切削正火態(tài)45鋼新型可轉(zhuǎn)位金屬陶瓷銑刀性能研究

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理.試驗表明.該銑刀片具有很高的耐機械沖擊和抗磨損性能.切削俐件時,其失效機刪除了機械磨損外,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,磨損機理ResearchonPerformancesofFlexibleCermetMillerforNormalizedCarbonSteel45HanChengliangLiuNingHuKunhongAbstract:AoewflexiblecermetmillerfabricatedfromnearlyfulldenseTiCbasedcermetswithTiNnano-powdersistestedinfacemillingoperatiorrs,inthedrycuttingofacarbonsteel45.Millingperformancesandweal"mechanismsalestudiedindetails.Theresultsshowthatthetestingmillersexhibitedhigherresistancetomecluficalimpactandweal"andI10tipsalefoundintheadoptchemicalwearareresponsibleforthefailureofthetestingmillersinapplicationtointermittentcuttingsteelathighersped.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(項目編號:05ky005za")收稿H期:20o5年7月'更好的抗粘結(jié)磨損和抗擴散磨損等性能,在精加工時這種刀具的耐用度,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.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理,提出采用較大峰值電流和較小脈寬進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樣本.參考文獻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)機械工程學(xué)院博2003級,250061濟南市2f'Xk5年第4o卷l料.由'卜它具有強度高,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成和性能分別如表1所示.表1試驗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行星式球磨機上球磨24h.待混合料干燥后,加入一定量的汽油橡膠溶液進行造粒,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4對這種組織特征及其形成機理深入詳細(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制形成的,過渡環(huán)形相殼的形成有利于改善基體強韌性.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機床上進行,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.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,進給速度Uf和切削速度.圖4是,每齒進給量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為每齒進給母對.的影響規(guī)律,可看出對的影響呈現(xiàn)明顯的三個階段,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:),可見軸向切深切深n的增lJu,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(Flankz,=0.8ram),隨著切削速度的增加,后刀面磨損區(qū)域擴大,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(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,所以高速銑削刀具的磨損機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.I'I'.I''ll.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,其失效機理除了機械磨損外,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,而每齒進給量對一的影響較小.參考文獻削性能研究.工具技術(shù),2004,38(5):1619naIofMaterialsProcessingl'eehnology.2005.161:478484刀具實用手冊.北京:機械工業(yè)出版社,1994turesinTi(C,N)一WCNicermetsviaadissolutionandpreeipitafionprocess.J.n.Ceram.Soc.,2000,83(6):14891494ingthemillingTi(C,N)basedtoolsagainstcarbonsteelInternationalJournalofRefractoryMetals&HardMaterials.200I.19:191202andgearhobbingbymeansofcermettoolswithatough(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合肥市我國機械工業(yè)產(chǎn)值平穩(wěn)增長今年110月,中國機械業(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程機械(9.71%),工程機械行業(yè)已走出低谷.