硬质合金铣刀刃口优化及切削寿命

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切削加工的刀具寿命关系到生产成本、生产效率和质量。影响刀具切削寿命的因素中除了加工参数、工件材料、刀具材料外，刀具结构几何参数也是关键因素之一。

刀具结构几何参数分为宏观结构几何参数和微观结构几何参数。

宏观结构几何参数: 前角、后角、螺旋角及刀体长度等。

宏观结构几何参数	影响
增大前角	降低切削温度、提高刀具寿命
过大的前角	刀刃强度降低
减小后角	加快散热，提高刀具寿命
增大螺旋角	提升切削刃锋利度、增强刀具耐用程度
而过大的螺旋角	增大轴向力

微观结构几何参数: 刀具前刀面与后刀面连接处为刀具微刃口，此区域的几何结构参数。

微刃是刀具与工件材料的直接接触区域，能够直接影响切削力、切削温度、应力、应变等切削过程参量，进而影响刀具寿命。因此对刀具微刃结构进行优化设计是提升刀具寿命的直接、有效途径。

措施：

钝化：以微量的材料去除实现不同刃口结构并消除表面缺陷。

钝化方法：立式旋转钝化法、喷砂加工、磁力磨料流加工

立式旋转钝化法

：刃口钝圆半径随着钝化时间及刀具转速的增加而增大；

喷砂加工：

微刃钝化半径会随着喷砂压力的增大而增大；

钝化磨料：

环氧树脂型新型磨料能够有效降低刃口表面粗糙度

钝化前微刃表面形貌

钝化后微刃表面形貌

经过微刃结构优化处理后刀具的寿命相较于未优化刀具提升明显，崩刃以及磨损扩展得到了明显抑制。做对比测试的样刀分别标记为R1-10。当切削时间控制在120min内，优化后刀具R-1的磨损以沟纹磨损为主，主要原因是工件的加工硬化层以及较大的应力、温度梯度导致后刀面产生较大沟纹。而未优化刀具R-10与非最优刀具R-6磨损虽以沟纹磨损为主，但产生了明显的崩刃现象，磨损带呈现明显的锯齿状态，磨损扩展速度较大。

总结：

钝化后微刃表面形貌质量得到显著提升，钝化前微刃表面的磨削纹理及坑蚀均被去除，微刃处的锯齿现象均被消除，微刃由锐刃变为钝圆刃。

前后刀面钝化值变化呈现近线性上升规律，由于铣刀的螺旋结构导致后刀面钝化值始终高于前刀面钝化值，钝化速率在钝化前期出现波动，后期呈现下降趋势；前后刀面的钝化速率是影响微刃几何结构的重要因素，当后刀面钝化速率相较于前刀面钝化速率更快时，K＜1，微刃结构为瀑布型；钝圆半径与钝化时间同样呈现近线性变化规律，钝化后期钝圆半径增长速率减慢。

刀面磨损以沟纹磨损为主，未优化以及非最优微刃结构的刀具后刀面均呈现不同程度的崩刃现象。优化后的刀具能够有效抑制刀具崩刃，减缓刀具磨损速率，提高刀具寿命。

微刃结构优化方案中的6种优化方案对刀具寿命起到了明显的增益效果，且寿命提升在15%以上，其中K=0.5，R=11μm时为最优微刃结构，寿命提升最为明显，高达25%。