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ResearchonPerformancesofFlexibleCermetMillerforNormalizedCarbonSteel45HanChengliangLiuNingHuKunhongAbstract:Aoewflexiblecermetmille

2、rfabricatedfromnearlyfulldenseTiCbasedcermetswithTiNnano-powdersistestedinfacemillingoperatiorrs,inthedrycuttingofacarbonsteel45.Millingperformancesandwealmechanismsalestudiedindetails.TheresultsshowthatthetestingmillersexhibitedhigherresistancetomecluficalimpactandwealandI10tipsalefoundintheadoptch

3、emicalwearareresponsibleforthefailureofthetestingmillersinapplicationtointermittentcuttingsteelathighersped.Keywords:cermetmiller,milling,failure,wearmechanism1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

4、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(shí)際需要合理選取峰值電流值.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)對加工速度,電極損耗,加I

5、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)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):4748與模具,2003(6):1923屬,2000(7):5153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

6、級(jí),250061濟(jì)南市2fXk5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(shí)要求刀具耐磨性很高;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

7、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TiCWCTiNM0NifC35%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

8、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對這種組織特征及其形成機(jī)理深入詳細(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),銑削方式采用對稱逆銑.試

9、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.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(gè)階段,即初

10、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:),可見軸向切深切深n的增lJu,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(Flankz,=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=294nvmin(b)u.=463m/min圖5后刀面磨損形貌圖6前刀面磨損形貌圖6為前刀面月牙洼磨損和熱裂紋(Thermalcrack)形貌,可知,當(dāng)其它切削用量一定時(shí)(

11、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)80010130,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,對刀

12、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NolAfWL只:!.只.II.Ill.12345nll1SaJp14RRetnC,urnr0O00keVkPB區(qū)FeW咄鐾殳.i童.毫.f0Fu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)

13、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.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):1619naIofMaterialsProcessingleehnology.

14、2005.161:478484刀具實(shí)用手冊.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994turesinTi(C,N)一WCNicermetsviaadissolutionandpreeipitafionprocess.J.n.Ceram.Soc.,2000,83(6):14891494ingthemillingTi(C,N)basedtoolsagainstcarbonsteelInternationalJournalofRefractoryMetals&HardMaterials.200I.19:191202andgearhobbingbymeansofcermettoolswithatough(

15、Fi,W,fractoryMetals&HardMaterials,2001,19:11167n(1ericMontevetde.AlidaBellosi.Oxidationthavioroftitaniumcarbonitridebase(jmaterials.ColxosionSx.ienee,2oo2,44:19671982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19幣,同比增長2o+86%,增速比19月提高0.22個(gè)百分點(diǎn).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(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.