切削正火态45钢新型可转位金属陶瓷铣刀性能研究

1、切削正火态45钢新型可转位金属陶瓷铣刀性能研究28工具技术切削正火态45钢新型可转位金属陶瓷铣刀性能研究韩成良刘宁胡坤宏合肥学院合肥业大学刀"存切削正火态45俐时的铣削性能及其失效机理.试验说明.该铣刀片具有很高的耐机械冲击和抗磨损性能.切削俐件时,其失效机删除了机械磨损外,化学磨损也不可无视.关键词:余属陶瓷铣刀片,铣削,失效,磨损机理ResearchonPerformancesofFlexibleCermetMillerforNormalizedCarbonSteel45HanChengliangLiuNingHuKunhongAbstract:Aoewflexiblecerme

2、tmillerfabricatedfromnearlyfulldenseTiCbasedcermetswithTiNnano-powdersistestedinfacemillingoperatiorrs,inthedrycuttingofacarbonsteel45.Millingperformancesandweal"mechanismsalestudiedindetails.Theresultsshowthatthetestingmillersexhibitedhigherresistancetomecluficalimpactandweal"andI10tipsal

3、efoundintheadoptchemicalwearareresponsibleforthefailureofthetestingmillersinapplicationtointermittentcuttingsteelathighersped.Keywords:cermetmiller,milling,failure,wearmechanism1引言TiCN基金属陶瓷由于具有比wc基硬质合金合肥学院基金资助(工程编号:05ky005za")收稿H期:20o5年7月'更好的抗粘结磨损和抗扩散磨损等性能,在精加工时这种刀具的耐用度,工件的外表质量普遍高于根底上开展起来的一

4、种新型颗粒型金属陶瓷复合材度很大,产生的热应力也大,这与脉冲作用点的局部合金材料的导热率较小,更容易产生裂纹.因此,为r防止微裂纹的产生,提高工件加工外表质量,应该对放电能(峰值电流或脉冲宽度)加以控制'4J.由于峰值电流的增大,使放电通道内的能量增加,分配到铜电极上的能量也相应增大,使铜电极上的电子获得了较大的逸出功,更多的电子获得足够能量后逸出电极外表,由此引起电极相对损耗率的增大.困此,为了提高加工外表质量,兼顾加工效率与电极损耗,需要根据加工实际需要合理选取峰值电流值.3结语放电加工足日前常用的一种特种加T方式,尤刘.硬质合金YTI5试样的电火花加工试验,分析了电火花Jl1工硬

5、质合金过程中脉冲宽度,峰值电流等电规准参数对加工速度,电极损耗,加I外表质量等加工性能的影响,总结了加工性能随脉冲宽度和峰值电流变化的规律,利用电极能量分配和放电通道形成原理解释了电极损耗的变化机理,提出采用较大峰值电流和较小脉宽进行加工可获得较高加工速度和试验结果及分析结论为电火花加工硬质合金材料时电规准参数的选择提供了可靠依据,对于硬质合金电火花加工参数的优化配置具有实际意义,同时为EDM加工数控系统的研究提供了有效的试验样本.参考文献1李明辉.电火花加工理论根底.此京:国防工业出版社,1989究.机电工程,1995(4):4748与模具,2003(6):1923属,2000(7):515

6、3第一作者:胡玉景,博士研究生,山东大学南校区机械工程学院博2003级,250061济南市2f'Xk5年第4o卷l料.由'卜它具有强度高,耐磨性及导热性好等优良具的切削性能首先取决于刀具材料,其次是几何形状和质量保证等.从具使用寿命的角度来看,对刀具材料的性能要求主要是耐磨性,强韧性和红硬硬性要求是第一位的;而精车淬硬钢件时要求刀具耐磨性很高;在断续切削,承受冲击载荷的情况下那么加工业中,铣削是应用最广泛的切削加工方法之一.铣削时,切削速度高,同时有多齿参与切削,故生产率很高铣削呵用来加平而,阶台面,沟槽和成形外表等.铣刀的种类很多,每一个刀齿相当于一把车厂J,它的根本切削规律

7、与车相似;但是,铣削是断续l7J削,切削厚度与切削面积都随时间在变化,所金方法制备了一种新型纳米改性金属铣刀片,通过较系统的切削试验,研究了这种铣刀片在切削正火态45钢时的铣削性能和磨损机理,为推广其在生产上的应用提供了理论及实践依据.2纳米改性金属陶瓷可转位铣刀片试验用金属陶瓷刀片材料组成和性能分别如表1所示.表1试验刀片材料组成和性能TiCWCTiNM0NifC35%I5%lO%l5%24%11.O%,)(g/cm1)TRS(Mpa)K/C(Mpa.m)±首先,用ZB220T型超声波对纳米TiN粉进行分散,混料后参加适量无水乙醇并置于QM一1l行星式球磨机上球磨24h.待混合料枯

8、燥后,参加一定量的汽油橡胶溶液进行造粒,然后在约200MPa压力下模压成形,最后在1450c【=温度下真空烧结lh.如图2b所示.图2a为试验刀片显微组织SEM照片,可见,其组织具有典芯一壳结构,文献4对这种组织特征及其形成机理深入详细地研究后指出,陶瓷相黑色的芯部是由未溶解的纯TiC构成,灰色的壳那么为(Tj,W,Mo)C固溶体;并指出芯和壳有着相似的晶体结构,这种过渡卡甘壳的形成是在烧结过程中通过溶解再析出机制形成的,过渡环形相壳的形成有利于改善基体强韧性.图1刀片制备工艺一一L=15.87ram,Z=14.36rnm,S=4.76ram,口=1I.图2新型铣刀片显微组织和刀片形状铣削试验

9、在64kw机床上进行,采用II交实验办案,每次仅仅装夹-个铣刀片做干式切削试验,铣削方式采用对称逆铣.试验材料为正火态45钏,其硬度为l90±刀盘直径j5=125mm,齿数Z=6.安装角度为=75,a0=一2.,y=7.铣刀与上件的相刘位置如图后刀面的磨损量(昭),最后,用LEO一1530VP型扫描电镜观察前后刀面磨损带形貌并进行刀具外表元素浓度分析.图3铣刀与工件相对位置3结果与讨论铣削用量的合理选择,是指为获得高的生产率,高的加工质量和保证必要的刀具寿命选择适宜的铣30削宽度n,切削深度,进给速度Uf和切削速度.图4是,每齿进给量I厂z和:_要素分别对刀具耐用度7'的影响

10、规律.(t?)图4铣削用量的改变与刀具磨损和寿命的关系图4a为每齿进给母对.的影响规律,可看出对的影响呈现明显的三个阶段,即初大,并且随着u.的增加,刀具后刀面磨损量迅速增加.最后,研究了轴向切深对馏的影响(见图4c:),可见轴向切深切深n的增lJu,铣削力增大很快,这就要求试验刀片具有更好的耐冲击性能.通常在进行高速切削时,具的磨损形态主要工具技术有后刀面磨损,微崩刃,边界磨损,片状剥落,前刀面别是刀片在小同切削条件下后刀面磨损(Flankz,=0.8ram),随着切削速度的增加,后刀面磨损区域扩大,磨损带由均匀转变为一系列不均匀沟槽.(a)u=294nv'min(b)u.=463m

11、/min图5后刀面磨损形貌图6前刀面磨损形貌图6为前刀面月牙洼磨损和热裂纹(Thermalcrack)形貌,可知,当其它切削用量一定时(u=294m/min,=0.16mm/z),切深n.增加,前刀面月牙沣磨损带宽度增加,且伴随有垂直于刃的热裂纹出现,这是由于切深增加切削压力很大;同时在高速切削时,切削温度可高达80010130,因此,切削过程中的刀具便受到周期性的热应力的作用而产生热裂纹.铣削刀具的磨损机理直接与前/,J面与切屑问的中,前者影响刀具前刀面的磨损,后者影响刀具后刀通车削相比,高速断续铣削时刀具与工件不断发生相瓦冲撞,切削压力也很大,所以高速铣削刀具的磨损机理与普通车削有很大区别

12、l561.研究说明,金属陶瓷具的磨损与切削条件密切相关,在高速切削时以高温引起的粘结磨损,化学反响,氧化磨损和损机理,在高速切削后,对刀具的尖局部和后刀面磨损带(见图5b)分别进行了能谱分析研究,结果如图7和表2所示.2006年第40卷NolAfWL只:!.只.I'I'.I''ll.12345nll1SaJp14RRetnC,urnr0O00keVkPB区FeW咄鐾殳.i童§.毫."'f0Fu图7磨损区EDs分析元素曲线表2能谱分析数据A区B区元素重量百分比原了分比元素芎馈百分比原子'分比CaK0,960.84K26.3313

13、.:总计l.100.oo总计1oo.1.oo可以看出,后刀面磨损区(A区)和刀尖区(B区)的化学成分都发生了很大的改变,其中,0和Fe含量明显增加,这说明了高温氧化和扩散很严重.比拟以t两组不同磨损区能谱数据可知,刀尖区0含量更高,这是因为在高速切削时,刀尖局部温度最高,氧化更严重.同时,钢中的Al,si和ca等杂质元素在高温下也扩散到刀具的外表.所以,町得出结论:新型纳米改性金属陶瓷刀具在断续高速切削钢件时,其失效机理除了机械磨损外,化学磨损也不可无视.4结语(1)新研制的纳米TiN改性TiC基金属陶瓷铣刀片具有良好的抗机械冲击和耐磨损性能;切削用量适中时,刀片均以"磨损"

14、;的形式失效,刀具寿命很长.3l(2)相同切削条件下,片磨损茸(馏)随切对的影响更大,而每齿进给量对一的影响较小.参考文献削性能研究.工具技术,2004,38(5):1619naIofMaterialsProcessingl'eehnology.2005.161:478484刀具实用手册.北京:机械工业出版社,1994turesinTi(C,N)一WCNicermetsviaadissolutionandpreeipitafionprocess.J.n.Ceram.Soc.,2000,83(6):14891494ingthemillingTi(C,N)basedtoolsagainst

15、carbonsteelInternationalJournalofRefractoryMetals&HardMaterials.200I.19:191202andgearhobbingbymeansofcermettoolswithatough(Fi,W,fractoryMetals&HardMaterials,2001,19:11167n(1ericMontevetde.AlidaBellosi.Oxidationthavioroftitaniumcarbonitridebase(jmaterials.ColxosionSx.ienee,2oo2,44:19671982第一作者:韩成良,讲师,合肥学院化学与材料工程系,230022合肥市我国机械工业产值平稳增长今年110月,中