切削正火態(tài)45鋼新型可轉(zhuǎn)位金屬陶瓷銑刀性能研究

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1、切削正火態(tài)45鋼新型可轉(zhuǎn)位金屬陶瓷銑刀性能研究 28工具技術(shù) 切削正火態(tài)45鋼新型可轉(zhuǎn)位金屬陶瓷銑刀性能研究 韓成良劉寧胡坤宏 合肥學(xué)院合肥業(yè)大學(xué) 刀"存切削正火態(tài)45俐時的銑削性能及其失效機(jī)理.試驗表明.該銑刀片具有很高的耐機(jī)械沖擊和抗磨損性能. 切削俐件時,其失效機(jī)刪除了機(jī)械磨損外,化學(xué)磨損也不可忽視. 關(guān)鍵詞:余屬陶瓷銑刀片,銑削,失效,磨損機(jī)理 ResearchonPerformancesofFlexibleCermetMillerforNormalizedCarbonSteel45 HanChengliangLiuNingHuKunhong Abstrac

2、t:AoewflexiblecermetmillerfabricatedfromnearlyfulldenseTiC—basedcermetswithTiNnano-powdersistestedin facemillingoperatiorrs,inthedrycuttingofacarbonsteel45.Millingperformancesandweal"mechanismsalestudiedindetails. Theresultsshowthatthetestingmillersexhibitedhigherresistancetomecl~uficalimpactandwe

3、al"andI10tipsalefoundintheadopt— chemicalwearareresponsibleforthefailureofthetestingmillersinapplicationtointermittentcuttingsteelathighersp~ed. Keywords:cermetmiller,milling,failure,wearmechanism 1引言 TiCN基金屬陶瓷由于具有比wc基硬質(zhì)合金 合肥學(xué)院基金資助(項目編號:05ky005za") 收稿H期:20o5年7月' 更好的抗粘結(jié)磨損和抗擴(kuò)散磨損等性能,在精加工 時這種刀

4、具的耐用度,工件的表面質(zhì)量普遍高于 基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型顆粒型金屬陶瓷復(fù)合材 度很大,產(chǎn)生的熱應(yīng)力也大,這與脈沖作用點的局部 合金材料的導(dǎo)熱率較小,更容易產(chǎn)生裂紋.因此,為 r避免微裂紋的產(chǎn)生,提高工件加工表面質(zhì)量,應(yīng)該 對放電能(峰值電流或脈沖寬度)加以控制'4J. 由于峰值電流的增大,使放電通道內(nèi)的能量增 加,分配到銅電極上的能量也相應(yīng)增大,使銅電極上 的電子獲得了較大的逸出功,更多的電子獲得足夠 能量后逸出電極表面,由此引起電極相對損耗率的 增大.困此,為了提高加工表面質(zhì)量,兼顧加工效率 與電極損耗,需要根據(jù)加工實際需要合理選取峰值 電流值.

5、 3結(jié)語 放電加工足日前常用的一種特種加T方式,尤 劉.硬質(zhì)合金YTI5試樣的電火花加工試驗,分析了 電火花』Jl1工硬質(zhì)合金過程中脈沖寬度,峰值電流等 電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)對加工速度,電極損耗,加I表面質(zhì)量等 加工性能的影響,總結(jié)了加工性能隨脈沖寬度和峰 值電流變化的規(guī)律,利用電極能量分配和放電通道形 成原理解釋了電極損耗的變化機(jī)理,提出采用較大峰 值電流和較小脈寬進(jìn)行加工可獲得較高加工速度和 試驗結(jié)果及分析結(jié)論為電火花加工硬質(zhì)合金材料時 電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)的選擇提供了可靠依據(jù),對于硬質(zhì)合金電 火花加工參數(shù)的優(yōu)化配置具有實際意義,同時為EDM 加工數(shù)控系統(tǒng)的研究提供了有效的試驗

6、樣本. 參考文獻(xiàn) 1李明輝.電火花加工理論基礎(chǔ).此京:國防工業(yè)出版社, 1989 究.機(jī)電工程,1995(4):47—48 與模具,2003(6):19—23 屬,2000(7):51—53 第一作者:胡玉景,博士研究生,山東大學(xué)南校區(qū)機(jī)械工 程學(xué)院博2003級,250061濟(jì)南市 2f'Xk5年第4o卷№l 料.由'卜它具有強(qiáng)度高,耐磨性及導(dǎo)熱性好等優(yōu)良 具的切削性能首先取決于刀具材料,其次是幾何形 狀和質(zhì)量保證等.從具使用壽命的角度來看,對 刀具材料的性能要求主要是耐磨性,強(qiáng)韌性和紅硬 硬性要求是第一位的;而精車淬硬鋼件時要求刀具

7、耐磨性很高;在斷續(xù)切削,承受沖擊載荷的情況下則 加工業(yè)中,銑削是應(yīng)用最廣泛的切削加工方法之一. 銑削時,切削速度高,同時有多齒參與切削,故生產(chǎn) 率很高銑削呵用來加『平而,階臺面,溝槽和成形 表面等.銑刀的種類很多,每一個刀齒相當(dāng)于一把 車廠J,它的基本切削規(guī)律與車相似;但是,銑削是 斷續(xù)l7J削,切削厚度與切削面積都隨時間在變化,所 金方法制備了一種新型納米改性金屬銑刀片,通過 較系統(tǒng)的切削試驗,研究了這種銑刀片在切削正火 態(tài)45鋼時的銑削性能和磨損機(jī)理,為推廣其在生產(chǎn) 上的應(yīng)用提供了理論及實踐依據(jù). 2納米改性金屬陶瓷可轉(zhuǎn)位銑刀片 試驗用金屬陶瓷刀片材料組

8、成和性能分別如表 1所示. 表1試驗刀片材料組成和性能 TiCWCTiNM0NifC 35%I5%lO%l5%24%11.O% ,)(g/cm1)TRS(Mpa)K/C(Mpa.m) ± 首先,用ZB220T型超聲波對納米TiN粉進(jìn)行 分散,混料后加入適量無水乙醇并置于QM一1l行 星式球磨機(jī)上球磨24h.待混合料干燥后,加入一 定量的汽油橡膠溶液進(jìn)行造粒,然后在約200MPa壓 力下模壓成形,最后在1450c【=溫度下真空燒結(jié)lh. 如圖2b所示. 圖2a為試驗刀片顯微組織SEM照片,可見,其 組織具有典芯一殼結(jié)構(gòu),文獻(xiàn)[4]對這種組織特征 及其形成機(jī)理深入

9、詳細(xì)地研究后指出,陶瓷相黑色 的芯部是由未溶解的純TiC構(gòu)成,灰色的殼則為 (Tj,W,Mo)C固溶體;并指出芯和殼有著相似的晶 體結(jié)構(gòu),這種過渡卡甘殼的形成是在燒結(jié)過程中通過 溶解再析出機(jī)制形成的,過渡環(huán)形相殼的形成有利 于改善基體強(qiáng)韌性. 圖1刀片制備工藝 一一L=15.87ram,Z=14.36rnm,S=4.76ram,口=1I. 圖2新型銑刀片顯微組織和刀片形狀 銑削試驗在64kw機(jī)床上進(jìn)行,采用II交實驗辦 案,每次僅僅裝夾-個銑刀片做干式切削試驗,銑削 方式采用對稱逆銑.試驗材料為正火態(tài)45釧,其硬 度為l90± 刀盤直徑j(luò)5=125mm,齒數(shù)Z=6

10、.安裝角度為= 75,a0=一2.,y=7..銑刀與上件的相劉位置如圖 后刀面的磨損量(昭),最后,用LEO一1530VP型掃 描電鏡觀察前后刀面磨損帶形貌并進(jìn)行刀具表面元 素濃度分析. 圖3銑刀與工件相對位置 3結(jié)果與討論 銑削用量的合理選擇,是指為獲得高的生產(chǎn)率, 高的加工質(zhì)量和保證必要的刀具壽命選擇適宜的銑 30 削寬度n,切削深度,進(jìn)給速度Uf和切削速度 .圖4是,每齒進(jìn)給量I廠z和:__要素分別對 刀具耐用度7'的影響規(guī)律. (t?) 圖4銑削用量的改變與刀具磨損和壽命的關(guān)系 圖4a為每齒進(jìn)給母對.的影響規(guī)律,可 看出對的影響呈現(xiàn)明顯的三個

11、階段,即初 大,并且隨著u.的增加,刀具后刀面磨損量迅 速增加.最后,研究了軸向切深對餾的影響 (見圖4c:),可見軸向切深Ⅱ 切深n的增l』Ju,銑削力增大很快,這就要求試驗刀 片具有更好的耐沖擊性能. 通常在進(jìn)行高速切削時,具的磨損形態(tài)主要 工具技術(shù) 有后刀面磨損,微崩刃,邊界磨損,片狀剝落,前刀面 別是刀片在小同切削條件下后刀面磨損(Flank z,=0.8ram),隨著切削速度的增加,后刀面磨損 區(qū)域擴(kuò)大,磨損帶由均勻轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗胁痪鶆驕喜? (a)u=294nv'min(b)u.=463m/min 圖5后刀面磨損形貌 圖6前

12、刀面磨損形貌 圖6為前刀面月牙洼磨損和熱裂紋(Thermal crack)形貌,可知,當(dāng)其它切削用量一定時(u= 294m/min,=0.16mm/z),切深n.增加,前刀面月 牙灃磨損帶寬度增加,且伴隨有垂直于刃的熱裂 紋出現(xiàn),這是由于切深‰增加切削壓力很大;同時 在高速切削時,切削溫度可高達(dá)800～10130℃,因此, 切削過程中的刀具便受到周期性的熱應(yīng)力的作用而 產(chǎn)生熱裂紋. 銑削刀具的磨損機(jī)理直接與前/,J面與切屑問的 中,前者影響刀具前刀面的磨損,后者影響刀具后刀 通車削相比,高速斷續(xù)銑削時刀具與工件不斷發(fā)生 相瓦沖撞,切削壓力也很大,所以高速銑削刀具

13、的磨 損機(jī)理與普通車削有很大區(qū)別l561.研究表明,金 屬陶瓷具的磨損與切削條件密切相關(guān),在高速切 削時以高溫引起的粘結(jié)磨損,化學(xué)反應(yīng),氧化磨損和 損機(jī)理,在高速切削后,對刀具的尖部分和后刀面 磨損帶(見圖5b)分別進(jìn)行了能譜分析研究,結(jié)果如 圖7和表2所示. 2006年第40卷Nol Af\WL只}{:!.只.I'I'.I''ll. 12345 nll1SaJp14RRetnC,ur~nr0O00keVkP B區(qū) Fe W 咄鐾殳.…i…童…§.…毫…….…"'…f0 FuⅡ 圖7磨損區(qū)EDs分析元素曲線 表2能譜分析數(shù)據(jù) A區(qū)B區(qū) 元素重量百分

14、比原了分比元素芎饋百分比原子'分比 CaK0,960.84K26.3313.: 總計l∞.∞100.oo總計1oo.∞1∞.oo 可以看出,后刀面磨損區(qū)(A區(qū))和刀尖區(qū)(B 區(qū))的化學(xué)成分都發(fā)生了很大的改變,其中,0和Fe 含量明顯增加,這說明了高溫氧化和擴(kuò)散很嚴(yán)重. 比較以t兩組不同磨損區(qū)能譜數(shù)據(jù)可知,刀尖區(qū)0 含量更高,這是因為在高速切削時,刀尖部分溫度最 高,氧化更嚴(yán)重.同時,鋼中的Al,si和ca等雜質(zhì) 元素在高溫下也擴(kuò)散到刀具的表面.所以,町得出 結(jié)論:新型納米改性金屬陶瓷刀具在斷續(xù)高速切削 鋼件時,其失效機(jī)理除了機(jī)械磨損外,化學(xué)磨損

15、也不 可忽視. 4結(jié)語 (1)新研制的納米TiN改性TiC基金屬陶瓷銑 刀片具有良好的抗機(jī)械沖擊和耐磨損性能;切削用 量適中時,刀片均以"磨損"的形式失效,刀具壽命很 長. 3l (2)相同切削條件下,片磨損茸(餾)隨切 對的影響更大,而每齒進(jìn)給量對一的影 響較小. 參考文獻(xiàn) 削性能研究.工具技術(shù),2004,38(5):16—19 — naIofMaterialsProcessingl'eehnology.2005.161:478～484 刀具實用手冊.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994 turesinTi(C,N)一WC—Nicermetsvi

16、aadissolutionandpreeipi— tafionprocess.J.n.Ceram.Soc.,2000,83(6):1489— 1494 — ingthemillingTi(C,N)～basedtoolsagainstcarbonsteelInter— nationalJournalofRefractoryMetals&HardMaterials.200I. 19:191—202 andgearhobbingbymeansofcermettoolswithatough(Fi,W, — fractoryMetals&HardMaterials,

17、2001,19:11—16 7n℃(1ericMontevet~de.AlidaBellosi.Oxidationt~havioroftita— niumcarbonitridebase(jmaterials.ColxosionSx.ienee,2oo2, 44:1967—1982 第一作者:韓成良,講師,合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系, 230022合肥市 我國機(jī)械工業(yè)產(chǎn)值平穩(wěn)增長 今年110月,中國機(jī)械業(yè)產(chǎn)銷穩(wěn)步增長:共完成工業(yè) 總產(chǎn)值33,075.57億元人民幣,同比增K20.55%,增速比1—9 幣,同比增長2o+86%,增速比19月提高0.22個百分點. 從發(fā)展趨勢看,由今年5月外始,工業(yè)總產(chǎn)值和銷僻產(chǎn) 0.44個百分點. 月份的機(jī)械產(chǎn)品累計產(chǎn)銷率為97.39%. 從各行業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值增長情況看,同比增幅最大的行業(yè) 是:重型礦山(31.5%),基礎(chǔ)件(29.51%),電工電器 (29.46%);增幅雖小的行業(yè)是:汽車(7.26%),T程機(jī)械 (9.71%),工程機(jī)械行業(yè)已走出低谷.