導(dǎo)語：刀具磨損影響分析論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：在經(jīng)過改造的正交車銑機(jī)床上，采用高強(qiáng)度鋼工件材料，進(jìn)行了車銑刀具磨損強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，分析了車銑切削用量對(duì)刀具磨損強(qiáng)度的影響。研究表明，在影響車銑刀具磨損的切削用量中，切削速度對(duì)車銑刀具的磨損強(qiáng)度影響最大；以車銑刀具的磨損實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以切削速度為變量，建立了車銑高強(qiáng)度鋼的刀具磨損強(qiáng)度模型。

0、前言

車銑技術(shù)[1]是為滿足高生產(chǎn)率和高質(zhì)量這兩大目標(biāo)而發(fā)展起來的一種先進(jìn)制造技術(shù)。因此，車銑工藝技術(shù)成為當(dāng)今世界，特別是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的研究熱點(diǎn)。采用車銑代替車削、銑削，可以更有效地采用現(xiàn)有刀具材料或單純車削不能采用的刀具材料來加工各種工件材料，以及實(shí)現(xiàn)對(duì)各類回轉(zhuǎn)體及薄壁類零件的加工。它具有加工效率高、加工精度高、刀具壽命長(zhǎng)、切削平穩(wěn)、不存在斷屑問題等優(yōu)點(diǎn)，可以完成通常單獨(dú)用車或銑難以實(shí)現(xiàn)的加工。金屬切削刀具的磨損，直接影響刀具壽命的長(zhǎng)短、生產(chǎn)成本、生產(chǎn)效率的高低和加工質(zhì)量的好壞等；切削過程中的各種物理現(xiàn)象，如切削力、切削熱、系統(tǒng)振動(dòng)等，也大多與之有密切關(guān)系[2]，因此，研究車銑的刀具磨損對(duì)于豐富車銑理論與實(shí)踐應(yīng)用，均具有十分重要的意義。

1、車銑技術(shù)及特點(diǎn)

國(guó)外車銑技術(shù)研究主要集中在德國(guó)、美國(guó)和日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，研究領(lǐng)域涉及車銑原理、車銑運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)、車銑表面質(zhì)量和刀具磨損等。車銑不是單純的將車和銑兩種加工手段合并到一臺(tái)機(jī)床上，而是利用車銑合成運(yùn)動(dòng)完成各類表面的加工[3]。車銑按銑刀與工件的相對(duì)位置可分為軸向車銑、正交車銑和一般位置車銑。

正交車銑由于銑刀與工件的旋轉(zhuǎn)軸線相互垂直，在加工外圓表面時(shí)由于銑刀的縱向行程不受限制，且可以采用較大的縱向進(jìn)給，因此它是加工大型回轉(zhuǎn)體和長(zhǎng)軸類零件的一種高效方法。如圖1所示[3]，正交車銑的切削用量包括切削速度、銑刀沿著軸向的進(jìn)給速度、軸向進(jìn)給量、切向進(jìn)給量（銑刀每齒進(jìn)給量）和切削深度等

2、車銑刀具磨損實(shí)驗(yàn)

2.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮头椒?/p>

車銑刀具磨損實(shí)驗(yàn)的目的是采用單因素實(shí)驗(yàn)方法[4]，來研究車銑切削用量的變化對(duì)刀具的磨損機(jī)理以及磨損強(qiáng)度的影響規(guī)律，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果加以理論分析。車銑刀具磨損表面形貌和磨損量由日本SSX-550掃描電子顯微鏡和IM小型工具顯微鏡觀察分析和測(cè)量。

2.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備

車銑刀具磨損的實(shí)驗(yàn)是在經(jīng)過改造的正交車銑機(jī)床上進(jìn)行的，如圖2所示。

2.3實(shí)驗(yàn)條件

工件材料高強(qiáng)度鋼

實(shí)驗(yàn)刀具TiN涂層SC30硬質(zhì)合金(相當(dāng)于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)P20~P40)端銑刀

銑削方式正交車銑，逆銑

冷卻方式乳化液

3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，車銑刀具磨損過程是很復(fù)雜的。不同的切削條件下，車銑刀具主要磨損形態(tài)也不同，各種磨損形態(tài)的磨損量在不同切削條件下所占的比例也不同；各種磨損形態(tài)既單獨(dú)作用，又相互影響。在影響車銑刀具磨損的切削用量中，切削速度對(duì)車銑刀具的磨損過程、磨損形態(tài)及磨損強(qiáng)度等的影響最大。

當(dāng)切削速度較低時(shí)，當(dāng)連續(xù)不斷的切屑流經(jīng)刀具前刀面時(shí)，在刀具與切屑摩擦面的實(shí)際接觸面積上，切削溫度可以達(dá)到900以上，刀具與工件材料接觸到原子間距離時(shí)產(chǎn)生粘結(jié)，發(fā)生冷焊現(xiàn)象。當(dāng)切屑沿刀具前刀面流出時(shí)，迫使較軟的切屑底層內(nèi)部發(fā)生很大的剪切變形。兩摩擦表面的粘結(jié)點(diǎn)因刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，晶?；蚓ЯＨ菏芗艋蚴芾粚?duì)方帶走造成粘結(jié)磨損，如圖3所示。切削時(shí)，接觸區(qū)的壓力很高，使實(shí)際接觸面積增加，切屑和工件材料沿著刀具前、后刀面不斷移動(dòng)，破壞了刀具表面的氧化層和其它吸附膜，特別是剛從工件材料內(nèi)部切削出的新鮮表面間形成強(qiáng)烈粘結(jié)。

當(dāng)車銑切削速度較高時(shí)，其磨損機(jī)理主要表現(xiàn)為疲勞－剝落磨損和擴(kuò)散磨損。由于車銑是一種斷續(xù)切削，銑刀承受切屑的周期性擊打、切削加熱和空切冷卻，使刀具表面急劇變熱和變冷，刀具表面受到反復(fù)的熱應(yīng)力、摩擦應(yīng)力和接觸應(yīng)力作用，從而在距離刀具表層一定深度下的刀具材料的內(nèi)部，產(chǎn)生了接觸疲勞裂紋源。而后在繼續(xù)經(jīng)過多次反復(fù)的接觸作用后，接觸疲勞裂紋源向刀具表層方向迅速擴(kuò)張，從而，在刀具表層上形成了網(wǎng)狀的裂紋，刀具表層因裂紋的擴(kuò)展而造成龜裂，在切屑不斷地?fù)舸蛳聦?dǎo)致刀具表層材料一層層地被剝落。

此外，在刀具材料的原始晶粒內(nèi)部，還是晶界處，都存在著不均勻的內(nèi)應(yīng)力，因此難于存在有顯微裂紋。許多鄰近的微裂紋，在切削力和摩擦力等外力的作用下不斷延伸、合并，形成宏觀裂紋，在外力的進(jìn)一步作用下則產(chǎn)生剝落。采用掃描電子顯微鏡和電子探針顯微分析儀檢查刀具的前刀面、后刀面以及副后刀面微區(qū)的化學(xué)成分，說明隨著切削速度的不斷地提高，車銑過程中切屑、工件與刀具的接觸，產(chǎn)生的切削溫度足夠高時(shí)，相互間有親和作用的元素原子從濃度高處向濃度低處遷移，雙方的化學(xué)元素在固態(tài)下相互擴(kuò)散。如圖4、5所示。

在所研究的切削速度范圍內(nèi)，當(dāng)切削速度較低時(shí)，以粘結(jié)磨損為主，在此基礎(chǔ)上也伴隨有疲勞-剝落磨損和磨料磨損等；而在較高的切削速度下以疲勞-剝落磨損和擴(kuò)散磨損為主，并伴隨有粘結(jié)磨損和磨料磨損等。以車銑刀具的磨損試驗(yàn)為基礎(chǔ)，以切削速度為變量，建立了正交車銑高強(qiáng)度鋼的車銑刀具的磨損強(qiáng)度模型，如圖6所示。切削速度的增加，使切削溫度升高，刀具與切屑、工件的接觸區(qū)里的材料變軟，微小的粘結(jié)區(qū)的數(shù)量增加，使粘結(jié)磨損和疲勞-剝落磨損強(qiáng)度增加。但是隨著切削速度的進(jìn)一步增加，被加工材料比刀具材料軟化得更厲害，則粘結(jié)磨損和疲勞-剝落磨損的強(qiáng)度將會(huì)降低。這時(shí)切削溫度繼續(xù)增高，刀具與切屑、工件元素之間的相互擴(kuò)散速度加大，因此，擴(kuò)散磨損強(qiáng)度增大。在不同的切削速度下，各種磨損機(jī)理相互作用、相互影響，加劇了車銑刀具的磨損強(qiáng)度。

4、結(jié)論

（1）在較低的切削速度下車銑高強(qiáng)度鋼的刀具磨損機(jī)理主要以粘結(jié)磨損為主，在此基礎(chǔ)上也伴隨有疲勞-剝落磨損和磨料磨損等；而在較高的切削速度下以疲勞-剝落磨損和擴(kuò)散磨損為主，并伴隨有粘結(jié)磨損和磨料磨損等，各種磨損機(jī)理在不同的切削條件相互影響、相互作用。

（2）不同切削條件下，車銑刀具的主要磨損機(jī)理也不同，切削速度對(duì)車銑刀具的磨損過程、磨損形態(tài)及磨損強(qiáng)度等影響最大。在所研究的切削速度范圍內(nèi)，磨料磨損、粘結(jié)磨損和疲勞-剝落磨損幾乎貫穿始終，而擴(kuò)散磨損在切削速度提高到一定值后，才占有主導(dǎo)地位。