刀具是現(xiàn)代切削加工中極其關(guān)鍵的基礎(chǔ)部件，其性能直接影響加工效率和已加工零件的表面質(zhì)量。即使對刀具刃口進(jìn)行仔細(xì)的磨削，刀具刃區(qū)的形貌依然會存在細(xì)小缺陷，從而降低刀具的壽命和加工質(zhì)量。刀具刃口鈍化可以延長刀具使用壽命50%-400%。因此，近年來刀具鈍化技術(shù)越來越受到重視。

　　國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于刀具刃口鈍化開展了大量的研究。Tugrul ozel采用切削軟件進(jìn)行仿真，研究了鈍化后的PCBN刀具切削鋁合金時的應(yīng)力和切削力等的變化規(guī)律；P.I.Varela等研究了不同的刃口形狀對切削后的殘余應(yīng)力及已加工零件的表面質(zhì)量的影響，驗證了刀具刃口鈍化可以有效提高加工表面質(zhì)量；賈秀杰等采用切削試驗探究了鈍化后的刀具在不同的切削參數(shù)下切削工件時，產(chǎn)生的切削力和被加工零件的表面質(zhì)量隨切削參數(shù)變化而變化的規(guī)律；朱曉雯采用了7種不同的鈍化工藝對硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行鈍化處理，其中包括立式旋轉(zhuǎn)鈍化法，并通過試驗探究了不同鈍化方式對硬質(zhì)合金刀具壽命的影響。

　　刀具鈍化刃口尺寸屬于微米級，通常采用鈍圓半徑表征刃口輪廓。實際上，刀具鈍化的刃口輪廓并非規(guī)則的圓弧，僅僅采用鈍圓半徑不足以表征實際的鈍化輪廓。B.Denkena等提出了任何切削刃的非對稱問題K-factor方法，采用從頂點刀尖1和刀尖2的比率Sa/Sγ即K因子來表示，邊緣的扁平度通過參數(shù)△γ和φ的比值來表示，這種方法相對簡單且可視化；C. F. Wyen等提出刀具刃口鈍化形狀的非對稱性問題，以一個圓的形式描述刃口鈍化形狀，采用Da和Dγ的比率來測量垂直頂點與兩邊的距離，采用R2≤0.9判定系數(shù)驗證。

　　目前通常采用K因子表示刀具鈍化非對稱刃口。當(dāng)K=1時，刀具鈍化刃口為對稱刃口，即為鈍圓半徑。當(dāng)K≠1時，刀具鈍化刃口為非對稱刃口。國內(nèi)外關(guān)于刀具鈍化非對稱刃口機(jī)制的研究非常少C.E.H.Ventura等采用研磨法對CBN刀具進(jìn)行鈍化，通過試驗驗證了不同的K因子對刀具刃口磨損的影響程度不同，選擇合適的K值以減少磨損；E.Bassett等采用磨料刷法對刀具進(jìn)行鈍化，研究了不同K因子的非對稱刃口對涂層WC-Co刀具切削AISI1045的磨損和熱力分布的影響規(guī)律，通過試驗驗證了Sα值影響刀具壽命，主要是后刀面磨損。因此，對刀具非對稱刃口鈍化的研究是必要的。

　　本文采用刀具刃口鈍化進(jìn)行正交試驗研究，對硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行立式旋轉(zhuǎn)鈍化，通過對試驗結(jié)果進(jìn)行數(shù)學(xué)回歸分析，研究了刀具鈍化非對稱刃口K因子隨不同鈍化參數(shù)的變化規(guī)律，為實現(xiàn)刀具鈍化刃口優(yōu)化提供依據(jù)。

　　1  刀具刃口鈍化試驗

　　如圖1所示，在立式旋轉(zhuǎn)鈍化機(jī)上進(jìn)行刀具鈍化處理。刀具裝夾在刀盤上，刀盤固定在主軸上，由碳化硅、棕剛玉以及核桃粉按照一定配比組合成的分散固體磨粒裝在磨粒桶中。成組刀具在磨粒中實現(xiàn)公轉(zhuǎn)及自轉(zhuǎn)，單個刀具實現(xiàn)公轉(zhuǎn)及自轉(zhuǎn)，達(dá)到高效鈍化的目的。

　　刀具選用規(guī)格號為ZX040的硬質(zhì)合金立銑刀。刀具前角14°，后角15°，刃長25mm，直徑10mm，柄長75mm。

　　采用Alicona光學(xué)三維刀具測量儀對鈍化后的刀具非對稱刃口進(jìn)行檢測（見圖2）。刀具鈍化非對稱刃口檢測結(jié)果如圖3所示。

　　根據(jù)鈍化速度、鈍化時間、磨粒配比和磨粒粒度設(shè)計正交試驗。其中，磨粒由棕剛玉和碳化硅組成，磨粒配比為碳化硅與棕剛玉的比值。刀具鈍化正交試驗結(jié)果見表1。

圖1  刀具刃口鈍化機(jī)    圖2  光學(xué)三維刀具測量儀

圖3  刀具鈍化非對稱刃口檢測結(jié)果

表1  刀具鈍化正交試驗

　　試驗結(jié)果表明，不同的鈍化參數(shù)對刀具非對稱刃口的影響程度不同。鈍化時間對刀具非對稱刃口K因子的影響最大，磨粒配比與主軸轉(zhuǎn)速次之，磨粒粒度對刀具非對稱刃口K因子的影響最小。

　　2  刀具鈍化非對稱刃口模型的建立

　　采用數(shù)學(xué)回歸法建立刀具非對稱刃口K因子的預(yù)測模型，把刀具鈍化4個鈍化參數(shù)作為自變量，刀具鈍化非對稱刃口K因子為因變量。根據(jù)正交試驗結(jié)果進(jìn)行數(shù)學(xué)回歸，獲得刀具鈍化非對稱刃口K因子的預(yù)測模型。

　　Y=1.352-0.00003651A-0.024B+0.000007221AD+0.004BD-0.002CD    （1）

　　式中，Y為因子；A為主軸轉(zhuǎn)速(mm/min)；B為鈍化時間(min)；C為磨粒粒度(目數(shù))；D為磨粒配比。

　　為檢驗數(shù)學(xué)回歸法構(gòu)造的的刀具鈍化非對稱刃口K因子模型能否較好地體現(xiàn)各自變量與因變量之間的函數(shù)關(guān)系，采用F檢驗法進(jìn)行顯著性檢驗，K因子模型的F法檢驗，結(jié)果見表2。

　　查F分布表，當(dāng)α=0.05 時，F(xiàn)=（4，4）=6.39，由于F比16.591>6.39，從刀具鈍化非對稱刃口K因子模型的F檢驗法的檢驗結(jié)果可知，該預(yù)測模型可以較好地反映刀具鈍化非對稱刃口K因子與主軸轉(zhuǎn)速、鈍化時間、磨粒粒度和磨粒配比之間的關(guān)系。

表2  刀具鈍化非對稱刃口K因子模型的方差分析表

　　小結(jié)

　　采用立式旋轉(zhuǎn)鈍化法進(jìn)行刀具刃口鈍化試驗，通過正交試驗研究刀具鈍化非對稱刃口K因子隨鈍化參數(shù)的變化規(guī)律，對刀具鈍化非對稱刃口K因子的影響最大的是鈍化時間，其次是磨粒配比與主軸轉(zhuǎn)速，磨粒粒度對刀具鈍化非對稱刃口K因子的影響最小。采用數(shù)學(xué)回歸方法建立了刀具鈍化非對稱刃口K因子的預(yù)測模型，采用方差分析驗證了該模型的正確性。