一种刀具刃口的喷砂钝化方法及装置

1.本发明涉及工业刀具制造技术领域，具体涉及一种刀具刃口的喷砂钝化方法及装置。


背景技术：

2.随着制造业的发展，切削加工向着高速、智能和环保的方向不断拓展，与传统的切削方式相比，现有的切削加工技术在切削效率、切削力和加工质量等方面具有显著提升，但对于部分加工材料，依旧存在刀具的切削效率低和刀具耐用度较低的问题。
3.在刀具制备过程中，经磨削加工后成型的切削刀具，刃口表面有锯齿状纹路和微小凹坑，表面不平整，影响刃口强度，且容易在切削过程中出现震颤而导致刃口部分受力不均，影响刀具的耐用度，因此在实际生产过程中会对刀具刃口进行再加工制备，提高刃口表面质量。
4.因此，经磨削加工成型形的切削刀具，需要对刀具刃口的微观形貌进行精细、超精细深度加工，如何提升刀具刃口强度成为该技术领域技术人员亟须解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，有必要提供一种刀具刃口的喷砂钝化方法及装置，以解决现有刀具刃口强度较低，耐用性差的问题。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种刀具刃口的喷砂钝化方法，包括：
7.对待加工刀具进行喷砂预处理，除去刀具表面的污染物；
8.将经过喷砂预处理的待加工刀具固定在钝化设备的目标位置；
9.选择钝化设备中喷砂单元的运行参数，依据刀具处理目标确定喷砂参数，喷砂参数包括初始喷砂距离、喷砂角度、喷砂时间和喷砂压强中的至少一种；
10.基于运行参数和喷砂参数对待加工刀具进行喷砂处理；
11.对经过喷砂钝化处理后的刀具进行清洗和烘干。
12.在一种可能的实现方式中，喷砂单元的喷砂磨料包括钨钢磨料、氮化硅磨料和白刚玉磨料中的至少一种；
13.其中，喷砂磨料之间通过弹性粘接剂粘接。
14.在一种可能的实现方式中，弹性粘接剂的制备材料为聚氨酯海绵状弹性体。
15.在一种可能的实现方式中，钝化设备为机器人自动钝化设备。
16.在一种可能的实现方式中，喷砂单元包括六自由度机械手、导砂组件和喷砂管，选择钝化设备中喷砂单元的运行轨迹包括：
17.基于六自由度机械手和数控单元的联合控制，调节六自由度机械手的运行轨迹、运行速度及导砂组件在喷砂管的偏转方向。
18.在一种可能的实现方式中，喷砂单元还包括调节组件，数控单元设置在钝化设备的机箱上，用于控制导砂组件和调节组件的工作状态，数控单元的输出端与调节组件的微
型电机通信连接，用于调整调节组件的调节参数；
19.其中，数控单元通过控制调节组件的电机启停以控制喷砂单元的喷砂压强。
20.在一种可能的实现方式中，刀具处理目标为k值，依据刀具处理目标确定喷砂参数，包括：
21.设置固定喷砂距离为19mm-21mm，喷砂时间为3.5s-4.5s，喷砂压强为0.11mpa-0.13mpa；
22.当刀具目标k值为1.08-1.1时，选择喷砂角度为18
°‑
22
°
；
23.当刀具目标k值为1.04-1.06时，选择喷砂角度为38
°‑
42
°
；
24.当刀具目标k值为0.99-1.01时，选择喷砂角度为58
°‑
62
°
。
25.在一种可能的实现方式中，刀具处理目标为k值，依据刀具处理目标确定喷砂参数，包括：
26.设置固定喷枪距离为19mm-21mm，喷砂角度为38
°‑
42
°
，喷砂压强为0.11mpa-0.13mpa；
27.当刀具目标k值为1.03-1.07时，选择喷砂时间为3.5s-4.5s；
28.当刀具目标k值为1.14-1.18时，选择喷砂时间为6.5s-7.5s；
29.当刀具目标k值为1.09-1.13时，选择喷砂时间为9.5s-10.5s。
30.在一种可能的实现方式中，刀具处理目标为k值，依据刀具处理目标确定喷砂参数，包括：
31.设置固定喷枪距离为19mm-21mm，喷砂角度为58
°‑
62
°
，喷砂压强为9.5s-10.5s；
32.当刀具目标k值为0.96-1.0时，选择喷砂压强为0.1mpa-0.14mpa；
33.当刀具目标k值为0.83-0.87时，选择喷砂压强为0.16mpa-0.2mpa；
34.当刀具目标k值为1.15-1.19时，选择喷砂压强为0.22mpa-0.26mpa。
35.为了解决上述问题，本发明还提供了一种刀具刃口的喷砂钝化装置，包括：
36.喷砂预处理模块，用于对待加工刀具进行喷砂预处理，除去刀具表面的污染物；
37.固定模块，将经过喷砂预处理的待加工刀具固定在钝化设备的目标位置；
38.参数选择模块，用于选择钝化设备中喷砂单元的运行参数，依据刀具处理目标确定喷砂参数，喷砂参数包括初始喷砂距离、喷砂角度、喷砂时间和喷砂压强中的至少一种；
39.喷砂模块，用于基于运行参数和喷砂参数对待加工刀具进行喷砂处理；
40.喷砂后处理模块，用于对经过喷砂钝化处理后的刀具进行清洗和烘干。
41.采用上述实施例的有益效果是：在进行喷砂处理之前，对刀具刃口进行预处理，能够去除刀具表面的油污、粘附物、氧化皮，避免对喷砂磨料产生污染；根据刀具处理目标确定喷砂参数，能够最大化的提升刀具刃口强度，保证钝化效果，获得规整的倒圆刃口，提高刃口强度和圆弧均匀性，同时去除了刃口边缘区域毛刺，防止应力集中，提高刀具寿命；在喷砂后进行清洗和烘干，能够去除刀具表面残留的杂质，保证刀具表面清洁，提升刀具表面光洁度的同时，使得刀具在切削过程中表面的摩擦系数降低，延长刀具的使用寿命。
附图说明
42.为了更清除地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于
本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
43.图1为本发明提供的一种刀具刃口的喷砂钝化方法的一个实施例的流程示意图；
44.图2为本发明提供的一种刀具刃口的喷砂钝化方法中不同喷砂参数下的k值测量示意图；
45.图3为本发明提供的一种刀具刃口的喷砂钝化方法中喷砂时间为3.5s-4.5时不同喷砂角度和压强下的k值测量图；
46.图4为本发明提供的一种刀具刃口的喷砂钝化方法中喷砂时间为6.5s-7.5时不同喷砂角度和压强下的k值测量图；
47.图5为本发明提供的一种刀具刃口的喷砂钝化方法中喷砂时间为9.5s-10.5s时不同喷砂角度和压强下的k值测量图；
48.图6为本发明提供的一种刀具刃口的喷砂钝化装置的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
49.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
50.附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器系统和/或微控制器系统中实现这些功能实体。
51.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其他实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其他实施例相结合。
52.目前，提高刀具性能的最有效的方法是对刀具进行表面强化处理来改善材料的综合性能。常用的刀具刃口表面强化方法包括机械强化、表面薄膜强化、表面热处理等。机械强化方式有喷丸、滚压和冷挤压等，械强化是利用机械方式使金属表面层发生塑性变形，从而在表面形成一定深度的强化层，刀具表面强化主要应用的是喷砂强化处理的方法。但机械喷砂强化对于小凹槽、圆角等有应力集中的局部疲劳区来说，处理起来比较困难，且加工时工艺参数较多，不易控制，精度较低。表面薄膜强化方法包括电镀技术和表面涂层技术。电镀技术存在表面薄膜厚度不易控制，工艺处理时间较长等缺点。表面涂层技术制造的涂层刀具在实际加工过程中易破损，而且涂层技术存在工艺复杂，对设备要求高，周期较长，生产成本高等缺点。此外，还有离子注入、表面热处理、渗元素法、激光热加工和复合强化工艺等方法，但均存在一定的弊端。
53.喷砂以压缩空气为动力，将磨料高速喷射到需要喷砂处理的工件表面，磨料的冲击和切削作用使工件表面获得一定的清洁度和粗糙度。按磨料介质所处环境可将喷砂工艺分为干喷砂和湿喷砂。通过使用微细磨料，连续送料装置和掩膜技术，将精密加工理论引入
普通喷砂工艺，发展成了一种非常具有应用前景的加工技术——微磨料空气喷射加工技术，简称微喷砂。
54.喷砂在改变涂层粗糙度值大小的同时，还改善了涂层表面粗糙度的一致性、均匀性。零/部件的疲劳失效多由循环应力造成，而拉应力导致微裂纹扩展，这将加速零/部件的疲劳失效。通过对涂层刀具表面进行喷砂处理后可产生压应力，抑制微裂纹扩展，有效延缓涂层疲劳失效。
55.传统的硬质磨料喷砂由于棱角多、硬度大、脆性大等特点，在生产中往往会出现表材料面过度去除而造成实际处理效果下降或磨料破碎而造成车间粉尘扩散等一系列的问题。因此，人们陆续发明了湿法喷砂、水喷砂、旋转轮式机械喷砂和真空喷砂等表面处理方法，以应对上述问题。尽管这些新的喷砂方法对上述污染和损耗现象有所缓解，但是并没有从根本上解决问题，本发明提供的刀具刃口的喷砂钝化方法及装置能够有效解决上述问题，下面通过实施例进行具体说明。
56.图1为本发明提供的一种刀具刃口的喷砂钝化方法的一个实施例的流程示意图。
57.参照图1，本发明实施例提供了一种刀具刃口的喷砂钝化方法，包括：
58.s101、对待加工刀具进行喷砂预处理，除去刀具表面的污染物；
59.s102、将经过喷砂预处理的待加工刀具固定在钝化设备的目标位置；
60.s103、选择钝化设备中喷砂单元的运行参数，依据刀具处理目标确定喷砂参数，喷砂参数包括初始喷砂距离、喷砂角度、喷砂时间和喷砂压强中的至少一种；
61.s104、基于运行参数和喷砂参数对待加工刀具进行喷砂处理；
62.s105、对经过喷砂钝化处理后的刀具进行清洗和烘干。
63.采用上述实施例的有益效果是：在进行喷砂处理之前，对刀具刃口进行预处理，能够去除刀具表面的油污、粘附物、氧化皮，避免对喷砂磨料产生污染；根据刀具处理目标确定喷砂参数，能够最大化地提升刀具刃口强度，保证钝化效果，获得规整的倒圆刃口，提高刃口强度和圆弧均匀性，同时去除了刃口边缘区域毛刺，防止应力集中，提高刀具寿命；在喷砂后进行清洗和烘干，能够去除刀具表面残留的杂质，保证刀具表面清洁，提升刀具表面光洁度的同时，使得刀具在切削过程中表面的摩擦系数降低，延长刀具的使用寿命。
64.在一种实施例中，待加工刀具上设置有氮化铝钛涂层。
65.进一步的，喷砂单元的喷砂磨料包括钨钢磨料、氮化硅磨料和白刚玉磨料中的至少一种；
66.其中，喷砂磨料之间通过弹性粘接剂粘接。
67.具体地，使用弹性喷砂磨料进行喷砂即针对传统喷砂缺陷提出的一种新型刀具刃口表面的处理工艺，不仅能钝化刃口，同时还能降低粗糙度。弹性喷砂的磨料是用弹性粘接材料作为弹性粘接剂，将不同规格的喷砂磨料颗粒粘接在一起形成砂团。这种含有磨料的弹性体砂团在压缩空气的推动下冲击金属表面时，砂团的弹性缓冲了冲击力，不会产生传统硬质磨料喷砂时出现的刀具表面过度去除、磨料破碎、粉尘飞扬、噪声刺耳等问题，从而显著改善喷砂作业的效果以及作业环境。
68.弹性喷砂主要通过高压气体喷射弹性体撞击工件，从而达到对工件表面改性的目的。相较于传统的激光切割方法会导致刀具刃口表面的机械性能发生变化，由于弹性喷砂磨料对刀具刃口表面的冲击和切削作用，使刀具刃口的表面获得一定的清洁度和不同的粗
0.13mpa；
86.当刀具目标k值为1.08-1.1时，选择喷砂角度为18
°‑
22
°
；
87.当刀具目标k值为1.04-1.06时，选择喷砂角度为38
°‑
42
°
；
88.当刀具目标k值为0.99-1.01时，选择喷砂角度为58
°‑
62
°
。
89.参照图4，刀具处理目标为k值，依据刀具处理目标确定喷砂参数，包括：
90.设置固定喷枪距离为19mm-21mm，喷砂角度为38
°‑
42
°
，喷砂压强为0.11mpa-0.13mpa；
91.当刀具目标k值为1.03-1.07时，选择喷砂时间为3.5s-4.5s；
92.当刀具目标k值为1.14-1.18时，选择喷砂时间为6.5s-7.5s；
93.当刀具目标k值为1.09-1.13时，选择喷砂时间为9.5s-10.5s。
94.参照图5，刀具处理目标为k值，依据刀具处理目标确定喷砂参数，包括：
95.设置固定喷枪距离为19mm-21mm，喷砂角度为58
°‑
62
°
，喷砂压强为9.5s-10.5s；
96.当刀具目标k值为0.96-1.0时，选择喷砂压强为0.1mpa-0.14mpa；
97.当刀具目标k值为0.83-0.87时，选择喷砂压强为0.16mpa-0.2mpa；
98.当刀具目标k值为1.15-1.19时，选择喷砂压强为0.22mpa-0.26mpa。
99.基于不同刀具刃口的目标k值，能够获取与刀具处理目标匹配的喷砂参数，进而能够有效地提升刀具刃口的强度和耐用性。
100.图6为本发明提供的一种刀具刃口的喷砂钝化装置的一个实施例的结构示意图。
101.参照图6，本发明还提供了一种刀具刃口的喷砂钝化装置，包括：
102.喷砂预处理模块61，用于对待加工刀具进行喷砂预处理，除去刀具表面的污染物；
103.固定模块62，将经过喷砂预处理的待加工刀具固定在钝化设备的目标位置；
104.参数选择模块63，用于选择钝化设备中喷砂单元的运行参数，依据刀具处理目标确定喷砂参数，喷砂参数包括初始喷砂距离、喷砂角度、喷砂时间和喷砂压强中的至少一种；
105.喷砂模块64，用于基于运行参数和喷砂参数对待加工刀具进行喷砂处理；
106.喷砂后处理模块65，用于对经过喷砂钝化处理后的刀具进行清洗和烘干。
107.采用上述实施例的有益效果是：在进行喷砂处理之前，喷砂预处理模块61对刀具刃口进行预处理，能够去除刀具表面的油污、粘附物、氧化皮，避免对喷砂磨料产生污染；固定模块62将经过喷砂预处理的待加工刀具固定在钝化设备的目标位置；参数选择模块63根据刀具处理目标确定喷砂参数，能够最大化地提升刀具刃口强度，保证钝化效果，获得规整的倒圆刃口，提高刃口强度和圆弧均匀性，同时去除了刃口边缘区域毛刺，防止应力集中，提高刀具寿命；喷砂模块64基于喷砂单元对待加工刀具进行喷砂处理；喷砂后处理模块65在喷砂后进行清洗和烘干，能够去除刀具表面残留的杂质，保证刀具表面清洁，提升刀具表面光洁度的同时，使得刀具在切削过程中表面的摩擦系数降低，延长刀具的使用寿命。
108.上述实施例提供的是刀具刃口的加工装置可实现上述刀具刃口的加工方法实施例中描述的技术方案，上述各模块或单元具体实现的原理可参见刀具刃口的加工方法实施例中的相应内容，此处不再赘述。
109.以上对本发明所提供的一种刀具刃口的喷砂钝化方法及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于
帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种刀具刃口的喷砂钝化方法，其特征在于，包括：对待加工刀具进行喷砂预处理，除去刀具表面的污染物；将经过喷砂预处理的待加工刀具固定在钝化设备的目标位置；选择所述钝化设备中喷砂单元的运行参数，依据刀具处理目标确定喷砂参数，所述喷砂参数包括初始喷砂距离、喷砂角度、喷砂时间和喷砂压强中的至少一种；基于所述运行参数和所述喷砂参数对所述待加工刀具进行喷砂处理；对经过喷砂钝化处理后的刀具进行清洗和烘干。2.根据权利要求1所述的刀具刃口的喷砂钝化方法，其特征在于，所述喷砂单元的喷砂磨料包括钨钢磨料、氮化硅磨料和白刚玉磨料中的至少一种；其中，所述喷砂磨料之间通过弹性粘接剂粘接。3.根据权利要求2所述的刀具刃口的喷砂钝化方法，其特征在于，所述弹性粘接剂的制备材料为聚氨酯海绵状弹性体。4.根据权利要求1所述的刀具刃口的喷砂钝化方法，其特征在于，所述钝化设备为机器人自动钝化设备。5.根据权利要求1所述的刀具刃口的喷砂钝化方法，其特征在于，所述喷砂单元包括六自由度机械手、导砂组件和喷砂管，所述选择所述钝化设备中喷砂单元的运行轨迹包括：基于所述六自由度机械手和数控单元的联合控制，调节所述六自由度机械手的运行轨迹、运行速度及所述导砂组件在所述喷砂管的偏转方向。6.根据权利要求5所述的刀具刃口的喷砂钝化方法，其特征在于，所述喷砂单元还包括调节组件，所述数控单元设置在所述钝化设备的机箱上，用于控制所述导砂组件和所述调节组件的工作状态，所述数控单元的输出端与所述调节组件的微型电机通信连接，用于调整所述调节组件的调节参数；其中，所述数控单元通过控制所述调节组件的电机启停以控制所述喷砂单元的喷砂压强。7.根据权利要求1所述的刀具刃口的喷砂钝化方法，其特征在于，所述刀具处理目标为k值，所述依据刀具处理目标确定喷砂参数，包括：设置固定喷砂距离为19mm-21mm，喷砂时间为3.5s-4.5s，喷砂压强为0.11mpa-0.13mpa；当所述刀具目标k值为1.08-1.1时，选择喷砂角度为18
°‑
22
°
；当所述刀具目标k值为1.04-1.06时，选择喷砂角度为38
°‑
42
°
；当所述刀具目标k值为0.99-1.01时，选择喷砂角度为58
°‑
62
°
。8.根据权利要求1所述的刀具刃口的喷砂钝化方法，其特征在于，所述刀具处理目标为k值，所述依据刀具处理目标确定喷砂参数，包括：设置固定喷枪距离为19mm-21mm，喷砂角度为38
°‑
42
°
，喷砂压强为0.11mpa-0.13mpa；当所述刀具目标k值为1.03-1.07时，选择喷砂时间为3.5s-4.5s；当所述刀具目标k值为1.14-1.18时，选择喷砂时间为6.5s-7.5s；当所述刀具目标k值为1.09-1.13时，选择喷砂时间为9.5s-10.5s。9.根据权利要求1所述的刀具刃口的喷砂钝化方法，其特征在于，所述刀具处理目标为k值，所述依据刀具处理目标确定喷砂参数，包括：
设置固定喷枪距离为19mm-21mm，喷砂角度为58
°‑
62
°
，喷砂压强为9.5s-10.5s；当所述刀具目标k值为0.96-1.0时，选择喷砂压强为0.1mpa-0.14mpa；当所述刀具目标k值为0.83-0.87时，选择喷砂压强为0.16mpa-0.2mpa；当所述刀具目标k值为1.15-1.19时，选择喷砂压强为0.22mpa-0.26mpa。10.一种刀具刃口的喷砂钝化装置，其特征在于，包括：喷砂预处理模块，用于对待加工刀具进行喷砂预处理，除去刀具表面的污染物；固定模块，将经过喷砂预处理的待加工刀具固定在钝化设备的目标位置；参数选择模块，用于选择所述钝化设备中喷砂单元的运行参数，依据刀具处理目标确定喷砂参数，所述喷砂参数包括初始喷砂距离、喷砂角度、喷砂时间和喷砂压强中的至少一种；喷砂模块，用于基于所述运行参数和所述喷砂参数对所述待加工刀具进行喷砂处理；喷砂后处理模块，用于对经过喷砂钝化处理后的刀具进行清洗和烘干。

技术总结
本发明提供了一种刀具刃口的喷砂钝化方法及装置，该方法包括：对待加工刀具进行喷砂预处理，除去刀具表面的污染物；将经过喷砂预处理的待加工刀具固定在钝化设备的目标位置；选择所述钝化设备中喷砂单元的运行参数，依据刀具处理目标确定喷砂参数；基于喷砂单元对所述待加工刀具进行喷砂处理；在喷砂钝化处理后，对刀具进行清洗和烘干。本发明能够提升刀具刃口强度，保证钝化效果，获得规整的倒圆刃口，提高刃口强度和圆弧均匀性，同时去除了刃口边缘区域毛刺，防止应力集中，提高刀具寿命。提高刀具寿命。提高刀具寿命。


技术研发人员：庄可佳 李英 吴志正 万礼扬 邓斌
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/9/14