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(shí)的銑削性能及其失效機(jī)理.試驗(yàn)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(shí),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(xiàng)目編號(hào):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(shí)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(diǎn)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(duì)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(duì)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(shí)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(yàn),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(duì)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(yàn)結(jié)果及分析結(jié)論為電火花加工硬質(zhì)合金材料時(shí) 電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)的選擇提供了可靠依據(jù),對(duì)于硬質(zhì)合金電 火花加工參數(shù)的優(yōu)化配置具有實(shí)際意義,同時(shí)為EDM 加工數(shù)控系統(tǒng)的研究提供了有效的試驗(yàn)

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(jí),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(duì) 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(shí)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(shí),切削速度高,同時(shí)有多齒參與切削,故生產(chǎn) 率很高銑削呵用來加『平而,階臺(tái)面,溝槽和成形 表面等.銑刀的種類很多,每一個(gè)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(shí)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(yàn),研究了這種銑刀片在切削正火 態(tài)45鋼時(shí)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(shí)踐依據(jù). 2納米改性金屬陶瓷可轉(zhuǎn)位銑刀片 試驗(yàn)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(yàn)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(duì)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(yàn)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(duì)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(yàn)在64kw機(jī)床上進(jìn)行,采用II交實(shí)驗(yàn)辦 案,每次僅僅裝夾-個(gè)銑刀片做干式切削試驗(yàn),銑削 方式采用對(duì)稱逆銑.試驗(yàn)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(duì)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(duì) 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(duì).的影響規(guī)律,可 看出對(duì)的影響呈現(xiàn)明顯的三個(gè)

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(duì)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(yàn)刀 片具有更好的耐沖擊性能. 通常在進(jìn)行高速切削時(shí),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(shí)(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(shí) 在高速切削時(shí),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(shí)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(shí)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(duì)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(jì)l∞.∞100.oo總計(jì)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?yàn)樵诟咚偾邢鲿r(shí),刀尖部分溫度最 高,氧化更嚴(yán)重.同時(shí),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(shí),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(shí),刀片均以"磨損"的形式失效,刀具壽命很 長(zhǎng). 3l (2)相同切削條件下,片磨損茸(餾)隨切 對(duì)的影響更大,而每齒進(jìn)給量對(duì)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(shí)用手冊(cè).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(zhǎng) 今年110月,中國機(jī)械業(yè)產(chǎn)銷穩(wěn)步增長(zhǎng):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(zhǎng)2o+86%,增速比19月提高0.22個(gè)百分點(diǎn). 從發(fā)展趨勢(shì)看,由今年5月外始,工業(yè)總產(chǎn)值和銷僻產(chǎn) 0.44個(gè)百分點(diǎn). 月份的機(jī)械產(chǎn)品累計(jì)產(chǎn)銷率為97.39%. 從各行業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值增長(zhǎng)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.