眾所周知，刀具切削刃的幾何形狀是決定其加工效率的關(guān)鍵因素。一般而言，增大切削刃的鈍圓半徑有助于更高效地切除金屬材料，并延長(zhǎng)刀具壽命?？蒲袡C(jī)構(gòu)和刀具制造商已對(duì)其中的機(jī)理進(jìn)行了詳盡的研究。

　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，帶有磨削缺陷和毛刺的鋒利切削刃在切削初始階段很容易發(fā)生崩刃，造成局部刃口加速破損。對(duì)切削刃周?chē)Σ良羟袘?yīng)力的詳細(xì)分析表明，切屑厚度隨著切削刃鈍圓半徑的增大而減小。加大刃口鈍圓半徑可以大大減少刀具與切屑的接觸長(zhǎng)度和熱量聚積，從而減緩刀具磨損。圖1濕式噴砂機(jī)1現(xiàn)代刀具依靠超硬表面涂層（如TiN或CrN涂層）來(lái)提高其切削性能。采用物理氣相沉積（PVD）或化學(xué)氣相沉積（CVD）工藝涂覆的這些涂層可以顯著提高刀具切削刃的硬度和耐用性。由于這些涂層的硬度（高達(dá)HV3400）通常要比基體材料的硬度（硬質(zhì)合金約為HV1700）高一倍，因此，涂層與基體之間的粘附性往往成為刀具壽命的限制因素之一。

　　因此，刀具基體的刃口鈍圓半徑及其表面光潔度對(duì)于刀具的最終性能至關(guān)重要。涂層沉積工藝趨向于在較鋒利的刃口處沉積更多的材料。因此，較小的刃口鈍圓半徑會(huì)吸引較厚的沉積物。由于切削工件時(shí)該區(qū)域會(huì)承受極大的應(yīng)力，因此更容易產(chǎn)生裂紋，成為隨后加速破損的起始點(diǎn)。

　　為了最大限度地提高涂層與基體之間的粘附性，基體表面必須非常潔凈。在一項(xiàng)名為“通過(guò)微噴砂改善硬質(zhì)合金刀片上高粘附性PVD薄膜的切削性能”的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，僅僅通過(guò)磨削并不能提供獲得良好涂層粘附性所需的理想表面光潔度。因此，刀片通常需要進(jìn)行磨削+微噴砂或拋光+微噴砂處理。研究發(fā)現(xiàn)，拋光+微噴砂處理的效果更好（在這兩種處理方法中，微噴砂均采用干式噴砂）。圖2工作中的噴砂頭在該研究項(xiàng)目中，刀片表面粘附性的測(cè)量方式是進(jìn)行重復(fù)傾斜沖擊測(cè)試，直至表面破損。也可以采用對(duì)比測(cè)試法（簡(jiǎn)單的C洛氏硬度測(cè)試法）來(lái)觀察壓痕周?chē)钠茡p情況。涂層的粘附性從HF1到HF6分為6個(gè)等級(jí)（HF1表示粘附性最好）。濕式微噴砂的一個(gè)主要好處是：可以從刀片表面去除過(guò)多的鈷結(jié)合劑，這些鈷結(jié)合劑可能會(huì)對(duì)表面涂層的粘附性產(chǎn)生不利影響。然而，采用毛刷刷或干噴砂的方式獲得刃口鈍圓半徑會(huì)在基體上積聚靜電，因此，必須將靜電吸附的碎屑或灰塵從刀片表面清除干凈。

　　為了獲得高質(zhì)量的涂層前預(yù)處理表面，可采用濕式噴砂來(lái)替代兩級(jí)拋光和干式噴砂處理工藝。采用濕式噴砂技術(shù)，可以達(dá)到HF1的涂層粘附性，而且刀具表面不會(huì)產(chǎn)生靜電或吸附灰塵。

　　采用濕式噴砂對(duì)硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行涂層前預(yù)處理（尤其是在噴砂處理后馬上進(jìn)行沖洗和干燥）的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)是：處理后的刀具表面極具活性。事實(shí)上，其表面活性如此之高，以至于現(xiàn)有的表面活性測(cè)量裝置（如測(cè)角系統(tǒng)或Dyne油墨測(cè)試法）無(wú)法對(duì)其進(jìn)行測(cè)定（因?yàn)槌^(guò)了儀器的測(cè)量閾值）。這種活性表面進(jìn)一步增強(qiáng)了涂層的結(jié)合力。成功進(jìn)行涂層前濕式噴砂處理的一個(gè)關(guān)鍵是通過(guò)工藝控制，確保清潔表面的一致性，包括進(jìn)行沖洗、在去離子（DI）水中漂洗并立即吹干。圖3噴砂處理后的刀片必須進(jìn)行清洗和干燥正如刀具基體得益于微噴砂處理工藝一樣，涂層刀具本身也從中受益非淺。上述項(xiàng)目的研究人員分別對(duì)采用磨削+微噴砂工藝和拋光+微噴砂工藝處理的硬質(zhì)合金銑刀片進(jìn)行了測(cè)試。對(duì)經(jīng)過(guò)涂后微噴砂處理的PVD薄膜的研究表明，涂層中存在一個(gè)材料變形大、納米硬度高的淺表層（其深度約為0.6μm）。工藝試驗(yàn)分別采用了兩種噴砂壓力（2巴和5巴），結(jié)果表明，5巴的噴砂壓力可以提高淺表層的硬度。

　　隨后，對(duì)涂層刀片進(jìn)行了銑削試驗(yàn)。試驗(yàn)中，測(cè)量了刀片的后刀面磨損，并將后刀面磨損達(dá)到0.2mm設(shè)定為刀具報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)磨削+微噴砂處理的刀片樣品的刀具壽命最多延長(zhǎng)了15％，而經(jīng)過(guò)拋光+微噴砂處理（可用濕式微噴砂預(yù)處理代替）的刀片樣品的刀具壽命最多延長(zhǎng)了70％（噴砂壓力為5巴時(shí)）。

　　通過(guò)檢查磨損痕跡，并對(duì)相關(guān)的應(yīng)力進(jìn)行有限元分析，確定了兩種截然不同的刀具失效模式。對(duì)于經(jīng)過(guò)磨削+微噴砂處理的刀具樣品，失效的主要原因是PVD涂層的粘附性不足；而對(duì)于拋光+微噴砂處理的刀具樣品，失效模式則是PVD涂層內(nèi)的疲勞所致。因此，為了通過(guò)涂后微噴砂提高PVD涂層的納米硬度，從而使加工效益最大化，還必須進(jìn)行合理的涂前預(yù)處理。

　　已經(jīng)上市的自動(dòng)化濕式噴砂生產(chǎn)線可以實(shí)現(xiàn)所有這些功能，包括刃口倒圓、PVD/CVD涂層的涂前和涂后處理、沖洗、去離子水漂清和后續(xù)干燥。為了美觀起見(jiàn)，刀片應(yīng)進(jìn)行噴霧沖洗、清洗和用熱空氣吹干，使其達(dá)到包裝入庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)。

　　通過(guò)濕式噴砂對(duì)一盤(pán)（200件）典型刀片進(jìn)行刃口倒圓處理的時(shí)間為4—20分鐘，取決于濕式噴砂機(jī)需要完成多少個(gè)工藝步驟。對(duì)涂層進(jìn)行涂前和涂后處理所需的時(shí)間約為刃口倒圓處理時(shí)間的1/2。