数控刀片表面处理及制备

数控刀片表面处理及制备

贺鹏

株洲欧科亿数控精密刀具股份有限公司 湖南株洲 412000

摘要：近年来我国综合国力的不断增强，工业的迅猛发展，涌现出大量的工业企业。现有数控刀片表面处理主要由毛刷抛光和滚刷钝化两个工艺完成，效率和合格率低。各种实验表明，涂层前湿喷砂处理可以去除刀片表面的氧化皮及污染物等，提高涂层表面附着力;涂层后喷砂处理可以减小涂层内应力，降低涂层剥落几率，获得光亮的表面;经钝化后的刀具能有效提高刃口强度、提高刀具寿命和切削过程的稳定性。为了缩短工艺流程、提高生产效率，有必要开发满足大批量刀片前后工艺处理及清洗、烘干需要，且符合刀片产品质量要求的高度自动化湿式喷砂机。本文就数控刀片表面处理及制备展开探讨。

关键词：数控刀片；表面处理；制备  

引言

数控机床的应用反映了一个国家机械工业的水平。数控机床迅速普及，数控刀具供不应求的矛盾非常尖锐。由于我国数控刀具研究工作起步晚，对硬质合金数控刀片加工性能、硬质合金材料去除机理、高效率批量生产精密级数控刀片和精化刀具等应用基础研究课题，尚未进行系统的研究。

1湿式喷砂制备难点解决方案

1. 可用砂浓度的保持及解决措施。浆料浓度和浆料可用砂浓度直接影响刀片的清洗清理钝化效果。在喷砂过程中，有效砂在压缩空气的推动下作用在刀片表面后破碎，无法再次使用，因此使用分离系统将碎砂分离后，使整个系统的浆料浓度变低，因此需配备自动补水和补砂系统。该设备主要通过设计和制作碎砂分离桶，利用上升和下降的速度差实现碎砂分离。当碎砂颗粒的下降速度低于向上浆料流速度时，碎砂会从桶顶节流口流出;当细砂颗粒的下降速度高于向上浆料速度时，较粗颗粒会从桶底节流口流回浆料池继续使用;而装在喷砂泵检测支路的浆料流量计可定时地监测喷砂泵浆料流的质量流量和密度，通过公式计算出浆料池内氧化铝浆料的体积浓度，进而换算出自动补砂时间。自动补砂系统通过高速气流(根据文丘里管原理)，将补砂箱的砂子颗粒补充到浆料池内，补水时间则通过控制电磁阀开关时间控制。（2）喷砂管路用聚氨酯喷砂枪及接头制作。聚氨酯橡胶的抗磨性能显著优于其他材料，特别是在有水、油等液体介质存在的湿摩擦过程中，其相对抗磨耗比值为低碳钢的6倍，为橡胶的10倍。由于国内聚氨酯接头的生产尚属空白，而进口聚氨酯接头成本昂贵，为了进一步降低研发成本，本制备通过开发喷砂嘴、喷砂泵、三通和弯头等聚氨酯配件替代进口聚氨酯配件，进一步提高设备稳定性。（3）喷砂用压缩空气的压力值和压缩空气质量控制。刀片喷砂时，借助压缩空气动力使浆料强力冲刷到刀片表面，起到清洗、抛光和钝化的效果。而压缩空气是浆料流的动力源，其压力值及质量直接影响到刀片的最终喷砂钝化效果。该制备主要通过增加一个比例调压阀和一个气动调压阀来实现比例调压阀的输出压力并作用在气动调压阀的先导口。通过调节气动调压阀气动口大小，进而实现对喷砂用压缩空气支路进行调压。装在气动调压阀末端的压力开关可以检测得出调压后的压力信号，再反馈给比例调压阀，如此闭环控制可以对喷砂用压缩空气压力值精准控制在±0．1bar。而装在压缩空气的进气端装有精细过滤器(过滤精度5μm)，可有效过滤压缩空气所含的水份和杂质。

2选用优化对比

当确定好合适的外观结构、微观尺寸，以及保证刀片生产质量后，更重要的是选择适用的涂层。对加工不锈钢而言，涂层的光滑性显得尤为重要。这样能很大程度上避免积屑瘤的产生，刀片外表涂层的光滑性很容易通过人的触碰感觉的到，而刀具公司则需通过大量切削试验，分别针对不同产品、不同工况，层层筛选出最适合的涂层，建立批量试刀数据模型，最终确定出通用性强的产品。

3视觉装置设计

视觉装置是移栽系统的眼睛，为移栽系统提供数控刀片的定位坐标。视觉装置在工业体系中的应用已经非常成熟，硬件主要包括取像镜头、数据采集卡、光源，软件主要图像处理。移栽设备中，视觉装置主要作用是提供刀片的位置坐标：工业镜头移动到刀片上方（也可以刀片移动到镜头上方）拍照后，视觉装置的数据采集卡采集数据，传输给图像处理软件，软件分析处理数据后，初步识别照片，然后使用刀片的CAD轮廓图去匹配，通过匹配结果，再计算出刀片中心点的相对位置坐标（刀片的中心点坐标与机械手的相对位置），最后把精准的相对位置坐标传送给机械手，机械手按照坐标位置，抓取刀片。图像处理主要使用了模糊算法、金字塔算法、二值阀算法等综合算法，最后计算出精确位置坐标。视觉装置的位置直接影响移栽系统的效率。移栽设备的视觉装置，可以分静态视觉装置和动态视觉装置：静态实际装置是取像镜头是固定安装的，整个过程中，取像镜头在定点位置不动，需要机械手抓取产品后，移动到镜头前进行取像定位，适合定位放置产品；动态视觉装置是取像镜头安装在机械手头部，取像镜头随机械手移动，给产品取像定位，适合于产品抓取定位。移栽系统中，需要使用动态视觉装置抓取刀片，根据机械手移动路径的长短、视觉取像的时间和图形处理的时间、刀片放置位置等来设计其安装位置；静态视觉装置用来定位放置刀片，依据Za/Ca轴位置、吸头位置、视觉取像的时间和图形处理的时间、刀片摆放料盘中的间隔等来设计其安装位置。

4数控刀片智能制造

1. 可无限升级的制造平台。相比一些大型工业产品的制造，数控刀片的新品研发周期短，开发新技术和引进新设备更为频繁，由此导致的一个普遍现象就是生产线上的各个工艺点都在轮番进行技术改造。连接生产单元还只是一个开端，对于现有生产线的智能化升级中，既有引进新设备时就已经充分设定，也有对于老机型的改造，而要实现持续性的互联互通就必须一开始就建立可升级的平台。如果同一设备供应商前后体系不兼容或者引进了全新的体系，就会形成新的孤岛。智能化的数控刀片生产线建立一个广泛适用的软硬件体系，搭建起一个无限升级的平台。某国内知名数控装备系统供应商开发的iNC智能化系统，通过温度、振动、视觉等传感器形成数据源，通过大数据深度学习形成策略积累和共享，最重要的是云管家模块可在无需升级控系统的情况下直接部署。国内知名数控刀片制造商的智能车间项目将ERP、PLM、CRM和MES这些基于不同平台开发的软件系统融合到统一的云计算平台上来，并建立开放式兼容接口，以此形成的软件矩阵平台在深度学习、AI辅助制造管理上走在行业前列。（2）构建跨企业的工业网络。数控刀片作为工业产品，在与企业客户建立战略合作伙伴关系过程中，跨企业的工业网络将是将智能工厂发挥效能最大化的平台。可以预见的是其在刀片定制、订单管理、质量控制等方面具有相当广阔的应用前景。相对于数控刀片生产的上游供应商，经过滤出商业机密后将数控刀片生产线的订单情况用于支撑原辅材料供应商安排相应的生产计划，具备更好的前瞻性。同时数控刀片的生产计划的预测源于下游客户的生产需求，而下游客户又有进一步的下游客户，如此形成企业间的工业网络，将大量提高整个制造体系的生产组织效率。典型的应用案例如有砂轮供应商在重点客户处建立物流数据接口用于动态预测需求；也有设备供应商在重点客户处建立信息平台，用于维修备件的备库和制定服务工程师的访问计划。企业间的合作工业网络雏形初显，未来云计算网络将会不断的将体系中的各个工厂连通。

结语

数控刀片表面喷砂处理不仅可以获得刀片表面光亮的外观，还可对刀片刃口进行钝化，缩短刀片表面处理工艺。其在刀片工艺的开发及规模化生产上均优于其它形式的刃口钝化，深入掌握湿喷砂机的核心技术，可促进数控刀片表面及刃口处理的技术发展。

参考文献

［1］刘华林，陈守强．硬质合金刀片刃口钝化方法的试验研究［J］．工具技术，2018(6):50－53．

［2］李雅莉．超声波清洗的原理和实际应用［J］．清洗世界，2018(7):31－35．

［3］陈志文．聚氨酯耐磨橡胶在选矿生产中的应用［J］．江西有色金属，2019(4):35－37．