CN108262649B - 一种刀具单次最大修磨厚度的评估方法 - Google Patents

一种刀具单次最大修磨厚度的评估方法 Download PDF

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Abstract

刀具单次最大修磨厚度的评估方法，属于刀具技术领域。所述方法包括：步骤1、选取初始刀具，采用同一压力分别将修磨后刀具和初始刀具做为被测刀具进行压痕试验，修磨后刀具的压痕区域位于修磨区域内；步骤2、测量修磨后刀具压痕区域的对角线长度a1、对角线延长线上所产生的裂纹长度b1，以及测量初始刀具压痕区域的对角线长度a2、对角线延长线上所产生的裂纹长度b2；步骤3、计算对角线长度变化比率V1，V1＝a1/a2，计算裂纹长度变化比率V2，V2＝b1/b2，得到修磨后刀具的加工性能变化比率V，V＝max{V1，V2}；步骤4、根据修磨后刀具的加工性能变化比率V，计算修磨后刀具的加工性能下降比例C，C＝V‑1，当C＝0.1时对应的修磨后刀具的修磨厚度为单次最大修磨厚度。

Description

一种刀具单次最大修磨厚度的评估方法
技术领域
本发明涉及刀具技术领域，特别涉及一种刀具单次最大修磨厚度的评估方法。
背景技术
航空航天发动机中广泛采用了具有高强度、高耐腐蚀的钛合金、高温合金等材料，且新型航空发动机中钛合金、高温合金的使用量也越来越大。钛合金、高温合金具有优异的使用性能，同时也具有极高的加工难度，属于难加工材料，其对刀具的要求也非常高，需要刀具有优异的加工性能，具备高稳定切削性以及较长的使用寿命。
加工航空航天部件的刀具所使用的材料和加工精度要显著高于普通刀具，因此，刀具的成本也远远高于普通刀具，为了提高刀具的利用率，降低成本，通常会对磨损后的刀具进行修磨，从而产生新的切削刃，使刀具可以再次利用。
修磨过程中，刀具一次修磨过程中的最大材料去除厚度为刀具单次最大修磨厚度，原始刀具在制造过程中，经过一系列的加工，使得刀具表面具有较大的厚度，且刀具内部具有较强的韧性，即从刀具表面至刀具内部，材料的性能存在显著变化，在刀具修磨过程中所用的切削力和切削热等因素均会对刀具材料的表面性能和内部性能产生影响，若单次修磨厚度过大，将导致修磨过程中切削力、切削热较大，导致刀具材料的表面性能和内部性能出现显著下降，刀具材料表面性能的变化可以从一定程度上反应整个刀具材料性能的改变，当刀具材料表面性能产生较大变化时，刀具的加工性能可能出现急剧下降，因此，确定刀具单次最大修磨厚度至关重要。
发明内容
为了确定刀具单次最大修磨厚度，避免出现修磨后刀具的加工性能急剧下降的问题，本发明提供了一种刀具单次最大修磨厚度的评估方法，所述方法包括：
步骤1、选取初始刀具，初始刀具为未修磨刀具，且初始刀具的型号与修磨后刀具的型号相同，采用同一压力分别将修磨后刀具和初始刀具作为被测刀具进行压痕试验，修磨后刀具的压痕区域位于修磨后刀具的修磨区域内，压痕试验过程采用的压头为四棱锥形压头；
步骤2、测量所述修磨后刀具压痕区域的对角线长度a1、对角线延长线上所产生的裂纹长度b1，以及测量所述初始刀具压痕区域的对角线长度a2、对角线延长线上所产生的裂纹长度b2；
步骤3、计算对角线长度变化比率V1，V1＝a1/a2，计算裂纹长度变化比率V2，V2＝b1/b2，得到修磨后刀具的加工性能变化比率V，V＝max{V1，V2}；
步骤4、根据修磨后刀具的加工性能变化比率V，计算修磨后刀具的加工性能下降比例C，C＝V-1，当C＝0.1时对应的修磨后刀具的修磨厚度为单次最大修磨厚度。
所述被测刀具为回转类刀具，在步骤1中进行压痕试验时，使所述压头的中心线与被测刀具的回转轴线垂直相交，且在压痕区域内，使压头的两个棱边在被测刀具表面形成的压痕与被测刀具的回转轴线在同一平面，另外两个棱边在被测刀具表面形成的压痕所在的平面与所述回转轴线垂直。
在步骤2中，对于所述修磨后刀具，将其压痕区域内与修磨后刀具的回转轴线在同一平面的对角线长度作为a1，将与回转轴线在同一平面的对角线延长线上的两条裂纹长度的平均值作为b1；
对于所述初始刀具，将其压痕区域内与初始刀具的回转轴线在同一平面的对角线长度作为a2，将与回转轴线在同一平面的对角线延长线上的两条裂纹长度的平均值作为b2。
所述被测刀具为平面类刀具，在步骤1中进行压痕试验时，使所述压头的中心线与被测刀具的刀片表面垂直，且在压痕区域内，使压头的两个棱边在被测刀具表面形成的压痕与被测刀具的刃口区域的中分线在同一平面。
在步骤2中，对于所述修磨后刀具，将其压痕区域内的两条对角线长度的平均值作为a1，将两条对角线延长线上的四条裂纹长度的平均值作为b1；
对于所述初始刀具，将其压痕区域内的两条对角线长度的平均值作为a2，将两条对角线延长线上的四条裂纹长度的平均值作为b2。
所述压痕区域接近所述被测刀具的主切削刃的一侧。
所述回转类刀具为立铣刀或钻头。
所述压痕区域接近所述被测刀具的刃口的一侧。
所述平面类刀具为车刀刀片或铣刀刀片。
通过本发明中的方法分别对同一型号的修磨后刀具和初始刀具进行压痕试验，并根据压痕区域的对角线长度变化率以及裂纹长度的变化率来反应修磨后刀具的加工性能变化比率V，并根据修磨后刀具的加工性能变化比率V计算得到修磨后刀具的加工性能下降比例C，当C＝0.1时对应的修磨后刀具的修磨厚度为单次最大修磨厚度，通过此方法可以得到在某一修磨工艺下，该型号的刀具所对应的单次最大修磨厚度，后续再对该型号的刀具进行修磨时，能够根据该单次最大修磨厚度合理控制修磨量，避免修磨后刀具的加工性能出现急剧下降的现象。
附图说明
图1是本发明提供的刀具单次最大修磨厚度的评估方法的流程图；
图2是本发明提供的回转类刀具上修磨区域及压痕试验位置的结构示意图；
图3是本发明提供的回转类刀具上修磨区域及压痕区域的结构示意图；
图4是本发明提供的平面类刀具上修磨区域及压痕区域的结构示意图；
图5是本发明提供的图3中的压痕区域的放大图；
图6是本发明提供的图4中的压痕区域的放大图。
其中，
1主切削刃，2裂纹，A修磨区域，B压痕区域。
具体实施方式
为了确定刀具单次最大修磨厚度，避免出现修磨后刀具的加工性能出现急剧下降的问题，如图1所示，本发明提供了一种刀具单次最大修磨厚度的评估方法，所述方法包括：
步骤1、选取初始刀具，初始刀具为未修磨刀具，且初始刀具的型号与修磨后刀具的型号相同，采用同一压力分别将修磨后刀具和初始刀具做为被测刀具进行压痕试验，修磨后刀具的压痕区域位于修磨后刀具的修磨区域内，压痕试验过程采用的压头为四棱锥形压头，用四棱锥形压头分别在初始刀具和修磨后刀具的表面进行下压，在初始刀具和修磨后刀具的表面形成压痕区域；
其中，若做为被测刀具的初始刀具和修磨后刀具为回转类刀具时，例如为立铣刀或者钻头或者其他回转类刀具，在进行压痕试验时，可以采用维氏压头或者布式压头，如图2所示，使压头垂直向被测刀具移动，且压头的中心线与被测刀具的回转轴线垂直相交，且在压痕区域B内，使压头的两个棱边在被测刀具表面形成的压痕与被测刀具的回转轴线在同一平面，另外两个棱边在被测刀具表面形成的压痕所在的平面与回转轴线垂直，例如如图3和图5所示为压头在修磨后刀具的修磨区域A内形成的压痕区域B，压头的两个棱边在被测刀具表面形成的压痕a和b与被测刀具的回转轴线c在同一平面，另外两个棱边在被测刀具表面形成的压痕d和e所在的平面与回转轴线c垂直；对于回转类刀具，压痕区域B接近被测刀具的主切削刃1的一侧，将压痕区域B设置在此位置可以保证压痕试验不影响被测刀具的后续使用；
若做为被测刀具的初始刀具和修磨刀具为平面类刀具时，例如为车刀刀片或铣刀刀片或者其他平面类刀具，在进行压痕试验时，可以采用维氏压头，使压头的中心线与被测刀具的刀片表面垂直，且在压痕区域B内，使压头的两个棱边在被测刀具表面形成的压痕与被测刀具的刃口区域的中分线在同一平面，如图4和图6所示为压头在修磨后刀具表面形成的压痕区域B，压头的两个棱边在被测刀具表面形成的压痕a和b与被测刀具的刃口区域的中分线f在同一平面，对于平面类刀具，压痕区域B接近被测刀具的刃口的一侧，将压痕区域B设置在此位置可以保证压痕试验不影响被测刀具的后续使用。
步骤2、测量修磨后刀具压痕区域B的对角线长度a1、对角线延长线上所产生的裂纹长度b1，以及测量初始刀具压痕区域B的对角线长度a2、对角线延长线上所产生的裂纹长度b2；
若被测刀具为回转类刀具：对于修磨后刀具，如图5所示，为图3中的压痕区域B的放大图，将其压痕区域B内与修磨后刀具的回转轴线c在同一平面的对角线长度作为a1，将与回转轴线c在同一平面的对角线延长线上的两条裂纹2的长度的平均值作为b1；对于初始刀具，将其压痕区域B内与初始刀具的回转轴线在同一平面的对角线长度作为a2，将与回转轴线在同一平面的对角线延长线上的两条裂纹长度的平均值作为b2；本发明中，可以采用显微镜进行对角线以及裂纹长度的测量，对于回转类刀具，采用显微镜对压痕区域B内与刀具的回转轴线在同一平面的对角线长度a1进行测量时，可以将压痕区域B在显微镜焦平面的投影长度近似为对角线长度a1；
若被测刀具为平面类刀具，对于修磨后刀具，如图6所示，为图4中的压痕区域B的放大图，将其压痕区域B内的两条对角线长度的平均值作为a1，将两条对角线延长线上的四条裂纹2的长度的平均值作为b1；对于初始刀具，将其压痕区域B内的两条对角线长度的平均值作为a2，将两条对角线延长线上的四条裂纹长度的平均值作为b2。
步骤3、计算对角线长度变化比率V1，V1＝a1/a2，计算裂纹长度变化比率V2，V2＝b1/b2，得到修磨后刀具的加工性能变化比率V，V＝max{V1，V2}。
其中，若修磨后刀具的对角线长度a1越接近初始刀具的对角线长度a2，修磨后刀具对角线延长线上所产生的裂纹长度b1越接近初始刀具对角线延长线上所产生的裂纹长度b2，则修磨后刀具的性能变化越小，即V1和V2越接近1，则代表修磨后刀具的加工性能变化越小，越大于1，则代表修磨后刀具的加工性能变化较大，因此，综合考虑V1和V2的大小，将V1和V2中的较大值作为修磨后刀具的加工性能变化率V，V越接近1，则代表修磨后刀具的加工性能越接近初始刀具，加工性能越好，V越大，则代表修磨后刀具的加工性能相对于初始刀具的加工性能改变较大，加工性能较差。
步骤4、根据修磨后刀具的加工性能变化比率V，计算修磨后刀具的加工性能下降比例C，C＝V-1，当C＝0.1时对应的修磨后刀具的修磨厚度为单次最大修磨厚度。
其中，在对刀具进行修磨后，修磨后刀具的加工性能相对于初始刀具的加工性能通常是下降的，即V＞1，因此，通过计算V与1之间的差值C可以得知修磨后刀具的加工性能下降比例，C＝0.1时所对应的修磨后刀具的修磨厚度作为刀具的单次最大修磨厚度，即修磨后刀具的加工性能下降10％时所对应的修磨厚度为刀具的单次最大修磨厚度，若C大于0.1，则修磨后刀具的加工性能下降较大，修磨后刀具的加工效果不佳，如此，可以确定该型号的刀具所对应的单次最大修磨厚度，在后续对该型号的刀具进行修磨时，设定的修磨厚度均不应超过该型号刀具的单次最大修磨厚度；
同时，由于修磨工艺的不同，在对同一型号的刀具采用相同的修磨厚度进行修磨后，由于机床、砂轮、冷却液等条件的不同，会使得修磨后刀具的加工性能变化率V也有所差异，即修磨后刀具的加工性能下降比例C也有所差异，而通过本发明中的方法可以针对不同的修磨工艺，确定出其所对应的刀具单次最大修磨厚度。
通过本发明中的方法分别对同一型号的修磨后刀具和初始刀具进行压痕试验，并根据压痕区域的对角线长度变化率以及裂纹长度的变化率来反应修磨后刀具的加工性能变化比率V，并根据修磨后刀具的加工性能变化比率V计算得到修磨后刀具的加工性能下降比例C，当C＝0.1时对应的修磨后刀具的修磨厚度为单次最大修磨厚度，通过此方法可以得到在某一修磨工艺下，该型号的刀具所对应的单次最大修磨厚度，后续再对该型号的刀具进行修磨时，能够根据该单次最大修磨厚度合理控制修磨量，避免修磨后刀具的加工性能出现急剧下降的现象。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种刀具单次最大修磨厚度的评估方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1、选取初始刀具，初始刀具为未修磨刀具，且初始刀具的型号与修磨后刀具的型号相同，采用同一压力分别将修磨后刀具和初始刀具作为被测刀具进行压痕试验，修磨后刀具的压痕区域位于修磨后刀具的修磨区域内，压痕试验过程采用的压头为四棱锥形压头；
步骤2、测量所述修磨后刀具压痕区域的对角线长度a1、对角线延长线上所产生的裂纹长度b1，以及测量所述初始刀具压痕区域的对角线长度a2、对角线延长线上所产生的裂纹长度b2；
步骤3、计算对角线长度变化比率V1，V1＝a1/a2，计算裂纹长度变化比率V2，V2＝b1/b2，得到修磨后刀具的加工性能变化比率V，V＝max{V1，V2}；
步骤4、根据修磨后刀具的加工性能变化比率V，计算修磨后刀具的加工性能下降比例C，C＝V-1，当C＝0.1时对应的修磨后刀具的修磨厚度为单次最大修磨厚度。
2.根据权利要求1所述的刀具单次最大修磨厚度的评估方法，其特征在于，所述被测刀具为回转类刀具，在步骤1中进行压痕试验时，使所述压头的中心线与被测刀具的回转轴线垂直相交，且在压痕区域内，使压头的两个棱边在被测刀具表面形成的压痕与被测刀具的回转轴线在同一平面，另外两个棱边在被测刀具表面形成的压痕所在的平面与所述回转轴线垂直。
3.根据权利要求2所述的刀具单次最大修磨厚度的评估方法，其特征在于，在步骤2中，
对于所述修磨后刀具，将其压痕区域内与修磨后刀具的回转轴线在同一平面的对角线长度作为a1，将与回转轴线在同一平面的对角线延长线上的两条裂纹长度的平均值作为b1；
对于所述初始刀具，将其压痕区域内与初始刀具的回转轴线在同一平面的对角线长度作为a2，将与回转轴线在同一平面的对角线延长线上的两条裂纹长度的平均值作为b2。
4.根据权利要求1所述的刀具单次最大修磨厚度的评估方法，其特征在于，所述被测刀具为平面类刀具，在步骤1中进行压痕试验时，使所述压头的中心线与被测刀具的刀片表面垂直，且在压痕区域内，使压头的两个棱边在被测刀具表面形成的压痕与被测刀具的刃口区域的中分线在同一平面。
5.根据权利要求4所述的刀具单次最大修磨厚度的评估方法，其特征在于，在步骤2中，
对于所述修磨后刀具，将其压痕区域内的两条对角线长度的平均值作为a1，将两条对角线延长线上的四条裂纹长度的平均值作为b1；
对于所述初始刀具，将其压痕区域内的两条对角线长度的平均值作为a2，将两条对角线延长线上的四条裂纹长度的平均值作为b2。
6.根据权利要求2所述的刀具单次最大修磨厚度的评估方法，其特征在于，所述压痕区域接近所述被测刀具的主切削刃的一侧。
7.根据权利要求2所述的刀具单次最大修磨厚度的评估方法，其特征在于，所述回转类刀具为立铣刀或钻头。
8.根据权利要求4所述的刀具单次最大修磨厚度的评估方法，其特征在于，所述压痕区域接近所述被测刀具的刃口的一侧。
9.根据权利要求4所述的刀具单次最大修磨厚度的评估方法，其特征在于，所述平面类刀具为车刀刀片或铣刀刀片。
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