圣戈班磨料磨具是世界500强圣戈班集团旗下的分支机构，作为磨料磨具行业的创新者，圣戈班设计、制造和销售NORTON?（诺顿?）、NORTON?WINTER?（诺顿?温特?）、FLEXOVIT?（富来维特?）等三大品牌的产品，为相关制造领域提供***、和人性化的综合磨削解决方案。主要产品有固结磨具、涂附磨具、工业超硬磨具、树脂切割打磨片及建筑工业用金刚石产品和设备，产品广泛应用于汽车、钢铁、航空航天、轴承齿轮、铁路、铸造、机床工具、刀具、电子半导体、新能源及汽车***等各种制造领域。
自1994年进入中国以来，圣戈班磨料磨具一直保持快速发展，目前已拥有5家生产工厂，1家磨削技术中心及700多名员工。凭借***的磨削及切割技术的应用，圣戈班磨料磨具帮助工业制造领域的客户提高生产力并呈现表现。
刀具目前正在向微精化发展，从小型、微型到毫微刀具，φ0.1mm的刀具已经不再稀奇，对刀具刃口的要求也越发严苛。刀具在粗开槽后，为达到更好的尺寸和精度，需要通过抛光工序来获得更好的表面光洁度。抛光砂轮的粒度从D20、D10发展到D3、D1就是为了追求更的刃口质量。
圣戈班Flute Polish砂轮是一款德国研发的橡胶结合剂砂轮产品，主要应用于钻头类旋转刀具的抛光应用。Flute Polish砂轮采用圣戈班公司研发、富有弹性的橡胶结合剂，能够非常好的贴合工件表面，轻松应对各种较大抛光面积的工件表面；耐磨性好，能达到的镜面抛光效果；能缩短抛光工序加工节拍，提高生产效率，进一步降低刀具加工的综合成本。
应用案例：硬质合金刀具的开槽磨削
砂轮规格：开槽砂轮D54 Q-Flute2 抛光砂轮Flute Polish
磨床型号：Walter Helitronic Power
冷却液：油
工件：硬质合金钻头 φ10mm
开槽磨削参数：
进给速率：Vf=100mm/min
开槽余量：Ae=3.5mm
砂轮线速度：Vc=18m/s
抛光加工参数：
进给速度：Vf=150mm/min
抛光余量：Ae=0.02mm
砂轮线速度：Vc=22m/s
价值体现：
·工件有非常好的刃口品质并达到镜面抛光效果
·相比普通树脂砂轮，抛光工序用时缩短50%以上
加工刀纹
产品和机床
有着人造板机械行业技能“珠峰”美誉的连续压机的重要零件热压板，其韧硬资料耐热合金钢硬度要求400HB以上；具有7 000mm×2 650mm（长×宽）的大平面标准和横向平面度0.015mm/全长一级平板、纵向平面度0.1mm/全长三级平板、厚度公役±0.03mm、表面粗糙度值Ra＝0.8μｍ以下的要求。因而成为规划中的重中之重，工艺中的难中之难。如图１所示。
加工重任落在了“精密、大型、数控”机床之一沈阳机床12m数控龙门铣床上，启用二年的技改项目12m数控龙门铣床已过磨合期进入精度”平板特点的热压板是对机床精度的一次实例查验，但即便在试切加工之初，问题就频出，加工后的平面有正纹、网纹、反纹、接刀和椭圆内凹等表面质量差、平面度精度不合格等现象，所以课题攻关在所难免。
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机床精度成因
12m数控龙门铣床精度由4根轴（即线轨X、横梁Y、滑枕Z和主轴S）及互相间的几何公役构成。
（1）机床的XY平面由两根直线导轨组成，因为能够选用的水平仪和准直仪并根底可调，其XY平面的水平度和X轴的直线度是可调整项，依托调整能够确保达到较高的精度，一起它也是其他平面和轴的基准，为重要。是热压板纵向平面度0.1mm的确保。
（2）机床的横梁Y轴，一是要求与XY平面平行，因为横梁自重下挠和预留磨损，Y轴被规划成单波中高，所以这项精度是不行调整项，依托Y轴的中高操控和立柱的等高加工确保平行，是热压板横向平面度0.015mm和厚度±0.03mm的确保；二是与X轴的笔直，此项是可调整项，经过调整来确保精度。
（3）机床的滑枕Z轴，有着与XY平面双向笔直的要求，即Z轴在XZ平面内与XY平面的笔直度，此项为不行调整项，依托加工确保精度，Z轴在YZ轴平面内与XY平面的笔直度是可调整项，依托调整来确保精度。
（4）机床的主轴S轴，也有着与Z轴双向平行的要求，即S轴在XZ平面与Z轴平行，S轴在YZ平面内与Z轴平行，此两项为不行调整项，有必要依托加工确保。
从以上剖析可出看出：①工件容易实现精度的***是XY平面和X轴，也是机床悉数精度的基准。②因为不行调整项依托机床制造进程加工确保，所以机床是否的要点是对不行调整项精度的进程检测和铲刮研修，杜绝终究插补修整的猫腻。③要点操控Y轴微量（＜0.02mm）中高单波型线。④在S轴和Z轴的调整次序上，单从大面加工和接刀来说，在调整与XY平面的双向笔直度时以S轴为优先。⑤充沛依托可调整项的可调整，经过检测和观察加工刀纹，弥补进步机床精度。
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从刀纹窥破机床精度
因为机床的在时效中不知不觉失掉，在热压板加工之初，在大平面构成了一些较为典型的刀纹和接刀乱象，经过观察从中能够剖析机床精度问题和成因。如图2所示。
（1）正纹。由刀盘正倾引起，正纹加工的长处是刀纹一致漂亮、后不拖刀单次切削、刀具磨损少，缺陷是因为刀盘歪斜，刀路中心构成椭圆内凹。
（2）反纹。由刀盘负倾引起，反纹加工的缺陷是后拖刀两次切削、刀具磨损大，同样因为刀盘歪斜，刀路中心构成椭圆内凹。
（3）网纹。由刀盘倾角为0时引起，是真实的平面加工，但缺陷是网纹较乱不漂亮，也有拖刀磨损。
（4）接刀。在粗加工时能够是切削反弹、热变形等要素引起，但在精加工时一定也有刀盘的歪斜原因，构成台阶型接刀，严重时***了平面度、表面粗糙度和漂亮度。而刀盘歪斜实际上是由S轴与XY平面双向笔直度引起，那么是哪些终究要素导致的呢？而如何只构成有利的正纹减磨、微接刀和小凹面，是咱们观察和剖析刀纹后要揣度和解决进步机床精度问题的所在。
从图2能够看出刀纹从正纹、网纹及反纹的改变，其实暗示出Y轴的爬高落低的曲折走向，在对Y轴的准直丈量中发现如图的折线改变，Y轴直线差错并不大于0.03mm，但其折线特征使刀盘歪斜却是刀纹构成乱纹的原因，因为Y轴的直线度是不行调整项，有必要经过机械批改，一起可微量加大刀盘在YZ平面内的正倾角，确保全长构成的正刀纹。
从图3咱们能够看出接刀痕是台阶型，其实暗示由刀盘歪斜即S轴在XZ平面内与XY平面不笔直引起的，在甩表丈量中也证实了此项差错的存在，而刀盘越大，台阶越大。因为此项精度也是死项，有必要经过机械批改，因为无法悉数消灭笔直度差错，微量加大刀盘在YZ平面内的正倾角，一是构成一个方向的正纹；二是构成相邻两内凹椭圆，确保为微量相交型手感光滑的接刀，也能够看出，如果相邻刀路重合越多，接刀高度就越小，在1/2重合时蕞小。
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效果和定论
（1）一个合格的技师应该熟悉和掌握机床精度的成因和各轴的精度凹凸次序，并能在加工刀纹和接刀痕中判断出影响机床精度的要素所在，经过反馈保护机床至状态，作出习惯机床精度的***和走刀方向挑选，进步产品加工质量。
（2）在热压板大平面加工的实例中，首先要检测和操控Y轴直线度和曲线类型，确保其中高不大于0.02mm的单波弧线，确保主轴S在XZ平面内与XY平面的笔直度在0.008mm之内，并适当调整主轴S在YZ平面内与XY平面的笔直度，有意使其微量正倾，结合锁定Z轴、Y轴向进刀单向、相邻刀路重合足够大等办法，从而构成质量较高的正纹和微量相交型平滑接刀痕的XY平面加工。
（3）装上角铣头，首先留意其双向笔直也是不行调整项。然后同样能够推理在XZ和YZ平面加工中机床精度与刀纹和接刀的关系，举一反三，快速找到问题和进步产品质量的办法。
（4）课题攻关的终究效果是经过刀纹剖析，得到机床精度问题的断定和修正，从而使得热压板的平面加工顺畅达到规划要求。
刀具是现代切削加工中极其关键的根底部件，其功能直接影响加工功率和已加工零件的表面质量。即使对刀具刃口进行细心的磨削，刀具刃区的描摹依然会存在细微缺点，然后降低刀具的寿数和加工质量。刀具刃口钝化能够延常刀具使用寿数50%-400%。因此，近年来刀具钝化技能越来越受到重视。
国内外学者关于刀具刃口钝化展开了大量的研讨。Tugrul ozel选用切削软件进行方真，研讨了钝化后的PCBN刀具切削铝合金时的应力和切削力等的改变规则；P.I.Varela等研讨了不同的刃口形状对切削后的剩余应力及已加工零件的表面质量的影响，验证了刀具刃口钝化能够有用提高加工表面质量；贾秀杰等选用切削实验探究了钝化后的刀具在不同的切削参数下切削工件时，产生的切削力和被加工零件的表面质量随切削参数改变而改变的规则；朱晓雯选用了7种不同的钝化工艺对硬质合金刀具进行钝化处理，其间包含立式旋转钝化法，并经过实验探究了不同钝化方式对硬质合金刀具寿数的影响。
刀具钝化刃口尺度归于微米级，通常选用钝圆半径表征刃口概括。实际上，刀具钝化的刃口概括并非规则的圆弧，仅仅选用钝圆半径不足以表征实际的钝化概括。B.Denkena等提出了任何切削刃的非对称问题K-factor方法，选用从极点刀尖1和刀尖2的比率Sa/Sγ即K因子来表示，边缘的扁平度经过参数△γ和φ的比值来表示，这种方法相对简单且可视化；C. F. Wyen等提出刀具刃口钝化形状的非对称性问题，以一个圆的形式描绘刃口钝化形状，选用Da和Dγ的比率来测量垂直极点与两边的距离，选用R2≤0.9判定系数验证。
目前通常选用K因子表示刀具钝化非对称刃口。当K=1时，刀具钝化刃口为对称刃口，即为钝圆半径。当K≠1时，刀具钝化刃口为非对称刃口。国内外关于刀具钝化非对称刃口机制的研讨十分少C.E.H.Ventura等选用研磨法对CBN刀具进行钝化，经过实验验证了不同的K因子对刀具刃口磨损的影响程度不同，选择合适的K值以减少磨损；E.Bassett等选用磨料刷法对刀具进行钝化，研讨了不同K因子的非对称刃口对涂层WC-Co刀具切削AISI1045的磨损和热力散布的影响规则，经过实验验证了Sα值影响刀具寿数，主要是后刀面磨损。因此，对刀具非对称刃口钝化的研讨是必要的。
本文选用刀具刃口钝化进行正交实验研讨，对硬质合金刀具进行立式旋转钝化，经过对实验成果进行数学回归分析，研讨了刀具钝化非对称刃口K因子随不同钝化参数的改变规则，为实现刀具钝化刃口优化供给依据。
1 刀具刃口钝化实验
如图1所示，在立式旋转钝化机上进行刀具钝化处理。刀具装夹在刀盘上，刀盘固定在主轴上，由碳化硅、棕刚玉以及核桃粉按照必定配比组合成的分散固体磨粒装在磨粒桶中。成组刀具在磨粒中实现公转及自转，单个刀具实现公转及自转，达到钝化的意图。
刀具选用标准号为ZX040的硬质合金立铣刀。刀具前角14°，后角15°，刃长25mm，直径10mm，柄长75mm。
选用Alicona光学三维刀具测量仪对钝化后的刀具非对称刃口进行检测（见图2）。刀具钝化非对称刃口检测成果如图3所示。
依据钝化速度、钝化时刻、磨粒配比和磨粒粒度规划正交实验。其间，磨粒由棕刚玉和碳化硅组成，磨粒配比为碳化硅与棕刚玉的比值。刀具钝化正交实验成果见表1。
图1 刀具刃口钝化机 图2 光学三维刀具测量仪
图3 刀具钝化非对称刃口检测成果
表1 刀具钝化正交实验
实验成果表明，不同的钝化参数对刀具非对称刃口的影响程度不同。钝化时刻对刀具非对称刃口K因子的影响蕞大，磨粒配比与主轴转速次之，磨粒粒度对刀具非对称刃口K因子的影响蕞小。
2 刀具钝化非对称刃口模型的树立
选用数学回归法树立刀具非对称刃口K因子的猜测模型，把刀具钝化4个钝化参数作为自变量，刀具钝化非对称刃口K因子为因变量。依据正交实验成果进行数学回归，获得刀具钝化非对称刃口K因子的猜测模型。
Y=1.352-0.00003651A-0.024B 0.000007221AD 0.004BD-0.002CD （1）
式中，Y为因子；A为主轴转速(mm/min)；B为钝化时刻(min)；C为磨粒粒度(目数)；D为磨粒配比。
为查验数学回归法构造的的刀具钝化非对称刃口K因子模型能否较好地体现各自变量与因变量之间的函数关系，选用F查验法进行显著性查验，K因子模型的F法查验，成果见表2。
查F散布表，当α=0.05 时，F=（4，4）=6.39，因为F比16.591gt;6.39，从刀具钝化非对称刃口K因子模型的F查验法的查验成果可知，该猜测模型能够较好地反映刀具钝化非对称刃口K因子与主轴转速、钝化时刻、磨粒粒度和磨粒配比之间的关系。
表2 刀具钝化非对称刃口K因子模型的方差分析表
小结
选用立式旋转钝化法进行刀具刃口钝化实验，经过正交实验研讨刀具钝化非对称刃口K因子随钝化参数的改变规则，对刀具钝化非对称刃口K因子的影响蕞大的是钝化时刻，其次是磨粒配比与主轴转速，磨粒粒度对刀具钝化非对称刃口K因子的影响蕞小。选用数学回归方法树立了刀具钝化非对称刃口K因子的猜测模型，选用方差分析验证了该模型的正确性。
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质量的影响，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质量的比重。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。通过激光共聚焦显微镜(L***，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，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，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。其切削刃形貌得到改善，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，改善了刃口质量。
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
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。微喷砂处理可有效改善硬质合金刀具YT15的刃口质量，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。