一、引言
在機械加工領域，刀具的鋒利度直接關系到切削加工的質(zhì)量、效率以及加工成本。CBN 刀具作為一種高性能的切削刀具，以其高硬度、高熱穩(wěn)定性和良好的耐磨性等特點，在切削難加工材料方面展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。然而，要充分發(fā)揮 CBN 刀具的潛力，深入研究其鋒利度的影響因素和評估方法具有極為重要的意義。
二、CBN 刀具鋒利度的影響因素
（一）刀具幾何參數(shù)
1.
前角
前角的大小對 CBN 刀具的鋒利度有著顯著影響。較大的正前角可以減小切削變形，使切屑更容易流出，從而在一定程度上提高刀具的鋒利感。但正前角過大可能會削弱刀具的強度，導致刀具容易破損。負前角則能增強刀具的強度，適用于切削高硬度材料，但會增加切削力和切削熱，對刀具鋒利度產(chǎn)生不利影響。
2.
3.
后角
后角主要作用是減少刀具后刀面與已加工表面之間的摩擦和磨損。合適的后角可以保持刀具刃口的鋒利性，防止后刀面磨損過快而使刀具變鈍。如果后角過小，后刀面與工件之間的摩擦增大，切削熱增加，容易引起刀具刃口的磨損和破損；后角過大則會降低刀具的強度和散熱能力。
4.
5.
刃口半徑
刃口半徑是衡量 CBN 刀具鋒利度的關鍵幾何參數(shù)之一。較小的刃口半徑意味著刀具刃口更加鋒利，能夠?qū)崿F(xiàn)更精細的切削，降低切削力和表面粗糙度。但過小的刃口半徑會使刀具刃口的強度降低，在切削過程中容易產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象。在實際應用中，需要根據(jù)加工材料的特性和加工要求合理選擇刃口半徑。
6.
（二）CBN 磨粒特性
1.
磨粒尺寸
CBN 磨粒的尺寸大小直接影響刀具的切削性能和鋒利度。較小尺寸的磨?？梢孕纬筛毭艿那邢魅校谇邢鲿r能夠產(chǎn)生較小的切削力和較好的表面加工質(zhì)量，有利于提高刀具的鋒利度。然而，過小的磨粒尺寸可能導致刀具的耐磨性下降，在長時間切削過程中容易磨損，影響刀具的使用壽命。
2.
3.
磨粒濃度
磨粒濃度是指 CBN 刀具中磨粒所占的體積比例。合適的磨粒濃度能夠保證刀具在切削過程中有足夠的切削刃參與切削，同時維持刀具的強度和耐磨性。磨粒濃度過高，會使刀具的結合劑相對減少，影響磨粒的把持力，容易導致磨粒脫落；磨粒濃度過低，則刀具的切削能力不足，鋒利度下降。
4.
5.
磨粒品質(zhì)
CBN 磨粒的品質(zhì)包括其硬度、韌性、結晶完整性等方面。高品質(zhì)的 CBN 磨粒具有更高的硬度和較好的韌性，能夠在切削過程中保持良好的切削性能，刃口不易破損，從而有助于保持刀具的鋒利度。例如，優(yōu)質(zhì)的 CBN 磨粒在切削高硬度合金材料時，能夠有效地抵抗切削力的沖擊和磨損，使刀具長時間保持鋒利的切削狀態(tài)。
6.
（三）刀具制造工藝
1.
燒結工藝
在 CBN 刀具的制造過程中，燒結工藝是關鍵環(huán)節(jié)。燒結溫度、壓力和時間等參數(shù)的控制對刀具的微觀結構和性能有著重要影響。合適的燒結工藝可以使 CBN 磨粒與結合劑之間形成良好的結合界面，提高刀具的整體強度和耐磨性，進而有利于保持刀具的鋒利度。如果燒結工藝不當，可能導致磨粒與結合劑結合不牢，在切削過程中磨粒容易脫落，使刀具刃口迅速變鈍。
2.
3.
刃磨工藝
刃磨工藝直接決定了 CBN 刀具的刃口質(zhì)量和鋒利度。先進的刃磨技術能夠精確控制刃口的幾何形狀和表面質(zhì)量，減少刃口的缺陷和微觀裂紋。例如，采用高精度的數(shù)控刃磨設備和合適的刃磨參數(shù)，可以獲得較小的刃口半徑和光滑的刃口表面，提高刀具的鋒利度。同時，刃磨過程中的冷卻和潤滑條件也會影響刃口的質(zhì)量，良好的冷卻潤滑可以避免刃口燒傷和磨損，保持刀具的鋒利性。
4.
三、CBN 刀具鋒利度的評估方法
（一）基于切削力的評估方法
切削力是切削過程中的重要物理量，與 CBN 刀具的鋒利度密切相關。當?shù)毒咪h利度較高時，切削變形較小，切削力相對較低。通過測量切削過程中的主切削力、進給力和切深抗力等分量，可以間接評估刀具的鋒利度。例如，在切削相同材料和加工參數(shù)條件下，如果某把 CBN 刀具的切削力明顯低于其他刀具，則可以推斷該刀具具有較高的鋒利度。然而，切削力還受到加工材料特性、切削參數(shù)等多種因素的影響，因此在使用切削力評估刀具鋒利度時，需要綜合考慮這些因素，建立合理的評估模型。
（二）利用表面粗糙度的評估手段
已加工表面的粗糙度是衡量 CBN 刀具切削性能和鋒利度的重要指標之一。鋒利的刀具能夠在工件表面形成較為光滑的加工表面，表面粗糙度值較小。在切削實驗中，可以使用表面粗糙度儀測量已加工表面的粗糙度參數(shù)，如算術平均粗糙度 Ra、輪廓高度 Rz 等。如果 CBN 刀具加工后的表面粗糙度滿足加工要求且數(shù)值較小，則說明該刀具具有較好的鋒利度。但需要注意的是，表面粗糙度除了受刀具鋒利度影響外，還與切削速度、進給量、切削深度等切削參數(shù)以及工件材料的性質(zhì)有關，所以在評估時需要對這些因素進行控制和分析。
（三）借助刀具磨損形態(tài)的分析方法
刀具在切削過程中的磨損形態(tài)能夠反映其鋒利度的變化情況。對于 CBN 刀具，常見的磨損形式有前刀面磨損、后刀面磨損、刃口崩刃和磨粒脫落等。當?shù)毒咪h利度較高時，在切削初期主要表現(xiàn)為輕微的后刀面磨損，隨著切削時間的增加，磨損逐漸均勻地發(fā)展。如果刀具出現(xiàn)嚴重的刃口崩刃或大量磨粒脫落現(xiàn)象，則表明刀具已經(jīng)變鈍。通過定期觀察和分析 CBN 刀具的磨損形態(tài)，可以判斷刀具的鋒利度狀態(tài)，并及時采取相應的措施，如更換刀具或調(diào)整切削參數(shù)等，以保證切削加工的質(zhì)量和效率。
四、實驗研究與結果分析
（一）實驗設計
為了深入研究 CBN 刀具鋒利度的影響因素和評估方法，設計了一系列切削實驗。實驗采用不同幾何參數(shù)（前角、后角、刃口半徑）、不同 CBN 磨粒特性（磨粒尺寸、濃度、品質(zhì)）以及不同制造工藝（燒結工藝和刃磨工藝）的 CBN 刀具，對特定的難加工材料（如淬硬鋼）進行切削加工。在切削過程中，測量切削力、表面粗糙度，并觀察刀具的磨損形態(tài)。
（二）結果分析
1.
刀具幾何參數(shù)對鋒利度的影響
實驗結果表明，在一定范圍內(nèi)，增大正前角可以降低切削力和表面粗糙度，提高刀具的鋒利度，但當正前角超過某一臨界值時，刀具的破損風險增加。合適的后角能夠有效減少后刀面磨損，保持刀具刃口的鋒利性，其中后角在 5° - 10° 之間時，刀具的綜合性能較好。刃口半徑越小，刀具的切削力和表面粗糙度越小，鋒利度越高，但刃口半徑小于 5μm 時，刃口崩刃現(xiàn)象明顯增多。
2.
3.
CBN 磨粒特性對鋒利度的影響
較小尺寸的 CBN 磨粒在切削時能夠獲得較小的切削力和較好的表面質(zhì)量，如磨粒尺寸為 5 - 10μm 時，刀具的鋒利度表現(xiàn)較好。合適的磨粒濃度能夠保證刀具的切削性能和鋒利度，當磨粒濃度在 50% - 70% 之間時，刀具在切削過程中磨粒脫落現(xiàn)象較少，切削力和表面粗糙度較為穩(wěn)定。高品質(zhì)的 CBN 磨粒能夠顯著提高刀具的耐磨性和鋒利度，在長時間切削過程中，刃口能夠保持較好的狀態(tài)。
4.
5.
刀具制造工藝對鋒利度的影響
優(yōu)化的燒結工藝可以提高刀具的結合強度和整體性能，使刀具在切削過程中磨粒與結合劑結合牢固，刃口不易變鈍。例如，采用較高的燒結溫度和適當?shù)膲毫?、時間組合，可以獲得較好的刀具微觀結構。先進的刃磨工藝能夠精確控制刃口質(zhì)量，刃磨后的刀具刃口半徑小且表面光滑，在切削實驗中表現(xiàn)出較高的鋒利度，如采用數(shù)控刃磨設備結合合適的砂輪和刃磨參數(shù)，可以有效提高刀具的鋒利度。
6.
同時，通過對切削力、表面粗糙度和刀具磨損形態(tài)的綜合分析發(fā)現(xiàn)，這三種評估方法之間存在一定的關聯(lián)性。當?shù)毒叩那邢髁^低時，通常其加工表面的粗糙度也較小，且刀具的磨損形態(tài)較為輕微，表明刀具具有較高的鋒利度；反之，當切削力較大、表面粗糙度較差且刀具磨損嚴重時，刀具的鋒利度較低。
五、結論
1.
CBN 刀具的鋒利度受到多種因素的影響，包括刀具幾何參數(shù)、CBN 磨粒特性和刀具制造工藝等。合理選擇刀具的前角、后角和刃口半徑，優(yōu)化 CBN 磨粒的尺寸、濃度和品質(zhì)，以及采用先進的燒結工藝和刃磨工藝，能夠有效提高 CBN 刀具的鋒利度。
2.
3.
基于切削力、表面粗糙度和刀具磨損形態(tài)的評估方法可以從不同角度對 CBN 刀具的鋒利度進行評估。這些評估方法各有優(yōu)缺點，在實際應用中需要綜合考慮多種因素，建立科學合理的評估體系，以便準確判斷 CBN 刀具的鋒利度狀態(tài)。
4.
5.
通過實驗研究進一步驗證了影響因素與評估方法之間的關系，為 CBN 刀具在切削加工中的應用提供了理論依據(jù)和實踐指導。在未來的研究中，可以進一步探索新的影響因素和評估方法，不斷提高 CBN 刀具的性能和應用水平，以滿足日益增長的高性能切削加工需求。
6.
綜上所述，對 CBN 刀具鋒利度的深入研究有助于推動 CBN 刀具技術的發(fā)展和在工業(yè)領域的更廣泛應用，提高切削加工的整體效率和質(zhì)量，為現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展提供有力的技術支撐。
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