[科普中国]-切削刃

切削刃是一种工具。前后刀面的交线，它担负主要的切削工作也叫主切削刃或主刀刃。它提高切削效率、刀具寿命和降低加工制造成本，一直是金属切削研究的主要目标。近年来，不诱钢、高温合金、铁合金及复合材料等难加工材料零件广泛应用于工程领域中，这些零件在切削加工时都存在着刀具寿命低和可靠性不稳定的问题而急需提高刀具的切削性能。

定义前后刀面的交线，它担负主要的切削工作也叫主切削刃或主刀刃。

提高切削效率、刀具寿命和降低加工制造成本，一直是金属切削研究的主要目标。近年来，不诱钢、高温合金、铁合金及复合材料等难加工材料零件广泛应用于工程领域中，这些零件在切削加工时都存在着刀具寿命低和可靠性不稳定的问题而急需提高刀具的切削性能。从刀具的发展历程看，刀具先后经历了高速钢刀具、硬质合金刀具、涂层硬质合金刀具、金属陶瓷刀具、陶瓷刀具、立方氮化测刀具和金刚石刀具等的发展历程。不管怎样，在刀具的制造过程中，刃磨是获得成品刀具必须经过的一道加工工序；刀具经过砂轮刃磨后，其切削刃会存在不同程度的微观缺陷，其尺寸范围为，严重者高达上。同时，在切削过程中刀具切削刃微观缺曰极易扩展，使得刀具很容易磨损或破损。鉴于刀具制造中客观存在的这种微观缺陷极易导致刀具在切削难加工材料时过早的失效，因此切削刃处理技术和方法己被广泛关注。在美、日、瑞典、英等刀具生产强国都已将切削刃处理作为刀具制造的必备工芝，求使得刀具切削刃得到强化大限度地保证刀具寿命、加工质量和加王效率，并取得了明显的效果。国内对刀具切削刃强化处理研究较晚，经过送十几年的发展，目前取得一定的研充成果并研制相应的切削刃强化设备。切削刃强化处理是提高加工效率，延长刀具寿命的金属切削配套技术，能有效减少或消除刀具刃磨后的切削刃微观缺陷，使刃口达到圆滑平整，提高刀具的抗冲击性能，实现刀具切削刃的既锋利又坚固的目的1。

原理按照切削刃强化设备所采用的强化原理，可将切削刃强化方法分为传统切削刃强化方法和特种切削刃强化方法。传统切削刃强化方法主要通过机械作用原理来进行刀具的切削刃强化，其主要包括磨削强化、毛刷强化、拖曳强化和喷砂强化等；而特种切削刃强化方法是利用化学的、物理的、电化学的非传统方式对刀具进行切削刃强化，其主要包括激光强化、电火花电蚀强化、电化学强化和磨料水射流强化等。磨削强化是通过控制砂轮的运动在刀具刃口加工出多个负倒棱，此来逼近圆弧刃口轮廓。一般用于可转位刀片的强化，其刃口均匀性较差，而刃口质量则可通过选择合适的砂轮和磨削参数进行改善，相对于单一负倒核刀具，其刀具寿命提高明虽。毛刷强化是通过含磨料的毛刷与刀具做相对运动，用毛刷上的磨料对刀具刃口材料进斤去除获得近似的圆弧刃口。适用于可转位刀片或结构复杂的整体锐刀强化，均匀性较差，纯化效率低。拖曳强化是刀具在装有磨料的容器中做行皇式复合运动，通过磨料与刀其刃口的相对运动来获得圆弧刃口。适用于整体锐刀强化，磨料的选择对刃口质量有重要的影响，该种方式均匀性较好，但纯化效率低。喷砂强化是利用压缩气体加速磨料颗粒，通过产生的高速磨料束来加工刀具刃口，达到圆弧刃口。其加工效率较高，资源利用率较高，刃口形貌会因喷砂工艺参数改变2。

应用激光切削激光强化是采用高能激光束对刀具刃口烧蚀去除材料来获得圆孤刃口。不受刀具材料硬度和耐磨性的影响，但刃口会产生热影响区，影响刀具切削寿命。电火花电蚀强化是利用电极间放电产生的高温来去除刃口材料获得圆弧刃曰。不受刀具材料硬度和耐磨性影响，但表面易产生热影响区，对刀具材料有导电性要求，通用性差。电化学强化是基于电化学加工尖峰溶解效应实现刃曰的圆滑化。不受刀具材料硬度和耐磨性影响，强化质量和效率较高，但对材料有导电性要求。磨料水射流强化是采用高压水来加速磨料颗粒，产生高速射流来加工刃曰，获得圆弧刃口。其材料去除效率高，但会因其磨料流高效的材料去除能力而刀具切削刃通过与切削层金属材料的相互作用，直接参与工件材料的去除。研究表明不同的切削刃强化方法产生的刀具切削刃质量会存在质量差异，由此直接影响刀具在切削过程中的切削性能。好的切削刃质量会提高刀具的切削性能，达到强化的作用效果；反之则会弱化刀具切削刃的切削性能。

金属切削刀具切削刃的刃口形状会影响切削层金属形成切屑的过程，改变切削过程中产生的热为合场，因此会影响切削加工的切削为和切削热，进而对刀具的切削寿命和工件的加工表面质量产生影响。而刀具切削刃强化通过对刃口材料进行微量去除，使切削刃变得圆滑平整，使得刀具刃磨后的微观缺陷得消除，送在结构上对刀具切削刃实现了强化。与未进行切削刃强化的刀具相比，合适的刃口形状可有效提高刀具的切削寿命，例如，对于对称型圆弧刃口的刀具而言，存在一个最优切削刃刃口半径达到实现刀具切削性能的强化作用。从刀具切削刃"锐"和"固"的矛盾性看，刃口半轻过大同样会造成切削寿命的降低而起不到切削刃强化的作用。

喷砂切削喷砂是将通过压缩空气加速喷料（石英砂、金刚砂等）形成的高速射流束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。而微喷砂技术是传统喷砂技术为基础，采用微米级尺寸的磨料颗粒在巧低空气压力下进行待加工表面处理的技术。微喷砂技术本质可归结为磨料射流技术，通过压缩空气加速微磨料形成磨料射流，凭借磨料颗粒对工件材料的冲蚀来实现材料的去除。其材料去除理论也包括塑性去除理论和脆性去除理论。由于在冲蚀过程中很多因素如磨料射流工艺参数、工件材料属性等影响材料的去除，造成磨料射流加工材料的去除机理极其复杂，目前为止还没有全面统一的理论来解释材料的冲蚀过3。

本词条内容贡献者为:

程鹏 - 副教授 - 西南大学