PCBN刀具以车代磨加工20CrMnTi合金钢试验研究.pdf
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1、 刀具以车代磨加工 合金钢试验研究苏 君,冯佩佩(河南工业职业技术学院,河南 南阳)摘 要:采用聚晶立方氮化硼()刀具,以车代磨对 合金钢进行精密切削加工。分析了切削过程中 刀具的磨损形式和磨损机理,研究了不同切削参数对刀具寿命与工件表面粗糙度的影响。结果表明,切削过程中刀具发生了扩散、崩刃以及氧化磨损;在硬态切削三要素中,切削进给量和切削速度对刀具磨损量影响较大,切削进给量对工件表面粗糙度影响较大。关键词:超硬刀具;刀具;切削;以车代磨中图分类号:;文献标识码:文章编号:(),(,):(),:;合金钢是工业上应用较广的金属材料,具有高耐磨性、高强度和韧性等性能,但 合金钢经精密磨削加工后会出
2、现局部裂纹和擦伤等缺陷,影响零件的使用寿命和性能。采用以车代磨的方式可以有效解决 合金钢在砂轮磨削过程中出现的这些问题。立方氮化硼()超硬刀具具有高硬度、高耐磨损性、高加工精度等优势,能以车代磨实现高速精密车削金属材料,得到较好的工件表面加工质量。目前关于聚晶立方氮化硼()刀具切削难加工材料已有较多相关报道,结果表明 刀具具有优异的切削性能。本文以 刀具车削代替磨削,加工 合金钢,研究切削参数对刀具耐用性和工件表面粗糙度的影响规律,分析了 刀具的磨损形式与机理,为以车代磨加工 合金钢提供技术依据。试 验试验设备为云南机床厂生产的 大孔径普通车床,主电机功率 。加工刀具材料为 复合片,通过切割焊
3、接制成型号为 的刀具(刀尖半径 ,切刃长 ),如图 所示。在进行切削试验前,运用 射线衍射仪分析刀具材料物相,并通过扫描电镜()表征 材料表面微观结构;测定刀具材料的显微硬度、抗弯强度等力学性能。表 为 合金钢化学成分。加工工件直径 ,总长 ,切削长度 。本次测试中,将切削深度 设为固定值,切削速收稿日期:基金项目:年河南省科技发展计划();年河南省科技攻关计划项目()作者简介:苏 君(),女,河南南阳人,硕士,副教授,主要从事机械工程材料研究。第 卷第 期 年 月矿矿 冶冶 工工 程程 度 和切削进给量 为变量。根据前期加工试验结果,取 较为合适。在数控车床上进行外圆干切削,采用便携式 粗糙
4、度仪测量粗糙度,分辨率为 。采用体视显微镜观察 刀具磨损情况,通过测量磨损区的宽度()来表征刀具寿命。通过场 观察分析刀具后刃的磨损程度。在切割过程中,当切割里程为 、时,使用超景深显微镜观察并测量 刀具后刀面磨损区宽度。图 复合片及 型刀具表 合金结构钢化学成分(质量分数)余量 结果分析 刀具材料分析图 为 复合片 及 图。由图()可知,主峰的峰高最高,其次,因此可以断定,复合片中 含量较多,相对较少,为低含量 复合片。复合片的物相组成为,以及。对 图谱进行半定量分析,各物相含量如表 所示。由表 可知,复合片中结合剂以 和 为主,其含量分别为 和;以及 为辅助结合剂,其含量分别为 和。二硼化
5、钛和氮化钛力学性能优异,在陶瓷材料中属于高强、高硬陶瓷,使用它们作为结合剂,能够制备出具有优良性能的 复合材料。综上所述,本试验所用 复合片非常适用于 合金结构钢的加工。由图()可知,图中深色 颗粒通过白色与灰色结合剂黏结在一起,材料内部各微粒紧密相连,致密性好,显微组织紧密,不存在大气孔,有效提高了材料内部各微粒间的结合强度。在高速切削加工 合金结构钢的过程中预计能有效地减少刀具材料颗粒脱落和崩塌,保持较好的切削效果。同时从图()可以看出复合片具有细粒度晶粒结构,晶粒约为 ,适合粗、精加工中的连续、断续加工。50(a)4030608070902 /()1 TiN2 TiB23 BN4 AlN
6、5 Al2O311444333555222511()图谱;()图图 复合片 及 图表 物相含量半定量分析结果(质量分数)刀具的磨损形式及机理分析图 为切削参数 、条件下 刀具后刀面的扫描照片及相应区域的线扫描能谱分析结果。试验前,刀具用酒精擦拭干净,放入超声波容器内清洗,去除表面杂质。从图()可以看出,刀具磨损后发生了崩刃现象,暴露出刀具的新鲜表面。根据扩散第一定律,只要有浓度梯度,就会引起原子间的扩散。刀具、工件以及切屑都有很大的化学活性,因此刀具与 钢件接触点处的化学元素会相互扩散,从而影响刀具的化学成分和切削性能。刀具材料线扫描分析结果表明,刀具表面元素的种类和元素含量发生了变化,说明
7、钢件材料的扩散和溶解加剧了刀具扩散和磨损的发生。根据切削试验结果,后刀面中 和 元素含量沿刀尖向刀具内部先小幅上升后逐渐下降,而 和 含量呈稳定上升趋势,说明 和 元素的扩散更强。、元素是工件第 期苏 君等:刀具以车代磨加工 合金钢试验研究材料 合金结构钢的主要组成元素而并非 刀具材料的主要化学元素,表明在高速切削过程中,合金结构钢中的元素在刀具上发生了扩散溶解,切削过程中有扩散磨损发生。500040003000200010000FeCrNiMn90:6),m180270CPS120906030090:6),m180270CPS1200900600300090:6),m180270CPS500
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