1 引言

　　為適應先進切削加工技術的迅速發(fā)展，數(shù)控刀具在高速、高效、高性能、高可靠性等質量方面的要求也不斷提高。數(shù)控刀具的制造技術可歸結為三大領域，即刀具基體材質的制備、刀具表面涂層的獲取和刀具結構與幾何參數(shù)的設計等?！　?/p>

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

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

通過改善刃口、刃區(qū)的微觀結構形貌、應力狀態(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性能缺陷，二是通過再制備的精細深加工，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性能，以達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，切削刀具的設計制造和參數(shù)選定，是在切削理論的指導下進行的，更是通過切削實驗和生產實踐來獲取并驗證的。切削刃制備技術也同樣體現(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，以提高切削質量和刀具壽命二而今切削刃制備技術已成為高硬度刀具制造中的重要工序，尤其在數(shù)控硬質合金成形刀片／刀具的制造中，已成為不可或缺的關鍵工序一

　　隨著硬質合金刀具和超硬刀具等高硬度刀具制造和應用的快速發(fā)展，切削刃制備的重要性更為突顯，相關理論研究和工程技術實踐得到更多的重視歐美日等工業(yè)發(fā)達國家在切削刃制備理淪和制備技術方面，進行了多年的研究開發(fā)工作，取得了大量的成果，并在實際應用上獲得了明顯的效果，逐步形成了切削刃制備成套技術和裝備。工具所王守安在《工具技術》1992年第10期發(fā)表了德國譯文‘刃口鈍化處理——可轉位刀片自動化生產中的重要工藝環(huán)節(jié)’，扼要說明了口T轉位硬質合金刀具／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。該設備具有毛刷自動修整和補償?shù)奶攸c，文章還介紹了可轉位硬質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、毛刷式鈍化機、斷屑槽自動磨床及清洗裝置等多個模塊所構成。鈍化機的出現(xiàn)給大批量高質量、鈍化一致性好的硬質合金刀片生產提供了可能：工具所馬吉平在《工具技術》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’，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上的專利。其中包括刃口的二次鈍化工藝等，文章強調了刃口強化／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。該公司近年提出了‘工程微幾何學’(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)域內不同關鍵區(qū)段中，切削刃刃制備量和切削進給量之比是一個需要嚴格控制的關鍵參數(shù)，它將影響到刀具的切削性能和工件質量；公司開發(fā)了‘非均勻町控切削刃制備技術’和相應的數(shù)控刃口鈍化裝備——專利產品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大學機械制造學院卡爾斯·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)的四個相關領域：切削刀具材料，涂層工藝，刀具的宏觀幾何結構設計制備和切削刃微觀結構設汁制備。刃口制備關系到切削具的重現(xiàn)性(一致性)、質量、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、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，以及相應的刃制備參數(shù)的測量方法、技術及測量裝置等。該論文對精密切削刀具的成套刃口制備技術和裝備做了較系統(tǒng)的探究。

　　在追蹤國外先進切削刃制備技術的同時，劉秀清在《工具展望》1984年第2期發(fā)表了‘刀具刃口強化工藝及其設備的研究動向’二該文介紹了刃口強化的理念和作用，即強化處理刃口，形成適宜的刃口半徑，改善切削刃表層應力狀態(tài)、硬度、刃口表面粗造度以及刃口涂層結合強度等，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化機理方面的研究成果和實際應用成效。基于該工藝所需投資少．設備簡單，具有很高性價比和技術一經(jīng)濟價值的特點，作者建議采用推廣；文章也較詳盡地介紹了當時國外推行的多種強化方法和設備：該文為推動我國切削刀具制造領域積極開展刃口強化技術及裝備的研究開發(fā)吹響了號角。寶鋼楊振祥在《工具技術》1990年10期發(fā)表了‘硬質合金可轉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合金可轉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。它適合于螺紋類復雜刃形硬質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‘硬質合金刀片刃部強化工藝的研究與應用’，闡述了硬質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、鈍化工藝及鈍化螺紋刀片。經(jīng)試驗驗證，他們的設備在保證工件加工高質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，并推薦了適用于該機器的多種優(yōu)化鈍化工藝參數(shù)；2008年山東大學姜良斌發(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進行界定，分析了刃口鈍化對切削加工和工件表面質量的影響，推導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技術的研究’研究了刀具刃口刃形對高速切削過程的影響，在此基礎上提出了刀具刃口刃形的重構理論和方法：同年，哈汽顧祖慰等在《工具技術》第8期發(fā)表‘刀具刃口鈍化技術應用前景的展望’，介紹了他們將鈍化工藝成功應用于加工汽輪機轉子輪槽的樅樹形銑刀，使刀具壽命和加工質量都得到了提高。

　　曾為我國切削刀具研究制造領域技術歸口單位的成都工具研究所，從上世紀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進行了系統(tǒng)的研究開發(fā)；對精密螺紋刀片切削刃口的強化處理制備技術和裝置，進行了科研和產業(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化專機：它簡單實用、造價低廉，刀具鈍化質量能達到要求，但噪音太大，時有崩刃廢品，費時太長；在‘八五’國家重點科技攻關項目中，工具所探索了先進的毛刷珩磨新工藝，并于1995年成功開發(fā)出毛刷珩磨式數(shù)控硬質合金刀片刃口強化機——Ms328型機床(見圖5)。該機床采用工控機自動控制工作循環(huán)，多個刀片工件和內冷卻毛刷都實現(xiàn)了無級變速及復雜f*JfHX寸運動軌跡，自行開發(fā)的帶電壓補償?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多臺用于生產線(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、科研和實踐中積累的成果和經(jīng)驗，發(fā)表了‘精密復雜成型刀具刃口的加工工藝’。該文簡明扼要地介紹了復雜精密成形數(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等。文章對精密復雜成型刀具刃口強化工藝的應用推廣具有相當?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》一書，對刀具切削刃部結構的形式和參數(shù)等給以了介紹和推薦，闡述了刃口／刃區(qū)制備技術重要性。

3 分析與比較

　　為明確刀具切削性能和質量，對先進數(shù)控刀具制造的四個關鍵技術領域進行分析比較，以研究它們相互之間‘合作分工“相互作用“集成融合’的適配關系。

　　(1)涉及學科理論：刀具材料科學——基體材料學，注重研究大(宏觀)幾何尺度內的材料科學；涂層科學——表面材料科學及涂層機理，注重研究表面小(微觀)幾何尺度內的材料科學；刀具切削工程學——切削幾何學，注重研究大(宏觀)幾何尺度內的切削科學和切削原理，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——切削微幾何學／工程微幾何學，注重研究小(微觀)幾何尺度內的切削科學和刃切削學／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：刀具基體材料及毛坯制備技術(包括粉末冶金的真空混料制粒、壓制成型和真空加壓燒結工藝，其中超細顆粒、混晶材料的制備工藝發(fā)展得到重視)；刀具涂層制備技術與工藝(包括涂層材料／靶材的制備技術，涂層制備技術與工藝：PVD、CVD或PCVD等)；刀具計算機設計技術與仿真(包括CAD、CAM、CAI、CAT，即計算機輔助設計——數(shù)據(jù)庫及專家系統(tǒng)、輔助加工、輔助檢測及輔助測試，主要內容涉及刀具幾何參數(shù)設計、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；切削刃／刃口制備技術(其中的強緲鈍化工藝有機械方式、電化學及激光等，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，制粒機，自動壓機，真空加壓燒結爐)；涂層制備裝備(PVD涂層設備，CVD涂層設備，PCVD涂層設備，輔助清洗、處理裝置——噴砂機，酸洗槽)；刀具／刀片制造裝備(成形電解緩進給磨床，周邊磨床，數(shù)控工具磨床)；刃口預處理裝備(刃口毛刷鈍化機，刃口振動鈍化機，數(shù)控式刃口可控鈍化機，激光處理／強化裝置)

(4)涉及質量指標：基體材料(硬度，抗彎強度，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)，涂層質量(涂層材料組分，結合強度，厚度，高溫硬度，耐磨性)，刃口質量(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，結構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，機械性能，化學性能——優(yōu)化刀具切削性能)，刀具結構和幾何參數(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，改善加工表面質量)

4 展望

　　隨著數(shù)控技術切削技術的發(fā)展和加工實踐的深化，切削刃制備的重要性不言而喻。在刀具刃切削機理、設計理論、制備技術、制備工藝和裝備、檢測技術與裝備及切削刃質量評估等方面的研究開發(fā)和應用推廣工作中，取得了不少的成果和實效。其中，切削刃可控非均勻鈍化／強化理念，以及切削刃可控非均勻化制備技術與裝備的開發(fā)就是一個事例。但是與傳統(tǒng)三項關鍵技術領域相比，在切削刃制備技術領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域的科研和技術發(fā)展工作，做出認真的、全面的規(guī)劃。在政府的支持下協(xié)調國內(外)刀具行業(yè)的重點應用單位、制造企業(yè)和科研院所，開展先進數(shù)控刀具切削刃制備技術領域的系統(tǒng)成套研究開發(fā)。將取得的新成果適時轉化為生產力，為我國的數(shù)控刀具制造技術迅速縮小和國外先進水平的差距做出努力。