在線客服
企業(yè)微信
在工件過渡區(qū)（即淬硬表層與經(jīng)部分淬硬的工件本體的過渡區(qū)域）的加工中,由于被加工結(jié)構(gòu)具有不同的特性，因此刀具切削刃必須滿足復(fù)雜的、有時是相互矛盾的性能需求。例如，在切削變形程度不大的淬硬工件材料時，為了達(dá)到適當(dāng)?shù)那邢魅蟹�(wěn)定性，對刃口進(jìn)行鈍化處理被證實是有益的。另一方面，由于未淬硬材料在切削時具有較大的彈塑性變形，需要采用鋒利的切削刃加工。因此，需要的刀具切削刃形貌應(yīng)能低成本、高質(zhì)量地加工具有軟、硬兩個不同部分的工件。迄今為止，關(guān)于在加工具有表面淬硬層和局部淬硬的工件時，刀具切削刃的微觀幾何形貌、制備方法、技術(shù)參數(shù)與加工結(jié)果之間的關(guān)系的相關(guān)知識一直比較欠缺。本文專門針對這一問題進(jìn)行了深入研究。
引言
由于經(jīng)濟(jì)上或功能、技術(shù)上的原因，越來越多的工件采用了局部淬硬的處理方式。例如，在汽車、航空航天工業(yè)或機(jī)器制造業(yè)中，一些特殊的加工應(yīng)用意味著必須對加工過程進(jìn)行深入研究，以便在加工工件的表面層與局部淬硬材料的過渡區(qū)時，通過構(gòu)建有效的加工系統(tǒng)和選擇適當(dāng)?shù)募庸?shù)，獲得可重復(fù)的最佳加工效果。其結(jié)果是（尤其在考慮刀具切削刃的微觀幾何形貌時），專用刀具及其附屬技術(shù)的有效性（包括切削刃的制備和刀具的刀片技術(shù)）正變得極其重要。本文介紹了在建立切削刃微觀幾何形貌、加工條件與加工結(jié)果之間的關(guān)系上所做的工作，以及獲得的主要成果。作為項目的目標(biāo)參數(shù)，產(chǎn)品質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)同樣重要。
切削刃的制備
切削刃的制備方法包括毛刷技術(shù)、在磁場中進(jìn)行表面精加工，以及在專用噴砂機(jī)中進(jìn)行噴砂處理等。
本文的研究對象是方形刀片（S型幾何形狀）和切槽刀片。研究的刀具材料為兩種聚晶立方氮化硼（CBN或PCBN）牌號和一種陶瓷牌號。在最先進(jìn)行的試驗中，首先確定了修改刀片幾何參數(shù)和刀具材料的技術(shù)范疇，然后，根據(jù)確定為合適的參數(shù)組合來制備刀片的切削刃，繼而通過切削試驗對這些刀片的加工效果進(jìn)行研究。其后，采用具有相應(yīng)參數(shù)組合（它們確定了加工工藝）的每一種刃口制備方法，得到至少兩種不同的切削刃條件。將用這種制備方法獲得的切削刃的半徑和表面粗糙度與初始條件（磨后刀片）以及市場上銷售的切削刀片進(jìn)行了比較，從比較結(jié)果可知，采用不同的制備方法和加工條件，獲得的切削刃微觀幾何形貌也不相同。根據(jù)加工原理，用毛刷制備的切削刃其刃口半徑大小取決于制備時間，隨著毛刷制備時間的增加，刃口半徑增大的速度遞減，且刃口粗糙度也逐步減小，而且似乎會達(dá)到一個極限值。另一方面，在磁場中對CBN刀片刃口進(jìn)行表面精加工時，刀具刃口半徑的增大與加工時間無關(guān)。這就意味著，增加精化時間并不會導(dǎo)致切削刃半徑的進(jìn)一步增大。然而，對于陶瓷刀片則不然，隨著制備時間的增加，陶瓷刀片的切削刃半徑將會增大。無論對于何種材料的刀具，在磁場中制備的切削刃刃口粗糙度的減小都要比經(jīng)過毛刷制備的刃口小得多。采用兩種不同技術(shù)進(jìn)行噴砂處理的刃口有著相似的刃口半徑和表面粗糙度，在所采用的條件下，其刃口粗糙度與處理前相比沒有減小。正如預(yù)期的那樣，采用不同材料的切削刀具表現(xiàn)出了不同程度的耐磨性。
為了證實用不同方法制備的切削刃的性能與市場上供應(yīng)的刀片的對比結(jié)果，也為了確立制備方法和切削刃微觀形貌對制備結(jié)果的影響關(guān)系，我們對不同結(jié)構(gòu)的工件過渡區(qū)進(jìn)行了廣泛的切削試驗研究。
切削試驗與結(jié)果
首先對專門設(shè)計的試件進(jìn)行了切削試驗，試件與實際工件相仿并用于縱向車削（在縱軸方向有從硬→軟/軟→硬、突變和漸變的過渡區(qū)域，進(jìn)行硬表面層的沉切）和切槽試驗（在切槽方向上有過渡區(qū)域）。所研究的材料是滾柱軸承鋼100Cr6，1.3505（縱向車削硬度有突變和漸變的過渡區(qū)域）和表面淬硬鋼16MnCr5，1.7131（沉切硬表面層和切槽）。
所有這些切削試驗的切削速度為Vc=150m/min。在車削有突變和漸變過渡區(qū)域時以及沉切硬表面層時的進(jìn)給量為f=0.1mm。切深根據(jù)所采用方法的不同而有所變化。在車削有硬度突變和漸變的過渡區(qū)域時，切深為ap=0.1mm。在沉切硬表面層時，切深為ap=1.5mm（表面淬硬深度CHD=0.8mm）。為了研究刃口制備對切削進(jìn)給量的影響，進(jìn)行了硬表面層的切槽試驗，進(jìn)給量分別為f1=0.03mm和f2=0.06mm。對材料的切入深度為3mm（CHD=1.5mm）。
為了確定初始參數(shù)與加工結(jié)果之間的關(guān)系，記錄了所有試驗數(shù)據(jù)，并根據(jù)刀具、工件以及與加工過程有關(guān)的其他因素進(jìn)行了評估。例如，對于所有的切削試驗，在經(jīng)過確定長度的切削后，對刀具的磨損情況和粗糙度進(jìn)行評估。采用選定的切削刃形狀進(jìn)行切削試驗，記錄下加工時切削力各分量的大小、切屑形成過程以及切削過程中的溫度變化，并進(jìn)行分析。刀具壽命指標(biāo)為磨損區(qū)寬度達(dá)到VBmax=0.3mm，或切削刃出現(xiàn)微崩刃。由于進(jìn)行了多次試驗，獲得了很多結(jié)果，本文只能針對其中一些選定部分進(jìn)行討論。
縱向車削：突變過渡區(qū)
縱向車削試驗采用已商品化的刀片來進(jìn)行，這些刀片的切削刃口經(jīng)過毛刷制備、在磁場中制備或噴砂處理。切削沿著硬→軟和軟→硬兩個不同方向進(jìn)行。從用不同方法制備的刀具壽命（切削長度）以及市售刀具壽命的比較結(jié)果可以看出，用不同方法制備的切削刃的表現(xiàn)根據(jù)刀具材料和加工方向而有所不同。與市售刀片相比，一般來說，對切削刃進(jìn)行制備并不能延長刀具壽命。無論刀具材料和加工方向如何，在這些不同的制備方法中，切削刃在磁場中進(jìn)行處理的刀具其壽命增加最為明顯。
由于淬硬材料的變形程度不大，因此工件上較硬部分的粗糙度總是小于較軟的區(qū)域。然而，盡管有時切削刃的粗糙度有很大差異，但平均來看，采用不同方法制備的切削刃加工出的工件表面粗糙度是具有可比性的。
從刀具的磨損機(jī)理來看，可以這樣說：毛刷制備的切削刃的磨損形式主要為磨料磨損；而經(jīng)過磁場處理以及那些經(jīng)過噴砂處理切削刃的刀具，其壽命指標(biāo)主要取決于崩刃�？梢赃@樣認(rèn)為：刀具的磨損機(jī)理與刀具表面層的殘余應(yīng)力有關(guān)。
[$page] 縱向車削：漸變過渡區(qū)
與上述方法類似，漸變過渡區(qū)的縱向車削試驗也采用了市售切削刀片和切削刃采用不同方法和不同參數(shù)制備的刀片來進(jìn)行。加工仍按兩個方向（硬→軟和軟→硬）進(jìn)行。從兩個不同方向加工時的刀具壽命
