不同材料刀具车削钛基复合材料的试验研究

不同材料刀具车削钛基复合材料的试验研究不同材料刀具车削钛基复合材料的试验研究 不同材料刀具车削钛基复合材料的试验研究摘要针对硬质合金 PCD 刀具以及钛基复合材料 TiCp TiBw TC4的材料特性及切削特点 通过单因素试验研究两种材料刀具在不同切削速度下的切削力和切 削温度 刀具耐用度和刀具磨损 已加工表面粗糙度 切屑形貌 为揭示钛基复合材料切削加工机理提供理论和试验依据 研究表明在较低切削速度范围 15 60m min 内 随着切削速度的 增大 硬质合金和PCD刀具的切削力和切削温度变化趋势一致 均分 别为逐渐减小和逐渐升高 刀具耐用度均先升高后降低 表面粗糙 度分别为先减小后增大再减小和逐渐减小 刀具磨损形式主要为磨 粒磨损 但磨损形貌略有不同 切屑形貌为典型的锯齿形 关键词硬质合金 PCD 钛基复合材料 切削力和切削温度 刀具耐 用度和刀具磨损 表面粗糙度 切屑形貌Abstract In considerationof thematerial propertiesand cuttingcharacteristics of the cemented carbide polycrystalline diamond PCD cutting toolsand titanium matrix posites TiC p TiB w TC4 single factorexperiments arecarried outto studythe cutting force and cutting temperature tool lifeand tool wear surface roughness and chip morphology under different cutting speed It providestheoretical andexperimental basisto revealthe machiningmechanism of titanium matrix posites It showsthat atlower cutting speed range 15 60m min with theincrease ofcutting speed the cutting force and cutting temperature tool lifeand tool wear and chip morphologyofthetwo materialcutting toolshave similarchange trend Both thecutting forceandcuttingtemperature graduallydecrease andincrease respectively The toolslife increasesat firstand thendecreases The surface roughness decreasesat first then increasesand decreasesat lastfor cemented carbide while decreasesgradually forPCD The mainforms oftoolwearis abrasivewear but themorphology isslightly different the chipmorphology istypical serrated Key words cemented carbide PCD titaniummatrix posites cuttingforceandcuttingtemperature tool lifeand toolwear surfaceroughness chipmorphology钛基复合材料 Titan ium Matrix Composites 因具有优异的物理力学性能 例如高比强度 比模量 耐高温 耐腐蚀和耐疲劳等 在航空 航天 汽车工业等领域应 用越来越广泛 但是由于高硬高脆 非均匀 高耐磨性的增强相的加入 使得该复 合材料的切削加工性很差 切削过程中刀具寿命低 刀具磨损严重 加工成本高 加工精度和表面质量难以保证 这些切削加工中存 在的问题在很大程度上限制了钛基复合材料进一步的推广应用 因此深入系统的研究钛基复合材料切削加工机理 解决加工中存在 的问题 正确评价其切削加工性具有十分重要的意义 1 在过去的几十年中 人们对于其他金属基复合材料 如铝基复合材 料 做了大量关于切削力 切削温度 刀具耐用度和刀具磨损机理 以及已加工表面完整性的试验及理论研究 极大的促进了铝基复合 材料的广泛应用 但迄今 国内外对于钛基复合材料切削力和切削温度 刀具耐用度 和刀具磨损 已加工表面粗糙度 切屑形态等的研究仍较少 切削 机理仍不明确 取得的相关研究成果也相当有限 加拿大R Bejjani和B Shi 2 等学者使用PCD刀具对增强相体分比为1 0 12 的TiC颗粒增强钛基复合材料 基体TC4 进行了激光辅助车 削加工试验研究 结果表明激光辅助加热可以使刀具寿命提高180 而表面粗糙度仅提高15 加热温度过高 又会促进刀具的扩散磨 损 降低刀具耐用度 但其对非辅助的传统切削加工性尚未展开具 体研究 葛英飞 3 等用PCD刀具对体分比为10 的TiC颗粒和TiB晶须混杂增强 钛基复合材料 TiC p TiB w TC4进行高速车削试验 结果表明刀具的主要磨损形式为磨粒磨 损 还有少量的粘结磨损 当切削速度大于80m min时 刀具后刀面 磨损急剧增加 刀具耐用度急剧降低 但是 实际切削时 切削速度可以达到100m min 因为此时切削路 程更长 切削加工效率更高 但其研究也仅局限于切削速度V 60m m in以上 对于相对低速范围尚未涉足 Sharon M Hayes 4 等学者采用高速钢和硬质合金刀具干切纤维增强钛基复 合材料 通过对刀具磨损 切屑形貌 已加工表面完整性的研究 揭示其切削加工机理 研究表明 刀具的主要磨损形式为后刀面磨 粒磨损 严重的后刀面磨损也会导致较差的已加工表面质量 但这些结论仅局限于连续增强钛基复合材料的切削加工性 对于非 连续增强钛基复合材料的加工性尚未提到 边卫亮 1 采用硬质合金和PCD刀具对体分比为10 的TiC颗粒和TiB晶 须混杂增强钛基复合材料 TiC p TiB w TC4在切削速度V 60 120m min范围内进行车削试验研究 重点 研究了两种材料刀具的磨损形式和磨损机理 对已加工表面质量和 切屑形貌的研究较少 章宇 5 采用不同参数的PCD刀具对TiC颗粒和TiB晶须混杂增强钛基 复合材料 TiC p TiB w TC4进行铣削试验研究 研究不同刀具参数对钛基复合材料切削 时刀具耐用度 刀具磨损和表面质量的影响 但没有研究切削参数 的影响 本文针对以上问题采用硬质合金刀具和PCD刀具在15 60m min切削速度范围内对钛基复合材料进行车削试验 研究不同材料刀具在不同切削速度下的切削力切削温度 刀具耐用 度和刀具磨损 已加工表面粗糙度 切屑形貌 为揭示钛基复合材 料切削加工机理提供理论和试验基础 1试验过程及试验条件研究所用材料为上海交通大学提供的增强相体 分比为10 的TiC颗粒和TiB晶须混杂增强钛基复合材料 TiCp TiBw TC4 基体是Ti 6Al 4V 棒料规格为 60 200 退火后其显微组织如图1 物理力学性能见 表1 试验在SK50P卧式数控车床上进行 刀具为正方形WC Co类硬质合金 PCD机夹式刀片 其几何参数见表2 刀杆为肯纳的 型号为PSSNR2525M12车刀杆 采用水基乳化液进行冷却 切削参数见表3 切削过程中使用KH 7700三维视频显微镜对刀具的前后刀面磨损及破损情况进行实时观 察记录 并测量其后刀面磨损量 表面粗糙度采用Mahr PerthometerM1粗糙度仪测量 采样长度L 5 6mm 每个粗糙度值测 量3次 取它们的平均值 切削力的测量采用Kistler9272动态测力 仪 测得信号经Kistler5019电荷放大器放大后 由计算机进行数据 采集 切削温度采用自然热电偶法测量 切削温度热电势数据的采 集和存储使用了美国国家仪器公司 National Instruments 生产的NIUSB 6211多功能数据采集系统 与采集系统配套使用的分析软件是由南 京航空航天大学高效精密加工技术研究所自行设计开发的一套基于L abview平台的数据采集和分析系统 试验中收集每组切削参数下的切屑 并沿垂直于切屑宽度的方向制 备金相试样 腐蚀剂采用成分为HF HNO3 H2O 1 3 10的溶液 腐蚀 时间 5s 采用三维视频显微镜观察其显微组织 采用扫描电镜观察 其自由表面和接触表面 图1 TiC p TiB w TC4金相组织Fig 1The microscopicstructure ofthe TiC p TiB w TC4表表1钛基复合材料的物理力学性能Table1Physical andmechanical propertiesoftitaniummatrixpositesItem leveltensile strength MPa1102 8yield strength MPa1005elasticity modulus GPa135HRC35表表2试验中所采用刀具的工作几何参数Table 2Tool geometricparameters usedin theexperiments ItemPCD CEMENTEDCARBIDE rakeangle 50clearance angle 88corner radius mm0 80 8表3切削参数Table3Cutting parameterslement levelV m min15304560f mm r ap mm0 080 52切削力和切削温度切削力和切削温度的研究是钛基复 合材料切削工艺分析以及切削机理研究的主要依据 对切削力和切削温度的研究为刀具耐用度 刀具磨损 表面粗糙度 以及切屑形貌的分析提供了理论依据 有利于揭示刀具磨损和切屑 的形成机理 切削过程中 刀具和工件相互作用时产生的切削力是刀具所受的合 力F 为了便于测量和分析 一般将合力F分解为3个相互垂直的分力 其 中X方向为沿轴向的进给抗力F f Y方向为沿切深方向的切深抗力F p Z方向为沿切削速度方向的主切削力F c 合力为F 6 图2和3所示为两种材料刀具切削力随切削速度的变化曲线 随着切削速度的增大 两种材料刀具对应的切削力总体减小 且PCD 刀具切削力小于硬质合金刀具的切削力 但切削力的振动大于硬质 合金刀具的切削力振动 这是因为PCD刀具与工件材料的摩擦系数小于硬质合金刀具与工件材 料的摩擦系数 并且硬质合金刀具与工件的粘结现象较PCD刀具严重 因此PCD刀具切削钛基复合材料的切削力小于硬质合金刀具的切削 力 1 切削过程中 工件材料的变形通常可由Johnson Cook模型表征 工件材料的流变应力 由应变硬化 B 应 变率硬化 1 Cln 和切削温度热软化 1 T 共同作用 如式1 由于PCD刀具导热性能良好 与工件摩擦系数小 切削钛基 复合材料时切削温度要低于硬质合金刀具的切削温度 如图4 因此 PCD刀具切削钛基复合材料时 切削热对工件材料的热软化效应 1 T 相对来讲没有硬质合金的明显 材料基体对增强相的把持力大 于硬质合金刀具切削时的把持力 此时 增强相更趋向于被切断去 除 而切断过程中 增强相对刀具的撞击增大了刀具的振动 所以 PCD刀具的切削力振动大于硬质合金刀具的切削力振动 7 图2和图3所示 硬质合金刀具对应的切削力在V 15 45m min时 基本稳定 在V 60m min时 切削力减小 而PCD刀具对 应的切削力在V 15m min时较大 在V 30m min时开始减小 并在V 3 0 60m min范围内保持稳定 切削速度较低时 材料流变应力主要有应变硬化 B 主导 随着切削速度增大 切削温度也升高 对材料的热软化效应增强 这也导致了两种材料刀具的切削力随着切削速度逐渐减小 硬质合金刀具的切削力降低速度比PCD刀具的切削力降低速度大 这 可能和两种刀具材料与钛基复合材料的亲和度有关 B 1 Cln 1 T 1 图4为两种材料刀具在不同切削速度下的切削温度变化曲线 由图可知 切削温度均随着切削速度的增大而升高 且硬质合金刀 具的切削温度整体高于PCD刀具的切削温度 这主要是因为随着切削 速度的增大 材料应变和应变率增大 单位时间内切削做功增多 切削产生的热量增加 从而使切削温度升高 和硬质合金相比 PCD 刀具具有良好的导热性 切削过程中能迅速将热量从切削区域传递 到刀具内部 降低切削区的温度 而且PCD刀具的摩擦系数约为硬质 合金刀具的1 2 可显著减小刀具与切屑 刀具与工件接触区的摩擦 力 从而减少切削热的产生 因此 PCD刀具的切削温度会明显低于 硬质合金刀具的切削温度 2 图2硬质合金刀具不同切削速度下的切削力Fig 2Cutting fore under different cutting speed with cemented carbide图3PCD刀具不同切削速度下的切削力Fig 3Cutting foreunder different cutting speedwith PCD图4不同切削速度下的切削温度Fig 4Temperature under different cutting speed3刀具耐用度和刀具磨损刀具的磨钝通常会从以下几个方面评 判1 后刀面的平均磨损VB或最大磨损VB max 2 月牙洼磨损的深度 3 刀具的大面积崩刃或破碎 8 本文研究中选择后刀面平均磨损量VB 0 2mm作为刀具的磨钝标准 刀具耐用度采用切削路程作为其衡量指标 图5为硬质合金刀具和PCD刀具在不同切削速度下的切削路程 可见两种材料刀具的切削路程均随着切削速度的增大而先增大后减 小 在V 45m min时达到最大值 分别为硬质合金刀具225 45m 而P CD刀具702m 切削速度对刀具耐用度的影响 主要通过切削力 切削温度影响 切削速度较低时 工件温度较低 热软化效应不明显 工件硬度较 高 材料变形抗力和基体对增强相的把持力较大 此时 较大的切 削力和增强相对刀具的磨粒磨损是导致刀具耐用度较低的主要原因 随着切削速度的提高 切削热软化效应较明显 工件材料变形抗 力降低 切削力减小 切削力对刀具耐用度的影响减小 而切削温 度对刀具耐用度的影响还没完全体现出来 此时刀具耐用度较高 随着切削速度的进一步提高 切削温度进一步升高 刀具的粘结磨 损开始增强 将导致刀具耐用度降低 9 本试验中V 45m min时可获得较高的刀具耐用度 另外 PCD刀具切削路程明显优于硬质合金刀具 因为和硬质合金刀 具相比 PCD具有较高的硬度和耐磨性 抗磨粒磨损性能较好 工件 材料和PCD刀具的亲和力较低 由图4可知 PCD刀具的切削温度也较 低 粘结磨损程度轻于硬质合金刀具 因此 PCD总体刀具耐用度优 于硬质合金刀具 图5不同切削速度下的刀具耐用度Fig 5Tool lifeunder different cutting speed图6和图7分别为硬质合金和PCD刀具在不同切削速度下后刀面 磨损量VB随切削路程L的变化曲线 可以看出 两种材料刀具的磨损量均随切削路程的增大而增大 但 未出现刀具磨损稳定阶段 磨损曲线的线性度较好 这主要是因为钛基复合材料切削过程中刀具磨损主要为磨粒磨损 材料中存在硬度较高的增强相 弥散分布的增强相对刀具进行刻划 滑擦等 微切削 磨损量和切削路程成比例关系 图6不同切削速度下硬质合金刀具磨损量和切削路程的关系Fig 6Too l wearunder different cutting speedwith cemented carbide图7不同切削速度下PCD刀具磨损量和切削路程的关系Fig 7T ool wearunder different cutting speedwith PCD图8为硬质合金和PCD刀具在不同切削速度下的刀具前刀面磨损情 况 两种材料刀具前刀面磨损形貌相似 都没有出现典型的月牙洼磨损 而是前刀面磨损带直接与切削刃相连 最大磨损深度也发生在切 削刃处 形成一个斜坡状磨损区域类似于负倒棱 1 但两者磨损形貌又有所差异 硬质合金刀具磨损区域比较光滑 而P CD磨损区则出现了明显的沟槽 如图8 b 方框中 主要因为钛基复合材料切屑变形系数较小 切削时刀屑接触长度极 短 切削刃处承受较高的应力和切削温度 使得刀具前刀面出现斜 坡状磨损带 图9为硬质合金和PCD刀具在不同切削速度下的刀具后刀面磨损情况 两种材料刀具主要磨损形式均呈现典型的后刀面磨粒磨损 靠近刀 尖和最大切深线附近的磨损最明显 和前刀面磨损一样 硬质合金刀具后刀面磨损区域比较光滑 而且 随着切削速度的提高 后刀面出现类似于塑性变形的磨损形貌 而P CD刀具后刀面磨损带出现了明显沟槽 主要是因为切削过程中 材料中硬度极高的增强相不断刻划刀具前 后刀面产生了明显的沟槽 而硬质合金刀具的强度 硬度要比PCD刀 具低很多 切削时更易被磨损 但其切削过程中的切削温度远远高 于PCD刀具 见图4 而且与工件材料的亲和度也高于PCD刀具 较 高的切削温度和材料亲和度导致工件材料软化 更易在刀具表面粘 附一层工件材料 从而使得增强相对其表面的刻划作用并不明显 而是协同基体材料一起对刀具表面产生碾压摩擦 从而导致磨损区 域表面较为光滑 2 因此 硬质合金刀具切削钛基复合材料时 除了磨粒磨损外还有粘 结磨损的存在 但和PCD刀具一样 主要还是磨粒磨损 这也进一步 佐证了图6和图7所示的刀具磨损量和切削路程的关系 cemented carbide PCD a V 15m min cemented carbide PCDb V 30m min cemented carbide PCDc V 45m min cementedcarbide PCDd V 60m min图8不同材料刀具在不同切削速度下的前刀面磨损Fi g 8The toolwear on the rakeface under differentcutting speed cementedcarbide PCDa V 15m min cementedcarbide PCDb V 30m min cementedcarbide PCDc V 45m min cementedcarbidePCDd V 60m min图9不同材料刀具在不同切削速度 下的后刀面磨损Fig 9Tool wearon theflank faceunder differentcuttingspeed4表面粗糙度图10为硬质合金刀具和PCD刀具 切削钛基复合材料时已加工表面粗糙度随切削速度的变化曲线 PCD刀具的已加工表面粗糙度Ra随着切削速度的增大逐渐减小 而硬 质合金刀具的已加工表面粗糙度Ra随着切削速度的增大先减小后增 大再减小 总体来讲 硬质合金刀具切削时的表面粗糙度低于PCD刀 具切削时的表面粗糙度 这和刀具后刀面磨损形貌有关 由图8和图 9可知 PCD刀具后刀面出现严重的沟槽磨损 切削时 沟槽复印到 已加工表面 使得表面粗糙度值增大 而硬质合金刀具后刀面磨损 形貌比较均匀光滑 对已加工表面粗糙度值影响不大 甚至有利于 已加工表面粗糙度值的减小 对于PCD刀具 切削速度主要通过刀具磨损影响其已加工表面粗糙度 随着切削速度的增大 切削温度升高 后刀面粘附的工件材料逐 渐增多 对刀具后刀面起到了一定的保护作用 后刀面磨损沟槽逐 渐减少 复印到已加工表面的磨损形貌也相应减少 有利于已加工 表面粗糙度的改善 因此 已加工表面粗糙度随着切削速度的增大 逐渐减小 而硬质合金刀具 后刀面磨损形貌较为光滑 切削过程中的切削力 振动成为影响其已加工表面粗糙度的主要因素 如图11为已加工表面粗糙度和切削力振动随切削速度的变化曲线 图10不同材料刀具在不同切削速度下的表面粗糙度Fig 10The surfaceroughness underdifferentcuttingspeed andtool materials1020304050600 050 100 150 200 250 300 350 40Ra m V m min F Ra1012141618202224切切切切切切 F N图11硬质合金刀具在不同切 削速度下的表面粗糙度和切削力振动Fig 11The surfaceroughnessandcuttingforcevibration underdifferentcuttingspeedwithcementedcarbide5切屑形貌分析 钛及钛合金因其热导率较低 切削时变形能转化的热量集中在主剪 切区而来不及向外传递 剪切带内温度迅速升高 极易可能发生动 态再结晶 其强烈的软化效应使得阻止材料继续变形的流变应力降 低 热软化优势超过应变硬化引起局部剪切变形 形成绝热剪切带 绝热剪切使得材料承载能力下降 导致处于主剪切区域的工件材料 呈楔状向上向前移动 当前进到一定程度 由于强剪切作用 当前 楔块与上一楔块接触面迅速减小 进而形成锯齿状切屑 10 钛基复合材料和钛合金相似 切削时切屑形貌也呈锯齿形 如图12 和图13分别为硬质合金和PCD刀具在不同切削速度下的切屑形貌 随着切削速度的增大 锯齿形越来越明显 但切屑的锯齿并不规整 锯齿上有较小的分叉 并且大小齿相间 在速度较低时表现的尤为明显 说明此时刀具有明显的振动 10 如图2和图3所示 在切削速度V 15m min时切削力振动较大 而且对切屑进行腐蚀时 时间稍长增强相周围即呈黑色者认为这是 由于增强相周围存在高密应力场 图14和图15分别为硬质合金和同切削速度下的切屑自由表面形貌 在不同切削速度下的切屑自由表面形现周期性材料隆起 其横截面 表现为12和图13 图16为硬质合金刀具在下的锯齿形切屑分节滑出面形貌 滑切方向的沟槽 鳞片状粘结物和孔洞而速度较高时沟槽 粘结物 等相对较低速时光滑 这说明锯齿形切屑形成处发生了剧烈的粘结 撕裂 增强相沿对基体材料产生了严重的刻划 而速削温度升高 切屑剪切滑移面的强度齿形切屑的剪切滑移更易实现 11 同随之减小 如图3和图4 图16框中屑中有不同的锯齿间距 主要是因为含有硬质增强相 使 切屑形成过程中形 当剪切带的形成受到增强相的阻迟形成 从而 产生了不同锯齿间距 图17为两种刀具在不同切削速度表面 表面存在沿切屑流出方向的 波金刀具的接触表面比PCD刀具的接触多 主要是因为切屑从前刀面流出时相在接触表面和刀具前刀面间产生 三上前刀面的磨损形貌复印在切屑接触切屑接触表面出现了明显的 波纹 而金刀具相比前刀面沟槽磨损严重许多刀具对应的切屑接触 表面波纹比硬质的切屑接触表面波纹明显得多 11 P接触表面复印 刻划出明显波纹的同削力振动 因此 尽管PCD刀 具的切金刀具的切削力小 但其切削力振动金刀具的切削力振动 a V 15m min b V 30色模糊状 有学密度位错或畸变和PCD刀具在不 两种材料刀具形貌相似 均出为锯齿形 如图在不同切削速度滑出 面上有沿剪洞 如图16 A 较少 滑出面较成过程中剪切面沿剪切面流动时速度增大后 切度下降 使得锯同时 切削力也中所示 同一切为钛基复合材料 中产生非均匀变阻碍时 就会延度下的切屑接触波纹 且硬质合触 表面波纹少很时 脱落的增强三相磨损 再加触表面上 使得而PCD 和硬质合多 因此 PCD质合金刀具对应PCD刀具在切屑同时也会引 起切切削力比硬质合动却大于硬质合m min c V 45m min图12硬质合金刀具在不同Fig 12The chipmorphology undethe cementedcarbidea V 15m min c V 45m min图13PCD在不同切削速度Fig 13The chipmorphology using the PCDa V 15m min c V 45m min图14硬质合金刀具在不同切Fig 14The chipfree surfacusingthecementedd V 60m min同切削速度下的切屑形貌erdi fferentcuttingspeedusing b V 30m min d V 60m min度下的切屑形貌underdifferentcuttingspeedb V 30m min d V 60m min切削速度下的切屑自由表面eunderdifferentcuttingsp eed carbidea V 15m min b V 30c V 45m min d V 6图15PCD在不同切削速度下的切屑自Fig 15The chipfree surfaceunderdifferentthe PCDV 15m min V 6图16硬质合金刀具的锯齿形切屑分节Fig 16The Serratedchip sectionmorpholocutting speedusingthecementedcarbidcementedcarbidePCa V 15m min cementedcarbide Pb V 30m min Am min0m min自由表面cuttingspeedusing60m min滑出面形貌ogy underdifferent deCD PCDcementedcarbidec V 45m mcemented carbided V 60m 图17不同材料刀具在不同切Fig 17The contactsurface ofcspeed对于锯齿形切屑 常采用评价其变形程度 Gs越大 均匀 其定义如式2 测量方最大齿深 h为切屑的最小切削速度下的切屑 锯齿化程G H H随着切削速度的增大 锯齿化程度均先减小后增大 到最小值 说明随着切削速的绝热剪切带的绝热失稳形通常认为锯 齿形切屑的绝热大有一个明显的特征 即由变带向具有细晶结构组 织特的局部剪切不仅受切削速度且还受多种物理因素影响 来的温 度升高 12 切削速度较小 切削温度较低 而材工硬化表现较明显 动态再屑 绝热剪切带主要为组织被带和晶粒开始细化的转变带程度较小 刀 具振动也较小工表面粗糙度和刀具耐用度变形速率和切削温度升高 导性使得剪切带中心的材料PCD min PCD min削速度下的切屑接触表面chip underdifferentcutting用锯齿化程度Gs来定性 表明切屑的变形就 越不方法如图18 H为切屑的齿深 11 两种刀具在不同程度如图19 2 两种刀具切削时的切屑大 在V 30 45m min时达速度的增大 锯齿形切屑形式和组织发生了变化 热剪切带随切削速度的增由只有塑性变形存在的形特征的转变带转 变 材料度和材料属性的影响 而如产生的热量和随之而度较低时 材 料变形速率材料变形较大 此时 加再结晶软化效应较弱 切被拉 长的形变带或者形变带同时存在 切屑锯齿化小 从而有利于改善 已加度 随着切削速度的增大 钛基复合材料的低热传料来不及向外散发热 量 温度较高 导致材料的组织结构发生变化 剪切带内出现晶粒 细化的现象 此时 剪切带内主要为晶粒较细的转变带 再加上动 态再结晶导致材料热塑性失稳 流变应力下降 锯齿形切屑更易形 成 切屑的锯齿化程度增大 锯齿化程度的增大 又会使刀具发生振动 从而使表面粗糙度增大 刀具耐用度降低 图18锯齿形切屑锯齿化程度Fig 18Degree ofserrated chip0 3290 1940 1820 3090 2860 2240 2330 288153045600 000 0 50 100 150 200 250 300 35GsV m minPCD硬硬硬硬图19硬质合金和 PCD刀具切削时的锯齿化程度Fig 19The sawtoothlevel ofchip usingcementedcarbideand PCD6结论 1 在切削速度范围内 两种材料刀具的切削力均随着切削速度的 增大而降低 切削温度均随着切削速度的增大而升高 硬质合金刀 具的切削力和切削温度均高于PCD刀具的切削力和切削温度 2 在切削速度范围内 两种材料刀具的刀具耐用度均随着切削速 度的增大先升高后降低 在速度V 45m min时 达到最大值 硬质合 金路程达到225 45m 而PCD达到702m 总体来看 PCD刀具耐用度高 于硬质合金刀具的耐用度 两种材料的刀具主要磨损形式均为磨粒 磨损 但磨损形貌不同 3 在切削速度范围内 两种材料刀具下的已加工表面粗糙度随着 切削速度的增大 硬质合金刀具为先减小后增大 然后再减小 PCD 刀具逐渐减小 在速度V 60m min时 达到最小值 分别为硬质合金 Ra 0 285 m PCD刀具Ra 0 37 m 总体来讲 硬质合金刀具下的 已加工表面粗糙度优于PCD刀具下的已加工表面粗糙度 4 两种材料刀具切削得到的切屑均为锯齿形切屑 切屑自由表面 材料周期性隆起 形成锯齿 接触表面出现平行于的滑动方向的划 痕 切屑锯齿化程度随切削速度的增大先减小后增大 最小值分别 为硬质合金在V 30m min时 Gs 0 224 PCD在V 45m min时 Gs 0 1 82 参考文献 1 边卫亮 钛基复合材料车削加工试验研究 D 南京 南京 航空航天大学 xx Bian Weiliang Study on machinability oftitaninum matrixposites D Nanjing Nanjing University of Aeronauticsand Astronautics xx 2 R Bejjani B Shi Laser assistedturning of Titanium MetalMatrixComposite J CIRP Annals Manufacturing Technology xx 60 61 64 3 Ge Yingfei Xu Jiuhuaand FuYucan High Speed Turningof TitaniumMatrix Compositeswith PCDand CarbideTools J Advances inMaterials ManufacturingScience andTechnology XV The15th InternationalManufacture Conferencein China xx 10 39 44 4 SharonM Hayes M Ramulu and W E Pedersen Machining characteristicsof atitanium metalmatrixposite J NAMRC xx P 189 5 章宇 钛基复合材料铣削刀具耐用度研究 D 南京 南京航空航天大学 xx Zhang Yu Study ontoolwearof milling