铁基粉末冶金零件车削试验研究VIP

2012年5月 第40卷第床与液压 012 0 0 03969j0013881201210007 铁基粉末冶金零件车削试验研究 郭丽波 ，李传红 ， (1莱芜职业技术学院，山东莱芜271100； 2山东轻_东济南250353) 摘要：采用硬质合金类刀具和陶瓷刀具进行铁基粉末冶金零件的车削对比试验，研究切削速度、切削深度以及进给速 度与加工表面粗糙度的关系，得出如下结论：车削铁基粉末冶金零件时，陶瓷刀具的刀具耐用度以及加工表面粗糙度均优 于硬质合金类刀具，适合于加工铁基粉末冶金零件。 关键词：粉末冶金；刀具耐用度；表面粗糙度 中图分类号：献标识码：A 文章编号：10013881(2012 J 100223 (17 1 100，250353，he of he he is of of t is 年来，由于采用粉末冶金工艺制造的零件具有 成本低、使用性能改进、零件质量减轻及保护环境等 优点，并且粉末冶金技术可以生产用普通熔炼法无法 生产的具有某些特殊性能的材料和零件，粉末冶金零 件的残余多孔结构使其具有自润滑性和隔音性等重要 独特的特性，它逐渐取代部分传统的锻铸材料在机 械、航天、农机，特别是汽车工业中得到广泛的应 用，制造像汽车齿轮、齿类零件(如带轮、链轮和 齿毂等)和凸轮轴等几何形状复杂、加工困难或加 工成本高的部件。 粉末冶金工业的初衷之一是消除所有的机加工， 但是这个目标还没有达到，受到粉末冶金零件成型工 艺的制约，大多数零件是“接近最终形状”，一些无 法成型的槽、孔或达不到规定的尺寸精度和粗糙度要 求的成型形状，仍然需要采用切削加工以获得要求的 形状及精度。但是由于粉末冶金材料的多孔性以及微 观组织中存在硬质相，从而导致了在实际生产中存在 刀具磨损失效严重、加工效率很低、刀尖钝化严重、 加工质量不稳定等问题，严重制约了粉末冶金的应 用。为了解决铁基粉末冶金实际生产中切削加工的刀 具耐用度、加工质量等问题，作者精选4种刀具进行 了车削工艺试验，优选出适合车削试验材料的刀具并 分析表面粗糙度与切削用量之间的关系，以便为生产 提供理论依据。 1 刀具材料的优选试验 刀具材料的切削性能关系着刀具的耐用度和生产 率，目前常用于切削粉末冶金的刀具材料有普通硬质 合金、涂层刀具、细晶硬质合金刀具、陶瓷刀具和立 方氮化硼刀具等，不同材料的刀具对粉末冶金零件的 加工能力有很大差异。根据粉末冶金零件的难切削性 及生产实际，作者选用刀具、确定比 较适合试验条件的切削刀具。 11试验条件 (1)试验材料 采用某厂生产的摩托车变速箱低速从动齿轮，主 要成分为铁、铜、镍、石墨粉末冶金材料，经压制一 烧结一去齿面毛刺一抛丸处理一整形一热处理一齿面 清理一车内孔一珩齿一检验一成品等生产工艺而成， 其密度及性能见表1，其金相组织如图1所示。 收稿日期：20110406 基金项目：山东省科学技术发展计划项目(2010作者简介：郭丽波(1970一)，女，硕士，副教授，主要从事金属加工技术方面的研究。E第10期 郭丽波等：铁基粉末冶金零件车削试验研究 23 表1齿轮材料规格 图1齿轮金相组织 (2)试验刀具 采用瓷刀具进行切削对比试验，刀具材料的主要性能指 标如表2。为便于灵活掌握刀具的几何参数，采用焊接 式刀具，卷屑槽为圆弧型，4种刀具几何角度见表3。 表2刀具材料的主要性能指标 表3 几种刀具材料的切削性能对比 (3)试验机床及测试工具 本试验采用机床型号为表面粗糙度的测量使用2205型表面粗糙度测量仪。 12试验结果分析 切削试验采用干切削，以后刀面平均磨损量 2 切削参数相同的条件 下，对几种材料的刀具进行了车削对比试验，试验条 件与结果见表3。从表中可知，当刀片后刀面最大磨 损量馏达到规定磨钝标准时，陶瓷刀具耐用度优 于硬质合金刀具，约为硬质合金刀具耐用度的 1415倍。由三种刀具的磨损量监测数据分析可 知：所选次之，2 车削铁基粉末冶金零件表面粗糙度试验 21试验方法 采用单因素法进行试验，即每次只改变某一切削 参数，其余切削参数保持不变，用2205型表面粗糙 度测量仪分别测量具所加工表面的表面粗糙度果如表45 所示(每个数值点均为10次测量结果的平均)。 表4不同切削速度时的表面粗糙度(切削深 度0。 1 mmr 切削速度实测粗糙度m (m 5不同的进给量时的表面粗糙度 (。=01 。=100 m进给量_厂 实测粗糙度Rapm (mmr ) 2试验结果分析 (1)切削速度 与表面粗糙度的关系 采用不同刀具材料及不同切削速度车削试件时的 24 机床与液压 第4验结果见表4。 根据表4得到切削速度对表面粗糙度影响曲线见 图2。 一8 16 量14 0,4 02 0 图2切削速度对表面粗糙度的影响 (。=01 =01 mmr) 试验结果表明：车削该试件时增加 而下降。 (2)进给量用不同刀具材料及进给量车削试件时的试验结 果见表5。根据该表得到如图3所示进给量对表面粗 糙度的影响曲线。 +8 16 量14 嚏06 秣04 02 0 图3进给量对表面粗糙度的影响(切削 深度1 =100 m从以上试验结果可知：进给量厂对尺，随工件进给量的增加，加工表面粗糙度值升高。 3结论 (1)陶瓷刀具由于具有很高的硬度、耐磨性及 良好的高温力学性能、与金属的亲和力小、不易与金 属产生粘结、化学稳定性好等优点，在所选的4种刀 具中，其耐用度优于其他刀具，并且性价比高，较合 适加工铁基粉末冶金材料零件。 (2)所选的陶瓷刀具车削试件的表面粗糙度明 显优于原因 为具，并且其与工件的亲和性及摩擦因数较小，因而 加工表面质量较好。采用同一刀具切削加工粉末冶金 零件时，进给量，对表面粗糙度影响最大，减小进给 量可以减小表面粗糙度值。 (3)在试验过程中，在工具显微镜下观察切屑 和陶瓷刀具的磨损发现：切屑成短螺旋形和其外表呈锯齿形；刀具磨损主要是月牙洼磨损和轻度 的后刀面磨损。 参考文献： 【1】朱从容，王魄，王春涛粉末冶金零件的车削加工J 机械工程师，2003(7)：2527 【2】辛民，王西彬，康运江，等高速干切削铁基粉末冶金零 件时细晶粒硬质合金刀具的切削性能研究J工具技 术，2006(6)：1720 【3】朱从容，王魄粉末冶金零件的切削加工J现代制造 工程，2003(12)：6162 【4】陈成英，林育阳，杨聪斌，等粉末冶金机械零件的切削 加工J装备制造技术，2009(8)：144145 中国机床工业：具备三方面良好基础 当前，中国的经济稳定健康发展，国家宏观调控和应对复杂局面的能力明显提高，国民经济各行业的结构 调整与产业升级将导致制造装备的更新，为机床行业提供持续的发展机遇和空间。还有国家装备制造业的“调 整与振兴”、“自主创新”出台的一系列政策，以及科技重大专项和国家培育和发展战略性新兴产业等一系列 方针政策的实施，为机床行业的可持续发展提供了良好的政策环境和市场机遇。 在这样的一个大好环境中，中国也正在努力向制造强国迈进，这不仅要求机床产业整体转型升级，而且要 加快原始创新的步伐。 目前，中国机床工业在几个方面拥有了良好的基础： 一是，国务院“高档数控机床与基础制造装备”重大专项的出台是国家层面为促进中国机床产业跨越式发 展的重大举措和部署，通过核心技术突破和资源集成，以完成重大战略产品、关键共性技术和重大工程。“专 项”指出了当前制造技术的瓶颈和机床产品创新的主要方向。 二是，中国许多机床集团都已经建立了研究院或技术中心，并在国内外设立了研究分支机构，积聚了一批 科研人才、添置了必要的试验设备和测试手段，正在承担国家项目、开展有关