)量和刀具壽命二而今切削刃制備技術(shù)已成為高硬度刀具制造中的重要工序，尤其在數(shù)控硬質(zhì)合金成形刀片／刀具的制造中，已成為不可或缺的關(guān)鍵工序一

　　隨著硬質(zhì)合金刀具和超硬刀具等高硬度刀具制造和應(yīng)用的快速發(fā)展，切削刃制備的重要性更為突顯，相關(guān)理論研究和工程技術(shù)實踐得到更多的重視歐美日等工業(yè)發(fā)達(dá)國家在切削刃制備理淪和制備技術(shù)方面，進(jìn)行了多年的研究開發(fā)工作，取得了大量的成果，并在實際應(yīng)用上獲得了明顯的效果，逐步形成了切削刃制備成套技術(shù)和裝備。工具所王守安在《工具技術(shù)》1992年第10期發(fā)表了德國譯文‘刃口鈍化處理——可轉(zhuǎn)位刀片自動化生產(chǎn)中的重要工藝環(huán)節(jié)’，扼要說明了口T轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀具／刀片刃口鈍化的重要性，簡要介紹了德國WENDT公司開發(fā)的新型高自動化刃口鈍化機(jī)。該設(shè)備具有毛刷自動修整和補(bǔ)償?shù)奶攸c，文章還介紹了可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片自動化集成制造系統(tǒng)方案二該方案由多臺高精度數(shù)控雙端面磨床、周邊磨、倒棱機(jī)、毛刷式鈍化機(jī)、斷屑槽自動磨床及清洗裝置等多個模塊所構(gòu)成。鈍化機(jī)的出現(xiàn)給大批量高質(zhì)量、鈍化一致性好的硬質(zhì)合金刀片生產(chǎn)提供了可能：工具所馬吉平在《工具技術(shù)》1992年第10期發(fā)表的綜述文章‘石油管螺紋梳刀的日本專利技術(shù)’，介紹分析了日本住友金屬鋼管制造所、三菱金屬等多家日本公司在難加工高合金鋼石油管螺紋用梳刀刃口制備技術(shù)上的專利。其中包括刃口的二次鈍化工藝等，文章強(qiáng)調(diào)了刃口強(qiáng)化／鈍化是石油管螺紋刀具制造中的重要工藝。工具所張鐵銘在《工具展望》2000年4期的譯文‘刀具刃口的強(qiáng)化加工及其最新發(fā)展’中，介紹了，美國Conicitv公司新開發(fā)的CNC數(shù)控刀片刃口可控鈍化機(jī)。該公司近年提出了‘工程微幾何學(xué)’(EMG)的理念，(譯文見《刀具展望》2012年3期)闡述了刃口切削過程。文中明確提出了在動態(tài)變化的切削刃一工件界面區(qū)域內(nèi)不同關(guān)鍵區(qū)段中，切削刃刃制備量和切削進(jìn)給量之比是一個需要嚴(yán)格控制的關(guān)鍵參數(shù)，它將影響到刀具的切削性能和工件質(zhì)量；公司開發(fā)了‘非均勻町控切削刃制備技術(shù)’和相應(yīng)的數(shù)控刃口鈍化裝備——專利產(chǎn)品IXM50刀片刃口制備系統(tǒng)。

它可用于所有常用材料和形狀的不重磨數(shù)控刀片：根據(jù)不同加工對象和切削用量，該系統(tǒng)可對刀片切削刃不同部位的刃制備量尺寸和形貌，進(jìn)行均勻或非均勻的精密可控制備(見圖3)一2009年德國Kassel大學(xué)機(jī)械制造學(xué)院卡爾斯·朱里奧博士的論文‘采用微磨粒噴射和毛刷刷磨方法對精密切削刀具進(jìn)行切削刃制備的研究’，明確地提到精密切削刀具系統(tǒng)開發(fā)的四個相關(guān)領(lǐng)域：切削刀具材料，涂層工藝，刀具的宏觀幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計制備和切削刃微觀結(jié)構(gòu)設(shè)汁制備。刃口制備關(guān)系到切削具的重現(xiàn)性(一致性)、質(zhì)量、費用和可柔性，而刃口制備過程的合理選擇和規(guī)劃尤為重要二論文還研究了刃口幾何學(xué)、刃口制備參數(shù)的確定和評估，以及采用微磨粒噴射和毛刷刷磨方法制備刃口的刀具實際使用效果比對，以及相應(yīng)的刃制備參數(shù)的測量方法、技術(shù)及測量裝置等。該論文對精密切削刀具的成套刃口制備技術(shù)和裝備做了較系統(tǒng)的探究。

　　在追蹤國外先進(jìn)切削刃制備技術(shù)的同時，劉秀清在《工具展望》1984年第2期發(fā)表了‘刀具刃口強(qiáng)化工藝及其設(shè)備的研究動向’二該文介紹了刃口強(qiáng)化的理念和作用，即強(qiáng)化處理刃口，形成適宜的刃口半徑，改善切削刃表層應(yīng)力狀態(tài)、硬度、刃口表面粗造度以及刃口涂層結(jié)合強(qiáng)度等，以提高刀具使用壽命；文中綜述了七十年代起國外在刃口強(qiáng)化機(jī)理方面的研究成果和實際應(yīng)用成效。基于該工藝所需投資少．設(shè)備簡單，具有很高性價比和技術(shù)一經(jīng)濟(jì)價值的特點，作者建議采用推廣；文章也較詳盡地介紹了當(dāng)時國外推行的多種強(qiáng)化方法和設(shè)備：該文為推動我國切削刀具制造領(lǐng)域積極開展刃口強(qiáng)化技術(shù)及裝備的研究開發(fā)吹響了號角。寶鋼楊振祥在《工具技術(shù)》1990年10期發(fā)表了‘硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片刃口鈍化方法及刃口圓弧半徑的測量’，全面介紹了常用的硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片刃口鈍化方法——毛刷法，噴砂法，研磨和振動式鈍化法等。還特別介紹了水平圓筒滾動式刀片振動鈍化裝置。它適合于螺紋類復(fù)雜刃形硬質(zhì)合金刀片刃口的均勻鈍化；文章對刃口圓弧半徑的測量方法進(jìn)行了探討論述。哈工大袁哲俊教授1992年發(fā)表了‘金剛石刀具刀刃鋒銳度對切削變形和加工表面質(zhì)量的影響’一文揭示了超精密切削時天然單晶金剛石刀具的刀刃鋒銳度對加工表面的質(zhì)量影響很大；大連理工陳德宏博士和胡榮生教授于1999年發(fā)表‘硬質(zhì)合金刀片刃部強(qiáng)化工藝的研究與應(yīng)用’，闡述了硬質(zhì)合金螺紋刀片刃口鈍化的特殊性，介紹了自行開發(fā)、采用了振動珩磨法的立式鈍化機(jī)、鈍化工藝及鈍化螺紋刀片。經(jīng)試驗驗證，他們的設(shè)備在保證工件加工高質(zhì)量的前提下成倍提高了刀具使用壽命；桂育鵬和于敝勛老師于2004年發(fā)表‘刀具刃口鈍化技術(shù)的探討’，簡要闡述了刀具刃口鈍化的重要性，介紹了他們自創(chuàng)的簡易鈍化機(jī)，并推薦了適用于該機(jī)器的多種優(yōu)化鈍化工藝參數(shù)；2008年山東大學(xué)姜良斌發(fā)表‘刀具刃口鈍化及刀具管理集成信息系統(tǒng)研究’，對刀具刃口鈍化技術(shù)進(jìn)行界定，分析了刃口鈍化對切削加工和工件表面質(zhì)量的影響，推導(dǎo)了鈍化尺寸計算公式和刃口鈍化參數(shù)的選擇等。文章特別進(jìn)行了刀具刃口鈍化查詢系統(tǒng)的開發(fā)，并將其納入了‘刀具管理集成信息系統(tǒng)’二2009年哈理工范依航的碩士論文‘高速刀具刃口刃形重構(gòu)技術(shù)的研究’研究了刀具刃口刃形對高速切削過程的影響，在此基礎(chǔ)上提出了刀具刃口刃形的重構(gòu)理論和方法：同年，哈汽顧祖慰等在《工具技術(shù)》第8期發(fā)表‘刀具刃口鈍化技術(shù)應(yīng)用前景的展望’，介紹了他們將鈍化工藝成功應(yīng)用于加工汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子輪槽的樅樹形銑刀，使刀具壽命和加工質(zhì)量都得到了提高。

　　曾為我國切削刀具研究制造領(lǐng)域技術(shù)歸口單位的成都工具研究所，從上世紀(jì)60年代末就開始針對石油管螺紋數(shù)控刀片的成套加工制造技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究開發(fā)；對精密螺紋刀片切削刃口的強(qiáng)化處理制備技術(shù)和裝置，進(jìn)行了科研和產(chǎn)業(yè)化的實踐和探索，時至今日仍在繼續(xù)努力：在‘七五’國家重點科技攻關(guān)項目中，工具所研制開發(fā)了采用天然磨料振動桁磨工藝的刃口強(qiáng)化專機(jī)：它簡單實用、造價低廉，刀具鈍化質(zhì)量能達(dá)到要求，但噪音太大，時有崩刃廢品，費時太長；在‘八五’國家重點科技攻關(guān)項目中，工具所探索了先進(jìn)的毛刷珩磨新工藝，并于1995年成功開發(fā)出毛刷珩磨式數(shù)控硬質(zhì)合金刀片刃口強(qiáng)化機(jī)——Ms328型機(jī)床(見圖5)。該機(jī)床采用工控機(jī)自動控制工作循環(huán)，多個刀片工件和內(nèi)冷卻毛刷都實現(xiàn)了無級變速及復(fù)雜f*JfHX寸運動軌跡，自行開發(fā)的帶電壓補(bǔ)償?shù)墓β时O(jiān)測儀，實現(xiàn)了毛刷珩磨深度的實時監(jiān)測。期間我所還改裝開發(fā)了拋光輪刀片鈍化機(jī)多臺用于生產(chǎn)線(見圖6)：工具所方勤和駱明濤等人，根據(jù)長期在石油管螺紋梳刀生產(chǎn)、科研和實踐中積累的成果和經(jīng)驗，發(fā)表了‘精密復(fù)雜成型刀具刃口的加工工藝’。該文簡明扼要地介紹了復(fù)雜精密成形數(shù)控刀具刃口制備的意義、作用，制備的形式種類，常用制備的方法、工藝和裝備，以及實用的檢測技術(shù)等。文章對精密復(fù)雜成型刀具刃口強(qiáng)化工藝的應(yīng)用推廣具有相當(dāng)?shù)膮⒖純r值。由工具所陳云、杜齊明和董萬福等編著的《現(xiàn)代金屬切削刀具實用技術(shù)》一書，對刀具切削刃部結(jié)構(gòu)的形式和參數(shù)等給以了介紹和推薦，闡述了刃口／刃區(qū)制備技術(shù)重要性。

3 分析與比較

　　為明確刀具切削性能和質(zhì)量，對先進(jìn)數(shù)控刀具制造的四個關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行分析比較，以研究它們相互之間‘合作分工“相互作用“集成融合’的適配關(guān)系。

　　(1)涉及學(xué)科理論：刀具材料科學(xué)——基體材料學(xué)，注重研究大(宏觀)幾何尺度內(nèi)的材料科學(xué)；涂層科學(xué)——表面材料科學(xué)及涂層機(jī)理，注重研究表面小(微觀)幾何尺度內(nèi)的材料科學(xué)；刀具切削工程學(xué)——切削幾何學(xué)，注重研究大(宏觀)幾何尺度內(nèi)的切削科學(xué)和切削原理，即注重研究切削過程中刀具切削作用面和工件的矛盾；刃口切削工程學(xué)——切削微幾何學(xué)／工程微幾何學(xué)，注重研究小(微觀)幾何尺度內(nèi)的切削科學(xué)和刃切削學(xué)／刃區(qū)微切削原理，即注重研究切削過程中、尤其是切削初期剛進(jìn)入切削／切入時、或斷續(xù)切削及銑削時，刀具刃區(qū)／刃口部分區(qū)域和工件形成的問題；

　　(2)涉及制造技術(shù)：刀具基體材料及毛坯制備技術(shù)(包括粉末冶金的真空混料制粒、壓制成型和真空加壓燒結(jié)工藝，其中超細(xì)顆粒、混晶材料的制備工藝發(fā)展得到重視)；刀具涂層制備技術(shù)與工藝(包括涂層材料／靶材的制備技術(shù)，涂層制備技術(shù)與工藝：PVD、CVD或PCVD等)；刀具計算機(jī)設(shè)計技術(shù)與仿真(包括CAD、CAM、CAI、CAT，即計算機(jī)輔助設(shè)計——數(shù)據(jù)庫及專家系統(tǒng)、輔助加工、輔助檢測及輔助測試，主要內(nèi)容涉及刀具幾何參數(shù)設(shè)計、刀具制造過程的仿真、切削加工的干涉檢驗等)，整體刀具與不重磨刀片的成套加工制造技術(shù)；切削刃／刃口制備技術(shù)(其中的強(qiáng)緲鈍化工藝有機(jī)械方式、電化學(xué)及激光等，包括磨粒振動、液氣流體磨粒、含磨料毛刷、砂輪倒棱磨、刃口拋光，及激光強(qiáng)化等)。

　　(3)涉及制造裝備：基體材料及毛坯制備裝備(真空混料機(jī)，制粒機(jī)，自動壓機(jī)，真空加壓燒結(jié)爐)；涂層制備裝備(PVD涂層設(shè)備，CVD涂層設(shè)備，PCVD涂層設(shè)備，輔助清洗、處理裝置——噴砂機(jī)，酸洗槽)；刀具／刀片制造裝備(成形電解緩進(jìn)給磨床，周邊磨床，數(shù)控工具磨床)；刃口預(yù)處理裝備(刃口毛刷鈍化機(jī)，刃口振動鈍化機(jī)，數(shù)控式刃口可控鈍化機(jī)，激光處理／強(qiáng)化裝置)

(4)涉及質(zhì)量指標(biāo)：基體材料(硬度，抗彎強(qiáng)度，沖擊韌性，高溫紅硬度；磁矯頑，)，幾何參數(shù)(幾何形狀精度——切削角，安裝基面的形狀及位置精度，切削刃相對于基面的位置精度)，涂層質(zhì)量(涂層材料組分，結(jié)合強(qiáng)度，厚度，高溫硬度，耐磨性)，刃口質(zhì)量(刃口鈍化形狀精度，鈍化尺寸精度，刃口光潔度)

　　(5)涉及檢測裝備：材料(掃描電鏡，金相顯微鏡，x光衍射頻譜儀)，幾何尺寸(投影儀，萬工顯，圖像儀)，涂層(劃痕儀，球磨儀，掃描電鏡，x光衍射頻譜儀)，刃口／刃區(qū)(三維掃描輪廓儀——白光／激光非接觸式，結(jié)構(gòu)光柵影像式和髑針接觸式，可測量微觀形貌；)

　　(6)涉及刀具性能——刀具工件匹配性及優(yōu)化：基體材料(物理性能，機(jī)械性能，化學(xué)性能——優(yōu)化刀具切削性能)，刀具結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)(提高工件幾何精度及優(yōu)化切削，改善工件質(zhì)量)，涂層(優(yōu)化刀具切削性能)，刃區(qū)／刃口(優(yōu)化刀具切削性能，提高刀具壽命，改善加工表面質(zhì)量)

4 展望

　　隨著數(shù)控技術(shù)切削技術(shù)的發(fā)展和加工實踐的深化，切削刃制備的重要性不言而喻。在刀具刃切削機(jī)理、設(shè)計理論、制備技術(shù)、制備工藝和裝備、檢測技術(shù)與裝備及切削刃質(zhì)量評估等方面的研究開發(fā)和應(yīng)用推廣工作中，取得了不少的成果和實效。其中，切削刃可控非均勻鈍化／強(qiáng)化理念，以及切削刃可控非均勻化制備技術(shù)與裝備的開發(fā)就是一個事例。但是與傳統(tǒng)三項關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域相比，在切削刃制備技術(shù)領(lǐng)域取得的成果還不能很好滿足發(fā)展的要求。有必要對切削刃制備領(lǐng)域的科研和技術(shù)發(fā)展工作，做出認(rèn)真的、全面的規(guī)劃。在政府的支持下協(xié)調(diào)國內(nèi)(外)刀具行業(yè)的重點應(yīng)用單位、制造企業(yè)和科研院所，開展先進(jìn)數(shù)控刀具切削刃制備技術(shù)領(lǐng)域的系統(tǒng)成套研究開發(fā)。將取得的新成果適時轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，為我國的數(shù)控刀具制造技術(shù)迅速縮小和國外先進(jìn)水平的差距做出努力。