（机械电子工程专业论文）金属陶瓷刀具加工奥贝球铁的切削性能研究.pdf

大连理1 ：大学硕士学位论文 摘要 金属陶瓷刀具以其高硬度、高耐磨性和良好的化学稳定性等特点，在加工精度、切 削效率、刀具寿命等各个方面拥有着不可比拟的优越性。但是t i ( c ，n ) 基会属陶瓷材料 中c 、n 所占比例的不同，直接影响着刀具的切削性能。一般认为n 含量越高，刀具的 晶粒越小，韧性越高，但是硬度越低。奥贝球铁的强度、硬度都很高，而且被切削时还 会加工硬化现象，因此属于难加工材料，要求切削刀具具有较高的硬度和足够的韧性， 而这正是t i ( c ，n ) 基金属陶瓷刀具的优点。本文通过使用t i ( c ，n ) 基金属陶瓷刀具切削奥 贝球铁的试验，一方面研究了金属陶瓷刀具的切削性能，另一方面分析了奥贝球铁的加 工方法。 首先，通过切削力实验研究了切削用量对切削力的影响，并对四种刀具的摩擦系数 进行了对比分析。实验结果及分析表明，随着切削速度的增加，四种刀具的切削力是一 直减小的；金属陶瓷刀具n x 2 5 2 5 的摩擦系数始终小于同类型刀具y n g l 5 1 ；在高速切 削条件下，涂层刀具p v 3 0 和y b c 2 5 1 的摩擦系数要小于n x 2 5 2 5 和y n g l 5 1 。 其次，分析了四种刀具的寿命及磨损形态，深入研究了t i ( c , n ) 基金属陶瓷刀具的 磨损原因。实验结果及分析显示：n 含量较低的y n g l 5 1 刀具寿命高于n x 2 5 2 5 刀具； 由于基体材料耐磨性的差异，涂层金属陶瓷刀具p v 3 0 的寿命明显高于涂层硬质合金刀 具y b c 2 5 1 。高的切削速度带来的高温，加剧了金属陶瓷刀具的粘结磨损，而粘结磨损 正是金属陶瓷刀具在高温下主要的磨损原因，因此切削速度是影响刀具寿命最主要的因 素。切削奥贝球铁时，既保证加工效率又能减小刀具磨损的方法是，减少一半的切削速 度，增加一倍的切削深度。 最后，研究了切削用量对变形系数的影响，分析表明：切削速度和进给量对变形系 数影响较大，切削深度的变化对变形系数影响不大；在切削过程中，当刀具锋利时，奥 贝球铁的切屑是长切屑，而当刀具磨钝后，切屑会变短。随后，依据表面粗糙度的正交 实验，分析了加工参数对奥贝球铁工件表面粗糙度的影响，结果表明，对加工工件表面 粗糙度影响最大的因素是进给量，而刀片类型、切削速度和切削深度对试验结果的影响 依次减弱。 关键字：t i ( c ，n ) 基金属陶瓷；奥贝球铁；刀具寿命；摩擦系数；表面粗糙度 金属陶瓷刀具加工奥贝球铁的切削性能研究 s t u d yo np e r f o r m a n c e so fc e r m e tc u t t i n gt o o l si nm a c h i n i n g a u s t e m p e r e dd u c t i l ei r o n a b s t r a c t c e r m e tc u t t i n gt o o l sh a v ee x c e l l e n ts u p e r i o r i t yi nm a c h i n i n ga c c u r a c y ，e f f i c i e n c ya n d t o o ll i v e sb e c a u s eo ft h e i rg r e a th a r d n e s s ，h i 曲w e a rr e s i s t a n c ea n ds u p e rc h e m i c a ls t a b i l i t y h o w e v e r , t h ec u t t i n gp e r f o r m a n c e so ft i ( c ，n ) - b a s e dc e r m e tc u t t i n gt o o l sa r ed i r e c t l y i n f l u e n c e db yt h ep r o p o r t i o no fca n dni nc o n t e n t i ti sg e n e r a l l ya g r e e dt h a tt i ( c ，n ) - b a s e d c e r m e tc u r i n gt o o l sw i t hah i g h e rnc o n t e n th a v es m a l l e rg r a i n sa n dh i g h e rt o u g h n e s s ，b u t l o w e rh a r d n e s s a u s t e m p e r e dd u c t i l ei r o ni sak i n do fd i f f i c u l t - t o - m a c h i n em a t e r i a ld u et oi t s h i g l lh a r d n e s sa n ds t r e n g t ha n dw o r kh a r d e n i n g t h u s ，i ti sr e q u i r e dt h a tt h ec u r i n gt o o l su s e d t om a c h i n ei ta l s on e e dt ob es u p e r i o ri nh a r d n e s sa n dt o u g h n e s s ，w h i c ha r ej u s tv i r t u e so f t i ( c , n ) - b a s e dc e r m e tc u r i n gt o o l s i no r d e rt oh a v eab e t t e ru n d e r s t a n d i n go fc u r i n g p r o p e r t i e so ft i ( c ，n ) 一b a s e dc e r m e tc u r i n gt o o l s ，as e r i e so fc o m p a r i s o ne x p e r i m e n t sw i t ht h e a u s t e m p e r e dd u c t i l ei r o nw o r k p i e c ew e r ec a r r i e do u t ，u s i n gf o u rt y p e so fi n s e r t sh o m ea n d a b r o a d ，a n dt h em a c h i n i n gp r o p e r t i e so fa d l w e r ea l s oa n a l y s e d f i r s t l y ，t h ee f f e c t so fc u t t i n gp a r a m e t e r so nc u r i n gf o r c e sw e r es t u d i e d ，a n dt h ef r i c t i o n c o e f f i c i e n t so ft h er a k ef a c eo ft h e s ei n s e r t sw e r ec o m p a r e d 。t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tc u t t i n g f o r c e so ft h e s ef o u rk i n d so fi n s e r t sa l ld e c l i n e dw i t ht h ei n c r e a s i n go fc u r i n gs p e e d d u et o t h el a r g e ra m o u n to fni nn x 2 5 2 5t h a nt h a ti ny n g 151 ，t h ef o r m e rc e r m e ti n s e r t sh a dl o w e r f r i c t i o nc o e f f i c i e n t s i nc o n d i t i o no fh i g h s p e e dt u r n i n g ，t h ec o a t so np v 3 0a n dy b c 2 51 c o u l dr e d u c ef r i c t i o ns i g n i f i c a n t l y s e c o n d l y , t o o ll i v e sa n da b r a s i o n so ft h ef o u rt y p e so fi n s e r t s ，a sw e l la st h e i rw e a l m e c h a n i s m ，w e r ea n a l y z e d c o n c l u s i o n sw e r ed r a w na sf o l l o w i n g ：1 ) y n g l51i n s e r t sw h i c h h a dl o w e rnc o n t a i n se n j o y e dam u c hl o n g e rc u r i n gl i f et h a nn x 2 5 2 5 ；2 ) d u et ot h e i r d i f f e r e n ts u b s t r a t e s ，c o a t e dc e r m e t si n s e r t sp v 3 0h a dal o n g e rl i f et h a nc o a t e dc e m e n t e d c a r b i d ey b c 2 51 ；3 ) t h eh i g ht e m p e r a t u r ep r o d u c e db yh i 曲c u r i n gs p e e di nt h ec o n t a c t i n g a r e a , a c c e l e r a t e dt h ea d h e s i o no fc e r m e t si r i s e r t s ，w h i c hw a st h em a i n e s tw e a r - o u tm e c h a n i s m o fc e r m e ti n s e r t sa th i g hs p e e d ，a n dr e s u l t a n t l yl e dt oas h o r t e rt o o ll i f e s oc u r i n gs p e e dw a s t h em o s ts i g n i f i c a n tf a c t o rf o rt o o ll i v e s “h a l v et h ec u r i n gs p e e da n dd o u b l et h ec u r i n g d e p t h ”w a sa ne f f e c t i v ew a yt og e tab a l a n c eb e t w e e nm a c h i n i n ge f f i c i e n c ya n dt o o ll i f e t h i r d l ya n dl a s t l y , t h ei n f l u e n c eo fc u r i n gp a r a m e t e r so nt h ed e f o r m a t i o nr a t eo fc h i p s w a sa l s oa n a l y z e d i tw a sr e v e a l e dt h a t t h ec u r i n gs p e e da n df e e dr a t eh a dah i g h e ri m p a c to n t h ed e f o r m a t i o nr a t eo fc h i p sa n dc u r i n gd e p t hh a dal e s si m p a c t i nt h ec u r i n gp r o c e s s ，t h e 1 1 大连理- t 大学硕士学位论文 - 一 l e n g t ho ft h ec h i p sr e d u c e da st h et o o l sb e c a m ed u l l s u b s e q u e n t l y ，a c c o r d i n gt ot h e o r t h o g o n a le x p e r i m e n to fc u t t i n ga u s t e m p e r e dd u c t i l ei r o n , t h ei n f l u e n c eo f c u t t i n g p a r a m e t e r so ns u r f a c er o u g h n e s so ft h ew o r k p i e c ew a sa n a l y z e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e f e e d i n gr a t ew a st h em o s tr e m a r k a b l ef a c t o ra n dt h ee f f e c to fi n s e r tt y p e ，c u t t i n gs p e e da n d c u t t i n gd e p t hd e c l i n e di ns u c c e s s i o n k e yw o r d s ：t i ( c ，n ) - b a s e dc e r m e t s ；a u s t e m p e r e dd u c t i l ei r o n ；t o o ll i f e ：f r i c t i o n c o e f f i c i e n t ；s u r f a c er o u g h n e s s i i i 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文 作者签名 火连理上人学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题 作者签名： 导师签名 人连理。l ：人学硕十学位论文 1绪论 1 1 本课题研究背景 随着制造技术的不断进步，切削加工正向着“高速度、高精度、大切深”的方向发 展，新的切削工艺和加工方法不断涌现。与此同时，航空、航天、汽车等工业中所用材 料的性能不断提高，轻质韧性材料的使用日益增多，加工难度| 益增大，对刀具切削性 能的要求也随之不断提高。 随着新型工业材料不断的涌现，当面对被加工材料所呈现出的“高硬度、高强度、 高延展性”等难加工特点时，仅仅使用硬质合金刀具或陶瓷刀具是无法胜任的，而兼有 二者之长的金属陶瓷刀具的出现却可以有效地解决上述困难。金属陶瓷是近几十年诞生 的一类非常重要的工具材料和结构材料，是一种由金属或合会同种或几种陶瓷相所组 成的非均质的复合材料，其中后者约占1 5 一8 5 ( 体积) 。在制备的温度下，金属和陶 瓷相之间的溶解度相当小l l j ，因此它既保持了陶瓷较高的强度、硬度、耐磨损、耐高温 性、抗氧化和化学稳定性等特点，还具有较好的金属韧性和可塑性，非常适合作为切削 刀具材料。金属陶瓷刀具凭借其优异的切削性能，被广泛地应用于金属切削的各个领域， 对工业的发展和生产率的提高都起到了重要的推动作用。目前，对金属陶瓷刀具的研究 已成为个非常重要的研究方向。 但是，对于金属陶瓷刀具切削性能的研究还很不充分，对其切削特点还没有全面的 认识。而这种研究的不充分性，从对金属陶瓷归属材料类别的争论中便可见一斑：关于 会属陶瓷刀具究竟应该归为陶瓷刀具类、还是硬质合金刀具类的争论由来己久。金属陶 瓷( c e r m e t ) 这一词汇是由陶瓷( c e r a m i c ) 中的词头( c e r ) 与金属( m e t a l ) 中的词头( m e t ) 结合 起来构成1 2 j ，很多人据此将金属陶瓷归入陶瓷材料的类别，但是由于金属陶瓷的韧性比 陶瓷刀具好很多，和硬质合金刀具更为相似，所以也有学者认为应该将其归入硬质合金 一类。随着金属陶瓷刀具只益广泛地应用，学术上的争论与困惑也被带到了应用领域， 目6 i f 大多数刀具生产厂商将金属陶瓷刀具归类于陶瓷刀具的原因，大多数是基于二者相 似的名称f 3 】。但是金属陶瓷刀具的切削特点与陶瓷刀具或硬质合金刀具都存在着较大的 差异，忽视材料性质上的差异而人为地不加区别地将其划归到某类别中，必然会对其 应用和推广造成一定误导。 了解材料的综合性能，并以此为依据合理的选择和使用金属陶瓷刀具，使其发挥出 更好的切削性能，正是我们深入研究金属陶瓷刀具的根本目的。众所周知，陶瓷刀具属 于超硬材料，适宜高速切削，但对切削过程中的振动极为敏感，容易崩刃；而硬质合金 刀具相对较高的韧性，恰恰赋予其良好的抗振动能力，但是由于硬质合金刀具本身硬度 金属陶瓷刀具加l ：奥贝球铁的切削性能研究 与耐磨性较低，所以不适f 高速切削i 叭。而金属陶瓷j 具的材料性能则是兼有二者的优 点。由此可以看出，舍属陶瓷刀具有着区别于陶瓷刀具和硬质合金刀具的独特的切削性 能，在使用过程中，特别是在制定切削用量时，应当根据会属陶瓷刀具自身的特点，制 定出适合会属陶瓷刀具的切削用量标准。在本文中，作者也以磨损试验的结果为依据， 对使用金属陶瓷刀具时切削用量的制定方法提出了一些个人意见。 1 2ti ( c ，n ) 基金属陶瓷刀具 1 2 1 ti ( c ，n ) 基金属陶瓷的发展历程 2 0 世纪7 0 年代出现的t i ( c ，n ) 基金属陶瓷经过几十年的应用与发展，已经成为金属 陶瓷刀具中应用最为广泛的一个分支，它是以t i ( c ，n ) 为主要硬质相，以c o n i 作为粘 结剂，以w c 、m 0 2 c 、v c 、z c r 、c r 3 c 2 、h f c 和a i n 等硬质相作为增强相，以固溶强 化机制强化硬质相，并形j j 6 2 f f i ，v , w , n b ，z r ) ( c ，n ) 固溶相i 列。与传统的t i c 基金属陶瓷刀具 相比，其具有较高的红硬性、耐磨性、耐热性、抗月牙沣磨损能力及较低的摩擦系数， 因此具有更加优异的切削性能。作为材料性能介于w c c o 类硬质合金和陶瓷之问的刀 具材料，其高温强度高于前者，而韧性又比后者好，很好地填补了二者之问的空白。自 从1 9 7 3 年，美国r u d y 博士公布了细晶粒( t i ，m o ) ( c ，n ) 一n i m o 金属陶瓷刀具在钢材切削 中具有优异的耐磨性、高的韧性和良好的抗塑性变形等试验结果以来，世界范围内对 面( c ，金属陶瓷研究的兴趣大大增加1 6 l 。 表1 1 t i ( c ，n ) 基金属陶瓷的发展 t a b 1 1t h ed e v e l o p m e n to ft i ( c ，n ) 一b a s e dc e r m e t s 年份硬质相 粘结相 币( c ，n ) 基金属陶瓷的发展如表1 1 所示。目前世界主要工业国家都非常重视会属陶 瓷技术的发展，尤其在h 本，对其研究特别多。到2 0 世纪九十年代初，币( c ，n ) 基金属 陶瓷刀具材料己占日本所有刀具材料市场份额的3 0 i7 1 。而我国也在“八五”期l 日j 及之 大连理了：大学硕士学位论文 力量进行研究，作为刀具材料，合肥工业大学华中理工大学和三峡大学等都做了一些这 方面的研究，株州硬质合金只自贡硬质合金厂等也有相关的研究成果【8 j o 】o t i ( c ，n ) 是c 替换n 原子而形成的t i c 和t i n 的固溶体面( c ，n ) 可表示为t i c l x n x ， ( d ，x f 0 0 1 ( 2 ，6 ) ，f 刀片类型 f 0 0 1 ( 2 ，6 ) ，所以因素f 对试验结果的影响非常显著，也就是 说，进给量f 是影响表面粗糙度最显著的因素，刀片类型次之。 5 2 3 试验结果分析 ( 1 ) 进给量 图5 5 车削时的残留面积高度 f i g 5 5 r e s i d u a la r e ao nt h ew o r k p i e e ei nt u r n i n g 通过上述两种分析方法可以发现，进给量f 是对工件表面粗糙度影响最大的因素。 图5 5 表示切削时刀尖圆弧部分形成残留面积的情况，理论的残留面积高度可表示为： k = 若， 由此式可知，残留面积高度随着进给量的减小而降低，而且减小进给量也可以减小 积屑瘤和鳞刺的高度，从而减小表面粗糙度，如图5 6 a 所示。 ( 2 ) 切削速度 由于切削速度高时，刀具与工件的剧烈摩擦会产生很高的切削温度，在一定程度上 软化了工件表层材料，使其塑性得到改善，有利于粗糙度值得降低；但是随着切削速度 的进一步提高，切削温度随之升高，随着工件表层材料塑性的进一步增大，势必在刀刃 两端，即已加工表面及待加工表面处，造成工件材料受挤压产生隆起，导致工件表面鳞 刺的产生，使得粗糙度值有所上升，刀具磨损加剧，切削速度对表面粗糙度的影响如图 金属陶瓷刀具加丁奥贝球铁的切削性能研究 5 6 b 所示。 ( 3 ) 切削深度 从上述两种分析方法和图5 5 c 中可知，切削深度对表面粗糙影响很小，这是因为当 切削深度增加，切削刃同被加工金属的接触长度增加，导致切削力增加，但是单位长度 切削刃上被切除金属的变形力和摩擦力都没有改变，切屑变形系数也没有改变，切削区 的温度也改变得不多，因为随着切削的宽度增加，改善了切削刃的导热，所以在一般切 削时切削深度对表面粗糙度影响不大。 曼 蕾 j 四 憾 裂 翼 恒 僻 ( a ) 进给量f ( m m ，r ) ( b ) 切削速度v ( m m i n ) ( c ) 切削深度a p ( m m ) ( d ) 刀片类型 图5 6 试验指标随冈素变化趋势图 f i g 5 6t h ee x p e r i m e n tt a r g e t sc h a n g ed u et od i f f e r e n tf a c t o r s ( 4 ) 刀片类型 前角越大，刀具越锋利，应力便越集中，变形越容易，切削力越小，加工表面质量 越好。也就是说刀具锋利程度对切削过程有较大影响，同时对切削力、切削温度和切屑 变形系数都有不同程度的影响。因此，提高刀具的锋锐程度，可减小刀具对金属的挤压 力，使金属的变形程度降低，减缓金属的冷作硬化，有助于提高切削过程的稳定性，改 善加工表面质量和延长刀具的使用寿命畔】。四种刀具中n x 2 5 2 5 和p v 3 0 的f j i 角都是9 0 ， 而y n g l 5 1 和y b c 2 5 1 的则是3 07 ，因此前两种刀具所获得的表面粗糙度要好于后面 两种，如图5 6 d 所示。 5 3 本章小结 本章对金属陶瓷刀具y n g l 5 1 切削奥贝球铁时产生的切屑形态和已加工工件表面 粗糙度进行了研究，试验结果及分析表明： ( 1 ) 使用四种刀具切削奥贝球铁时，切屑在初期相对较短的一段时间是短屑，切 削中期发展成长切屑，后期则变成碎屑，且后期的切屑颜色也由于高温而变成蓝紫色。 人连理上入学硕十学位论文 由前期变化到中期长切屑的原因是由于切削热量累计使温度升高、材料塑性增加、摩擦 系数减小，变形系数也就随之减小。由中期变化到后期碎屑的原始是由于刀具磨损、刀 具的实际前角减小、造成剪切角减小、变形系数增大。 ( 2 ) 通过计算变形系数对比从磨损试验中采集到的切屑，我们发现：切削速度越 大，变形系数越小，切屑变长：当切削深度较小时，切屑薄而长。通过对比，我们可以 发现切削深度对切屑变形系数的影响要比切削速度小得多。 ( 3 ) 通过直观分析法和方差分析法分析可知，对表面粗糙度影响最大的因素是进 给量f ，而刀片类型、切削速度v 和切削深度件对试验结果的影响依次减弱，并确定优 选方案为f = - o 0 5 m m ，p v 3 0 刀具，切削速度v = 2 5 0 m m i n ，切削深度a v = o 1 。 金属陶瓷刀具加工奥贝球铁的切削性能研究 结论 本文通过多次切削实验，深入研究了金属陶瓷刀具切削奥贝球铁过程中的刀具磨损 形态、磨损机理以及切削用量对切削力的影响，分析了加工参数对工件表面粗糙度的影 响、切削用量对变形系数的影响，并结合试验结论探讨了奥贝球铁的加工方法。最后归 纳出以下几点结论： ( 1 ) 四种刀具的主切削力均随着切削速度的增加有减小的趋势。这是因为：随着 切削速度的增加，摩擦系数减小，剪切角增大，使切削力减小，而且切削温度也会随切 削速度的增大而升高，材料塑性增加，流动应力减小，故切削力也随之减小。 ( 2 ) 在两种金属陶瓷刀具的比较中，n x 2 5 2 5 的摩擦系数小于y n g l 5 1 。原因主要 是两个方面：首先，n x 2 5 2 5 具有梯度结构，其表层添加的t i n 颗粒的作用，类似于涂 层刀具的表层t i n 涂层，可以有效地减小刀具与铁基材料的摩擦系数，减少切削热，降 低前刀面温度，从而防止月牙洼磨损；其次，n x 2 5 2 5 的基体材料中t i n 含量要高于后 者，这就保证了即使表层被磨掉之后，基体依然具有较好的减磨作用。 ( 3 ) 在中低速下，涂层刀具的切削力，与两种未涂层金属陶瓷刀具相比相差不大， 随着切削速度的增加，两种涂层刀具的变化曲线下降的幅度很大，在高速时的摩擦系数 小于未涂层刀具。原因是：切削速度是影响涂层寿命最主要的因素，在低速时涂层的磨 损形式主要是磨损率较高的剥落磨损，涂层剥落后，刀具表面摩擦学特性急剧恶化，摩 擦力增大。 ( 4 ) 切削奥贝球铁时，金属陶瓷刀具的磨损机理主要是磨粒磨损、扩散磨损和粘 结磨损。其中粘结磨损是金属陶瓷刀具在高速高温下主要的磨损形式。在高温的作用下， 空气中的。会与金属陶瓷刀具中的t i n 发生氧化反应生成t i 0 2 。致密的t i 0 2 薄膜覆于 刀具表面，一方面由于其硬度低且具有一定的流动性，可以起到固体润滑剂的作用，降 低切削温度，减轻粘结磨损； ( 5 ) 在两种金属陶瓷刀具的比较中，y n g l 5 1 更适合在本次试验的条件下切削奥 贝球铁。虽然表层的梯度结构和基体材料较高的n 含量，增强了刀具的抗月牙洼磨损性 能和抗振性能，但是同时也降低了刀具的硬度，在切削硬度、强度都很高的奥贝球铁的 时候，磨损率很高。相对而言，由于本次试验条件加工系统的振动较小，y n g l 5 1 在刀 具韧性方面的缺陷并没有对刀具寿命造成很大影响，相反高硬度而带来的高耐磨性使其 在与n x 2 5 2 5 的对比中取得了领先。 ( 6 ) 相比于未涂层刀具，涂层刀具在高速高温的情况下，拥有较高的抗粘结、扩 散磨损性能，因此能够适应较高的切削速度。但是由于奥贝球铁硬度、强度都很高，对 大连理工大学硕士学位论文 刀具的磨损很大，加之涂层在耐磨性和与基体结合性方面的欠缺，涂层磨损的速度很快。 当涂层被磨掉之后，刀具基体的耐磨性就成为决定刀具是否能够继续工作的重要因素。 ( 7 ) 兼有涂层优良地抗粘结磨损性能和金属陶瓷良好耐磨性的涂层金属陶瓷刀具 p v 3 0 ，理所当然的成为四种刀具中最适合加工奥贝球铁的刀具。相比与p v 3 0 ，涂层硬 质合金刀具y b c 2 5 1 的刀具寿命要短得多，这并不是因为其涂层性能方面与前者相比存 在多大的劣势，相反其t i n a l 2 0 3 - t i c n 的涂层结构就减磨作用上丝毫不逊色于p v 3 0 的t i n t i a l n 结构。但是在面对切削奥贝球铁所带来的高磨损率时，涂层磨损的非常 快，而一旦涂层被磨掉，y b c 2 5 1 刀具的硬质合金基体的耐磨性就不足以使刀具继续切 削。 ( 8 ) 使用四种刀具切削奥贝球铁时，切屑由初期的短屑，变化到中期的长切屑， 最终发展到后期的碎屑，且后期的切屑颜色由于高温变成蓝紫色。由前期变化到中期长 切屑的原因是由于切削热量累计使温度升高、材料塑性增加、摩擦系数减小，变形系数 也就随之减小。由中期变化到后期碎屑的原始是由于刀具磨损、刀具的实际前角减小、 造成剪切角减小、变形系数增大。 ( 9 ) 通过研究切削用量对切屑变形系数的影响，我们发现，进给量对于切屑形态 的影响最大，切削速度次之，而切削深度的影响最小。因此，选择合适的进给量是获得 良好切屑的先决因素，在实际生产中应首先通过调整进给量来控制切屑形态。 ( 1 0 ) 通过直观分析法和方差分析法分析可知，对表面粗糙度影响最大的因素是进 给量万而刀片类型、切削速度v 和切削深度对实验结果的影响依次减弱。 ( 1 1 ) 结合磨损试验的结果，我们认为，在切削奥贝球铁时，可以参考淬硬钢的切 削用量标准，并采用“减少切削速度一半，增大切削深度一倍的方法，在保障切削效 率的前提下提高刀具寿命。 金属陶瓷刀具加t 奥贝球铁的切削性能研究 参考文献 e l l 徐润泽粉末冶金结构材料学长沙：中南t 业大学出版社，1 9 9 8 e 2 3 王零森特种陶瓷长沙：中南工业大学出版社，1 9 9 6 e 3 3 于启勋论现代刀具材料的新进展中国高校切削与先进制造技术研究会第六届年会论文集北 京：机械工业出版社，1 9 9 9 ：7 - 1 3 4 张幼桢金属切削原理南京：航空工业出版社，1 9 8 8 ：2 7 8 2 8 1 5 张伟，蒋勇新一代金属陶瓷的制造、性能及应用明稀有金属和硬质合金，1 9 9 7 ：5 5 - 6 0 6 h d o i s c i e n c eh a r dm a t e r i a l s ，e d se a a l m o n d ，c a 。b r o o k e s a n d r w a r r e n ，i n s t p h y s c o n t s e r n o 7 5 ，a d a mh i l g e r ，b r i s t o la n db o s t o n ，1 9 8 6 ：4 8 9 5 2 3 7 徐强，张幸红，曲伟金属陶瓷的研究进展硬质合金2 0 0 2 ，1 9 ( 4 ) ：2 2 1 - 2 2 5 8 章宗城工具技术2 0 0 1 ，3 5 ( 2 ) ：1 5 1 8 9 铃木寿硬质合金与烧结硬质合金材料的基础和应用日本：丸善株式会社，1 9 8 6 ：3 0 9 3 7 1 1 0 土井英和等新金属t 业1 9 8 2 ，夏季号：1 4 1 1 李喜坤，修稚萌，孙旭东等碳热还原法制备t i ( c ，n ) 粉末冶金工程粉末冶金工业 2 0 0 4 ，1 4 ( 1 ) ：1 2 - 1 4 1 2 3 康新婷，刘素英t i ( c ，n ) 基金属陶瓷的制备与应用硬质合金，1 9 9 9 ，1 6 ( 1 ) ：2 1 - 2 6 e 1 3 石增敏，郑勇，游敏功能梯度金属陶瓷刀具磨损机理研究三峡大学学报( 自然科学版) 2 0 0 7 。2 9 ( 4 ) ：3 2 5 - 3 2 8 1 4 h p a s t o r ，j m a f e r s t r u c t u r e ，p r o p e r t i e sa n da p p l i c a t i o n so fc e r m e t s j o u r n a lo f p o w d e rm e t a l l u r g y 1 9 8 8 ，1 5 ( 3 5 ) ：1 1 1 6 1 5 3k g s t j e r n b e r g ，j ar e v i e w o fc e r m e tc u t t i n gt o o ld e v e l o p m e n t sa n da p p li c a t i o n j o u r n a lo fp o w d e rm e t a l l u r g y ，1 9 7 0 ，1 3 ( 2 5 ) ：1 1 1 2 e 1 6 l l i n d a u a n d ，k g s t j e r n b e r g w e a rm e c h a n i s i n so fc e r m e tc u t t i n gm a t e r i a l s j o u r n a lo f p o w d e rm e t a ll u r g y ，1 9 7 6 ，1 9 ( 4 ) ：1 卜1 3 1 7 h e e x n e r j c e r m e t m a t e r i a lf o r c u t t i n gt o o l s i n t e r n a t i o n a lm e t a l s r e v i e w s ，1 9 7 9 ，4 ：1 4 9 1 7 3 1 8 k g s t j e r n b e r g ar e s e a r c ho nm i c r o s t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e so fc e r m e tc u t t i n gt o o l s j o u r n a lo fp o w d e rm e t a ll u r g y ，1 9 9 7 ，1 3 ( 2 5 ) ：1 9 2 5 1 9 3u r o l a n d e r ， h 0 a n d r e n c o a t e dt o o l sf o rm e t a l c u t t i n g f e a t u r e sa n d a p p l i c a t i o n s m a t e r i a l ss c i e n c ea n de n g i n e e r i n g ，1 9 8 8 ，2 3 8 ：1 0 5 1 0 6 2 0 全朝海t i ( c ，n ) 基金属陶瓷刀片切削性能的研究硬质合金1 9 9 7 ，1 4 ( 3 ) ：2 0 2 4 2 1 曾艺成等温淬火球墨铸铁( a d i ) 工业化生产评述第三届全国等温淬火球墨铸铁( h i ) i ) 技术研 讨会论文集无锡：现代铸铁杂志社，2 0 0 2 ：卜8 2 2 叶学贤等温淬火球墨铸铁的发展及应用第三届全国等温淬火球墨铸铁( a d i ) 技术研讨会论 文集无锡：现代铸铁杂志社，2 0 0 2 ：9 1 3 5 2 人连理- 1 ：大学硕十学位论文 2 3 王怀林等一汽等温淬火球墨铸铁科研与生产实践二十年第三届全国等温淬火球墨铸铁( a d i ) 技术研讨会论文集无锡：现代铸铁杂志社，2 0 0 2 ：3 4 - 4 1 2 4 m j o h a n s s o n a u s t n i t eb a i n i t i cd u c t i l ei r o n t r a n s a c t i o n s 1 9 7 7 8 5 ：1 1 7 1 2 2 2 5 m n i l ia h m a d a b a d i e f f e c t so fs u c c e s s i v e s t a g ea u s t e m p e r i n go nt h es t r u c t u r ea n d i m p a c ts t r e n g t ho fh i g h - m nd u c t il ei r o n c a s tm e t a l s ，1 9 9 2 ，5 ( 2 ) ：6 2 7 1 2 6 k o v a c sbv t h et e r m i n o l o g ya n ds t r u c t u r eo fa d i a f st r a n s a c t i o n s ，1 9 9 4 ：4 1 7 4 2 0 2 7 周继扬a d i 理论与实践的近代进步第三届全国等温淬火球墨铸铁( a d i ) 技术研讨会论文集 ( c ) 无锡：现代铸铁杂志社，2 0 0 2 ：1 4 - 2 6 2 8 王泽华等温淬火球墨铸铁在我国铁道车辆上的应用第三届全国等温淬火球墨铸铁( a d i ) 技 术研讨会论文集无锡：现代铸铁杂志社，2 0 0 2 ：6 0 - 6 4 2 9 夏云等温淬火球墨铸铁( a d i ) 现状和发展前景第九届中国铸造学术会议论文集沈阳：东北 大学出版社，1 9 9 7 ：1 0 3 一1 1 3 3 0 储开荣等a d i 曲轴的初步研究第三届全国等温淬火球墨铸铁( a d i ) 技术研讨会论文集无锡： 现代铸铁杂志社，2 0 0 2 ：5 5 5 8 3 1 v e l e zm e f f e c to fs i l i c o no nk i n e t i c so fb a i n i t i cr e a c t i o ni na u s t e m p e r e dd u c t i l e c a s ti r o n ( j ) m a t e r i a lss ci e n c ea n dt e c h n o l o g y ，1 9 9 6 ，1 2 ( 4 ) ：3 2 9 3 3 7 3 2 e 1 l i o t t r t h er o l eo fr e s e a r c hi np r o m o t i n ga u s t e m p e r e dd u c t i l ei r o n h e a tt r e a t m e n t o fm e t a ls ，1 9 9 7 ，( 3 ) ：5 5 5 9 3 3 汤崇熙等温淬火球铁等温转变过程与奥贝球铁生产的若干问题材料科学与工程 1 9 9 5 。1 3 ( 2 ) ：3 0 - 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