刀具经过砂轮刃磨后，刃口会存在不同程度的微观缺陷，在切削过程中，刀具刃口微观缺口极易扩展，加快刀具的磨损和损坏。刃口钝化是延常刀具寿命的金属切削配套技术，能有效减少或消除刃磨后的刀具刃口微观缺陷，以达到圆滑平整，提高刀具抗冲击性能，使刀具刃口锋利坚固。
刃口钝化方式可分为传统刃口钝化和特种刃口钝化。传统刃口钝化方式主要包括磨削钝化、毛刷钝化、拖曳钝化和喷砂钝化等；特种刃口钝化方式主要包括激光钝化、电火花电蚀钝化、电化学钝化和磨料水射流钝化等。
喷砂是以压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料高速喷射到需要处理的工件表面，实现对工件表面的加工。由于磨料对工件表面的冲击和切削作用，工件的表面性能和形状会发生改变。而微喷砂技术是以传统喷砂技术为基础，采用微米级尺寸的磨料颗粒来进行待加工表面处理的技术，广泛应用于材料的表面处理，包括表面清洁、表面钝化和表面形貌处理。微喷砂处理的材料去除机理，包括裂纹扩展导致的脆性去除和磨料微切削产生的塑性去除。微喷砂技术在刀具领域主要应用在表面处理方面，如涂层刀具。通过对刀具基体表面进行相应的微喷砂处理，来改变基体的表面形貌，以增加涂层与刀具基体之间的粘结力，提高刀具的切削寿命。研究表明，对刀具的涂层表面进行微喷砂处理可以增加涂层硬度，提高刀具切削寿命。微喷砂技术在刀具刃口钝化领域没有得到广泛应用，理论研究还不充分。
本文通过微喷砂技术对硬质合金刀片yt15进行刃口钝化，研究微喷砂工艺参数对刃口半径的影响以及微喷砂处理对刃口的影响，并分析微喷砂处理的材料去除机理。
1试验步骤
试验以喷砂压力p、磨料比重w和喷砂时间t为因素，其中磨料比重w为磨料占水和磨料总的比重。每个因素设4个水平，进行64组全因素刃口钝化试验，因素水平见表1。
表1 微喷砂全因素试验因素水平
采用湿式手动喷砂机，喷砂角度45°，喷砂距离8mm。磨料为320目白刚玉，微喷砂加工如图1所示。选用可转位硬质合金刀片yt15，其尺寸标准为snmn120404，相应的材料性能见表2。通过激光共---显微镜(lsm，keyence vk-x200k)对微喷砂处理后的刀片刃口进行观测，试验观测指标为刀片刃口半径r和刃口线粗糙度ra，终结果为三次测量后的平均值。同时对其刃口形貌进行扫描电子显微镜镜(sem)观察，分析刃口材料去除机理。
图1 硬质合金刀具yt15微喷砂加工示意图
表2 硬质合金刀具yt15物理力学性能
2试验结果与分析
(1)微喷砂工艺参数对刃口半径的影响
图2为硬质合金刀具yt15刃口半径随微喷砂各工艺参数的变化趋势。图2a、图2b、图2c和图2d分别是在喷砂时间为20s、30s、40s和50s时刃口半径随喷砂压力的变化图。对比发现，在相同的喷砂压力和磨料比重下，随喷砂时间的增加，刀具刃口半径增大，这实质上是材料去除随着时间累积的结果。在相同的喷砂时间和磨料比重下，随喷砂压力的增加，刀具刃口半径增大。这是因为随着喷砂压强的增加，磨料流的出口速度增加，单颗粒磨料速度也相应增加。
硬质合金可看作是硬脆材料，根据单颗粒磨料冲蚀模型可知，单颗粒磨料的材料去除量与磨料颗粒的速度的指数成正比，使得单颗粒磨料的材料去除量增加。同时磨料流速度的增加，使单位时间内有效冲击刀具刃口的磨料颗粒数量增加，刃口材料的去除量变大。因此，增加喷砂压力相当于既增加磨料比重又增加喷砂时间，两者的共同作用使刃口半径增大。
由图2分析磨料比重对刀具刃口半径的影响可知，在喷砂压力为0.2mpa和0.25mpa时，随着磨料比重的增加，刀具的刃口半径先增大而后减小；而在喷砂压力为0.3mpa和0.35mpa时，随着磨料比重的增加，刀具的刃口半径呈现一直增大的趋势。同理，根据单颗粒磨料冲蚀模型分析可知，当喷砂压力较小时，随着磨料比重的增加，虽然单颗粒磨料速度减小，但是单位体积内磨料颗粒的数量增加，造成单位时间内磨料颗粒对刀具刃口的冲击次数增加，涂层硬质合金刀具，所以刃口材料的去除量变大。当磨料比重过大时，根据能量守恒可知，磨料流的速度减小很多，其中磨料颗粒的速度大幅降低，不仅减少了单颗粒磨料材料的去除量，也使单位时间内磨料对刀具刃口的冲击次数减少，进一步减少材料去除量，使得刃口半径随着磨料比重的增加先增大后减小。当喷砂压力较大时，随着磨料比重的增加，硬质合金刀具规格，在单位时间内增加的磨料对刀具刃口的冲击次数所增加的材料去除量要多于单颗粒磨料速度降低而减少的材料去除量。总的来说，单位时间内材料去除量增加，因此在较大喷砂压力下，刀具的刃口半径随着磨料比重的增加而增加。
(a)t=20s(b)t=30s(c)t=40s(d)t=50s
图2 刃口半径随微喷砂各工艺参数的变化趋势
(2)微喷砂处理对刃口线粗糙度的影响
图3是硬质合金刀片yt15经过微喷砂刃口钝化处理前后的切削刃形貌。采用微喷砂工艺参数：喷砂压力p=0.2mpa，磨料比重w=0.1，喷砂时间t=30s。通过测量得到切削刃的相关参数见表3。
图3 未处理刀片与微喷砂刃口钝化刀片的切削刃形貌
可以发现，硬质合金刀片yt15的刃口轮廓由原来的r=6μm锐刃变成r=27μm的圆弧刃口。其切削刃形貌得到---，刃口线粗糙度ra由原来的0.79μm下降到0.5μm，ry则由原来的6μm下降到3μm。这是由于微喷砂处理消除了刀具刃磨时产生的微观缺陷，---了刃口。
表3 未处理刀片与微喷砂刃口钝化刀片刃口参数对比(μm)
图4是微喷砂全因素试验时硬质合金刀片yt15的刃口线粗糙度的分布情况。可以得出，硬质合金yt15刀片的刃口线粗糙度为0.3-0.8μm，满足刀片的刃口粗糙度要求。
图4 硬质合金刀具yt15刃口线粗糙度分布
(3)微喷砂刃口材料去除机理研究
刀片的微喷砂过程实质上是高速磨料射流冲击材料表面，实现材料的去除。其材料去除机理主要归结为磨料颗粒对材料的去除方式。对于脆性材料，其去除机理往往不只有脆性去除，还包括磨料颗粒的微剪切引起的塑性去除。
图5是硬质合金刀具yt15在喷砂压力p=0.25mpa、磨料目数m=320、喷砂时间t=20s和磨料比重w=0.1时的刃口形貌。可以看出，经过微喷砂处理后，刀具出现了圆弧刃口，对其圆弧刃口的区域a进行放大，可以观察刃口材料去除形成的微观形貌。通过区域b可以看出，其硬质合金中硬质相的去除多为由裂纹扩展造成的脆性断裂，这是由于棱角尖锐的磨料颗粒对于硬质相的冲击作用，使之产生径向裂纹和侧向裂纹，由于磨料颗粒的高频率冲击，进而造成侧向裂纹的扩张形成网状裂纹，达到材料的去除。对于c区域的观察，也可以发现刃口材料上存在磨料颗粒的刻划痕迹，这主要是由于具有锋利刃口的白刚玉磨料颗粒对工件材料的微切削作用导致。由于刀具材料中除硬质相成分外，还包括粘结相，其微切削作用相对于粘结相更为明显，粘结相材料先于硬质相去除，使得硬质相成分显露出来。因此微喷砂处理硬质合金刀具yt15的材料去除机理，包括由磨料冲击和水楔作用引起裂纹扩展而导致硬质相材料的脆性去除，还包括磨料颗粒的微切削作用引起的材料塑性去除。
图5 硬质合金刀具yt15微喷砂刃口形貌sem图
小结
微喷砂处理可以对硬质合金刀具yt15刃口进行有效钝化，形成一定圆弧半径的刀具刃口。研究表明，刃口圆弧半径随着微喷砂时间和喷砂压力的增加而增大。对于磨料比重而言，在喷砂压力为0.2mpa和0.25mpa时，随着磨料比重的增加，刀具刃口半径先增大而后减小；在喷砂压力为0.3mpa和0.35mpa时，随着磨料比重的增加，刀具刃口半径呈现一直增大的趋势。微喷砂处理可有效---硬质合金刀具yt15的刃口，消除微观缺陷，降低刃口线粗糙度，在结构上对刀具刃口进行钝化。硬质合金刀具yt15刃口材料的去除机理，包含由裂纹扩展而导致硬质相材料的脆性去除和微切削作用引起的材料塑性去除。
1.问题提出
试制时规划制作了图2所示的小端钻模，在摇臂钻床z35上加工喷油器体的3mm×φ2.5mm斜油孔。先用小端钻模引钻出3mm×φ2.5mm孔点位，再将---分度头倾斜一定视点，装夹喷油器体大端法兰，别离将待钻孔位旋转到低点，顺次钻出3mm×φ2.5mm斜油孔与已钻3mm×φ3mm长油孔贯穿。
图2 小端钻模
试制时按此办法加工的3mm×φ2.5mm斜油孔与φ3mm孔接通状况不好。工艺上要求用φ1.5mm钢丝检测贯穿油孔，φ1.5mm钢丝应能穿过衔接油孔。咱们对试制的这批喷油器体斜油孔贯穿状况进行全数检查，φ1.5mm钢丝不能穿过的孔位---50%。
咱们剖析了斜油孔接通状况不好的主要原因：用---分度头装夹，旋转方向定位靠划线对正，定位误差较大；用中心钻对正预制孔有误差，中心孔偏移影响对中精度；摇臂钻床z35主轴锁定精度差，钻小孔时简略走偏，不适宜加工细长孔。因此规划制作了喷油器体钻斜孔辅具，将钻3mm×φ2.5mm斜油孔工序安排到台钻z512上进行。
2.利用钻斜孔辅具在台钻上加工斜油孔
台钻主轴固定，可挑选较高转速范围大，手轮进给使钻削更平稳，排屑冷却更方便快捷，有利于细长孔的加工。由于喷油器体的3mm×φ2.5mm孔是斜油孔，并且有较高的对接精度要求，因此规划制作了喷油器体钻斜油孔辅具。钻孔辅具的结构如图3所示。
图3 喷油器体钻斜油孔辅具
1.定位斜块 2.菱形销 3.联接螺栓 4.放错销 5.衔接盘
如图3中，喷油器体经过大端面、中间螺纹孔m16×1和法兰孔φ18mm与衔接盘完结---定位，防错销---喷油器体法兰定位孔挑选正确，不然无法安装---。衔接盘上铣了3个定位旁边面，别离与3mm×φ2.5mm斜油孔方位对应。这样喷油器体与衔接盘装配后，就可经过衔接盘上的定位旁边面与定位斜块上的定位旁边面靠齐，完结装夹定位，钻一个φ2.5mm斜油孔与φ3mm长油孔接通后，转动衔接盘，使其他定位旁边面别离与定位斜块的定位旁边面靠齐，钻出其他2个φ2.5mm斜油孔。
定位斜块和衔接盘的结构如图4所示，经过衔接盘上的中间定位孔、菱形销孔和端面定位衔接，完结了喷油器体
图4 衔接盘和定位斜块
喷油器体钻斜油孔辅具一次装夹，二次转位，完结了在台钻上加工3mm×φ2.5mm斜油孔与φ3mm长油孔对接。对接方位精度偏差小于0.5mm，才干---φ1.5mm钢丝能经过相贯处。加工好的喷油器体油孔用φ1.5mm钢丝检查，均能正常穿过，产品得到了---。此工装装夹简略，操作方便，定位经确牢靠，---了产品。
3.结语
喷油器体钻斜油孔辅具完结了在台钻上加工3mm×φ2.5mm斜油孔，不仅出产效率得到进步，并且产品得到---，---降低了废品率。此次工艺---获得成功，油孔对接方位精度合格率到达95%以上，解决了困扰喷油器体加工的问题。我公司已完结船用喷油器批量出产，产品得到用户---。此工艺办法也为相似件的加工提供了一个新的思路。
1.概述
通常，人们把含铬量＞12%或含镍量＞8%的合金钢称为不锈钢。这种钢在---中或在腐蚀性介质中具有一定的耐腐蚀能力，并在较高温度（＞450℃）下具有较高的强度。含铬量达16%～18%的钢，称为耐酸钢或耐酸不锈钢，通称为不锈钢。
含铬量达12%以上的钢在与氧化性介质接触时，由于电化学作用，表面形成一层富铬氧化膜，可保护金属内部不受腐蚀。但在非氧化性腐蚀介质中，不能形成坚固的钝化膜。为提高钢的耐腐蚀能力，通常选择增大铬的比例或添加可促进钝化的合金元素，如添加ni、mo、mn、cu、nb、ti、w和co等。这些合金元素不仅提高了钢的抗腐蚀能力，硬质合金刀具价格，同时改变了钢的内部组织和物理力学性能。其在钢中的含量不同，对不锈钢性能产生的影响不同，有的有磁性，有的则无磁性，有的能够进行热处理，有的则不能进行热处理。
不锈钢被越来越广泛地应用于航空、航天、化工、石油、建筑以及食品机械行业中。其所含的合金元素对切削加工性能影响较大，文中主要对不锈钢的切削加工进行了分析。
2.不锈钢的分类及性能
（1）按不锈钢主要成分，分为以铬为主的铬不锈钢和以铬、镍为主的铬镍不锈钢两大类。
（2）按不锈钢金相组织分类：马氏体不锈钢。其含铬量为12%～18%，含碳量为0.1%～0.5%（有时达1%）。其硬度为170～217hbw，抗拉强度σb为540～1 079mpa，伸长率δ为10%～25%，热导率к为25.12w/（m·k）。常见的牌号有1cr13、2cr13、3cr13、4cr13、1cr17ni2、9cr18、9cr18mov和30cr13mo等。马氏体不锈钢通过淬火，可获得较高的硬度、强度和耐磨性。然而，当钢中含碳量低于0.3%时，组织不均匀，粘附性强，切削时易产生积屑瘤，且断屑困难，切削加工性较差。当含碳量达0.4%～0.5%时，切削加工性较好。铁素体不锈钢。其含铬量为12%～13%。硬度为177～228hbw，抗拉强度σb为363～451mpa，伸长率δ为20%～22%，热导率к为16.7w/（m·k）。加热冷却时组织稳定，不发生相变，所以不能进行热处理强化，只能靠变形强化，常州硬质合金刀具，切削加工性相对较好。常见的牌号有0cr13、0cr17ti、0cr13si4nbre、1cr17、1cr17ti、1cr17mo2ti、1cr28以及1cr25ti等。奥氏体不锈钢。其含铬量为12%～25%，含镍量为7%～20%（或20%以上）。硬度为187～207hbw，抗拉强度σb为481～520mpa，伸长率δ为40%，热导率к为16.33w/（m·k）。典型牌号有1cr18ni9ti，其他还有00cr18ni10、0cr18ni12mo2ti、0cr18ni18mo2cu2ti、1cr14mn14ni、2cr13mn9ni4以及1cr18mn8ni5n等。由于奥氏体不锈钢含有较多的镍或锰，加热时组织不变，故淬火不能使其强化，可通过冷加工硬化来大幅度提高强度和硬度，其硬化程度为基体硬度的1.4～2.2倍，给下一次切削带来很大困难。其具有优良的力学性能和---的耐腐蚀能力，无磁性。奥氏体-铁素体双相不锈钢。与奥氏体不锈钢相似，仅在组织中含有一定量铁素体，常见牌号有0cr21ni5ti、1cr21ni5ti、1cr18mn10ni5mo3n、0cr17mn13mo2n、1cr17mn9ni3mo3cu2n、cr26ni17mo3cusin以及1cr18ni11si4alti等。这类不锈钢有硬度---的金属间化合物析出，强度比奥氏体不锈钢高，切削加工性能比奥氏体不锈钢更差。其硬度＜277hbw，抗拉强度σb为589～736mpa，伸长率δ为18%～30%。沉淀硬化不锈钢。这类不锈钢因含有较高的铬、镍和极低的碳，还含有能起沉淀硬化作用的、铝、钛和钼等合金元素，其在回火时析出，产生沉淀硬化，具有---的硬度和强度。其硬度为363～388hbw，抗拉强度σb为1 138～1 324mpa，伸长率δ为5%～10%，这类钢具有---的耐腐蚀性能。常见牌号有0cr17ni4cu4nb、0cr17ni7al和0cr15ni7mo2al等。
3.不锈钢的切削特点
不锈钢的切削加工性能比45钢差。若以45钢的相对切削加工性kr为1，则奥氏体不锈钢的相对切削加工性kr为0.4，铁素体不锈钢的kr为0.48，马氏体不锈钢的kr为0.55。其中以奥氏体和奥氏体-铁素体双相不锈钢的切削加工性差，给切削加工带来很大困难，其特点如下：
（1）切削加工硬化---。以奥氏体和奥氏体+铁素体不锈钢的加工硬化现象为---，硬化层的硬度比基体硬度高1.4～2.2倍，其抗拉强度σb为1 470～1 960mpa。这类不锈钢塑性大（δ＞35%），塑性变形时晶格扭曲，故强化系数大，且奥氏体不稳定，在切削力作用下，部分奥氏体转变为马氏体。
（2）切削力大。不锈钢的高温强度和硬度高且韧性大，故在切削时所消耗的能量大，即切削抗力大。以奥氏体不锈钢为例，在切削过程中温度---700℃时，其综合力学---于一般结构钢。加之其在切削过程中的塑性变形大、硬化现象---，增大了切削力，所以不锈钢的单位切削力为45钢单位切削力的1.25倍。
（3）切削温度高。由于不锈钢在切削时的塑性变形大，切屑与刀具间的摩擦大，加之其热导率仅为45钢热导率的1/3～1/4，散热条件差，大量切削热集中在切削区，在相同切削条件下，切削温度比切削45钢时高200℃。
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