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干切削淬硬轴承钢磨损机理的研讨
来源:轴承网 时间:2018-04-10
本文以瑞典Sandvik公司CB20商标PCBN刀具干式切削淬硬GCr15轴承钢为研讨目标；通过切削实验体系剖析了PCBN刀具的磨损难题；一起讨论了在切削进程中切屑形状与刀具磨损之间的联系；为拓展PCBN刀具的运用规模；将其运用于硬资料的精加工供给了实验根据.
1 实验条件
1) 实验用机床：C6132，
2) 工件：工件资料：淬硬GCr15轴承钢(淬火后硬度61～63)；工件标准：φ40×280mm，
3) 刀片：选用瑞典sandvik公司出产的SNMA120408 S01020E CB20刀片(这种刀片是在硬质合金的载体上焊接了添加氮化钛的立方氮化硼刀尖)；刀片几许形状见图#.装夹后刀具的几许参数：go=-6°；ao=6°；ls=-4°；kr=75°；kr’=15°；刀尖圆弧半径re=0。8mm；负倒棱为26°×0。1mm(刀片的扫描电镜图像见图3a).
4) 切削参数：切削速度vc=140m/min；背吃刀量ap=0。2mm；进给速率f=0。1mm/r；选用干式切削.
5) 丈量与调查：在切削实验中；每距离3min；在40倍东西显微镜下丈量刀具主后刀面磨损量并调查前后刀面的磨损形状，在切削行程到达7800m时；用HITACHI S-570型扫描电镜(SEM)调查刀具外表磨损带描摹；用热电偶法丈量切削温度；用YCL型外表轮廓仪丈量外表粗糙度.
2 实验结果与剖析
在用PCBN刀具干车削淬硬GCr15轴承钢的实验中调查到：切屑呈暗红色；沿副切削刃方向流出.用热电偶法丈量的切削温度达1000℃以上.
1) PCBN刀具磨损特征
CB20刀片车削淬硬GCr15轴承钢时；在刀具前后刀面都会发作磨损.切削进程中；刀尖部位最先发作磨损；紧接着发作前刀面磨损；其首要特征是在接近倒棱面处最先构成月牙洼.跟着切削的进行；月牙洼向前刀面深处、主刀刃和副刀刃延伸.切削行程到达7800m时构成的月牙洼扫描电镜图像如图3b所示；月牙洼宽度和深度比拟均匀；但在接近刀尖有些的金相相片和延伸到两头的金相相片有显着不一样；在刀尖部位有颗粒掉落和微崩刃表象.
在切削初期很难调查到后刀面磨损；但接近刀尖部位的磨损相对显着.在切削进行6～7分钟后；主后刀面接近刀尖圆弧处呈现了磨损表象.切削行程到达7800m时构成的后刀面磨损带扫描电镜图像见图5b；后刀面磨损带和传统的后刀面磨损带有显着的不一样；副后刀面的磨损远远低于主后刀面的磨损；前、后刀面磨损区域较小.
2) 刀具磨损曲线
主后刀面磨损；跟着切削时刻的添加；CB20刀片的磨损逐步均匀添加；初期磨损期间和正常磨损期间有显着差异；而正常磨损期间与剧烈磨损期间没有显着的区别边界.
剖析以为；在切削实验初期；因为新刀具的前后刀面在微观上仍存在着一些粗糙不平的当地；在切削加工中与工件外表的触摸应力很大；故刀具的磨损较快，跟着切削时刻的添加；新刀具经磨合后；刀具与工件的触摸面积增大；压强减.ニ鹎弑浠饔谖榷.至实验完毕、切削行程到达7800m时；主后刀面磨损量达0。35mm时；切削进程依然比拟平稳；外表粗糙度Ra为1。6.
3) 磨损机理的研讨及讨论
a。 前刀面磨损
前刀面磨损表象在切削实验开端期间即会发作；首要体现为机械磨损构成的细微划痕和擦伤，跟着切削时刻的推移；接近刀尖邻近的前刀面磨损呈月牙洼形状；这是因为切削区的高温效果使刀具外表发作了相变磨损；然后体现为“月牙洼”的呈现.如果在切削进程中对PCBN刀具进行恰当的冷却；比如用惰性气体(以N2为佳)加以保；则能够大大减缓刀具前刀面的磨损；然后进步刀具的运用寿命.
运用扫描电镜对接近微崩刃区域的月牙洼有些进一步调查剖析；并与磨损前的刀具外表金相图像进行比照.从图4能够清楚地看到未切削的CB20刀具前刀面晶粒散布均匀一起；而磨损后的刀具则呈现坑坑洼洼无规律性的外表布局.对此表象的发作；笔者以为是因为切削加工的温度高达1000℃以上；PCBN刀具必定会发作氧化和放氮反响；其反响方程式为：
4BN(CBN)+3O2→2N2↑+2B2O3
上式标明PCBN刀具外表经氧化效果后会在其外表构成一层氧化膜；但因为切屑的激烈冲突与热冲击效果；这层氧化膜会很快被切屑带走；构成进一步的氧化磨损.关于相变磨损；图4b中体现得并不显着.
b。 后刀面磨损
在切削加工初期；后刀面的磨损表象很难调查到；但刀尖有些磨损却比拟显着；这是因为刀片的刀尖圆弧re=0。8mm；背吃刀量ap=0。2mm；切削加工刚开端时刀具的后刀面与工件并不触摸；然后刀面的磨损也就只反映在刀尖与后刀面的圆弧衔接处；直到切削进行了6～7分钟左右；在主后边接近刀尖圆弧处呈现了磨损表象.
后刀面磨损有些呈麻点状；刀具外表有颗粒掉落.这是因为在必定压力和高温条件下；CBN活性增强；与加工资料的亲和倾向不断添加；然后招致了粘结磨损的发作.副后刀面的粘结状况比主后刀面要好.因为切削加工中；主后刀面的温度来自于刀具与工件的剧烈冲突和切屑对刀具外表的热冲击；而副后刀面的温度首要是高温切屑流过而招致的；明显比主后刀面的切削温度要低；因而证明了粘结磨损受温度的影响；温度越高；粘结状况越严峻.
(a)副后刀面外表描摹(100×) (b)主后刀面外表描摹(100×) (c)主后刀面微观安排(3000×)
CB20刀具另一磨损机制的存在；即a节中所说到的相变磨损.由CB20主后刀面的金相安排能够调查到乳突状麻斑；CBN晶粒突出在外表；周围的粘结剂现已被磨去.这正是发作相变磨损的典型特征；即CBN颗粒发作了CBN→HBN的转化.因为HBN硬度很低；然后丧失了切削才能.因为一般以为前刀面的切削温度要比后刀面高；后刀面有相变磨损发作；则前刀面也必定发作了相变磨损.
c。 颗粒掉落和微崩刃表象
颗粒掉落和微崩刃表象是超硬聚晶金刚石刀具资料所特有的磨损类型.在本实验中；当切削了25分钟左右时；CB20刀具切削刃与加工工件外表触摸区域(即负倒棱接近刀尖圆弧有些)发作了微崩刃表象；用扫描电镜调查发作微崩的CB20刀尖有些；看到刀尖有些已有残缺.因为PCBN刀具是由很多细微的CBN颗粒构成的；晶界处富集的“杂质组元”相当于一种“精密裂纹”；而且存在着不均匀的内应力；因而大大降低了晶界强度.因而当高温切屑流过刀具刀尖时；被加工资料原料不均匀或存在硬质点而招致的微冲击以及机床主轴的跳动等构成了CBN颗粒掉落和微崩刃.
4) 切屑形状改动剖析
阎秋生教授的研讨以为：在切削速度较高、加工资料仍处于较低温度的状况下；刀尖方位现已满意了被切除资料发作脆性剪断的条件；因而在满意切削区资料塑性剪切滑移应力条件之前构成了发作锯齿形切屑的裂纹而生成锯齿形切屑.实验中发如今一样切削用量下；切屑在不一起期也会有一些改动.在切削初期期间(见图7a)；能够清楚地看见切屑是由层状薄片揉捏堆积构成的.联系图8来加以阐明：切削初期；刀具与工件的触摸面.费棺饔帽冉洗螅磺行寂懦隼眩邢鹘辛艘欢问奔渲螅凰孀诺毒叨墼rn的呈现；切削触摸面积增大；而且刀具前刀面月牙洼的发作也使得刀具实践前角增大；一起刀具外表通过切屑的滑擦效果也变得润滑；然后适合切屑的流出；切屑的剪切变形和排出阻力都有所减.蚨行急砻娼衔饣(见图7b、7c).
(a)新刀具切削初期时的切屑形状(100×)
(b)刀具磨损后较低温度下的切屑形(100×)
(c)刀具磨损后接连切削、高温下的切屑形状(80×)
比拟图7b和7c：图7b是刀片进行磨损丈量后再次进行切削(工件温度较低)发作的开始切屑形状；切屑平直呈长条形，跟着切削时刻的延伸；切削温度升高后；切屑就变为图7c的螺旋锯齿状形状.因为在此进程中只要切削温度发作了改动；切削参数并没有改动；因而笔者以为温度的改动对切屑形状也有着必定的影响：跟着切削温度的升高；切屑的剪切变形增大；锯齿状切屑的齿距和齿高都会有所改动.有关温度要素对切屑的详细影响还有待深入研讨.
3 定论
1) 用CB20刀具精车淬硬钢(HRC>60)；切削进程比拟平稳且刀具运用寿命长；是精加工淬硬钢等硬脆资料的抱负刀具.主张选用如下的切削用量：切削速度Vc≥140m/min；背吃刀量ap=0。2mm；进给速率f=0。1mm/r.
2) CB20刀具前后刀面磨损区域较小且首要会集在刀尖和副倒棱邻近；磨损缘由首要是机械磨损、氧化磨损、相变磨损和粘结磨损；它们的一起效果构成了刀具的磨损.
3) CB20刀具在磨损区域有颗粒掉落和微崩刃发作；因而在加工中有必要合理挑选切削用量；进步工件资料的原料；选用刚性好的机床；注重机床 工件 刀具工艺体系的振荡.
4) 切削加工是一个动态的进程；在一样的切削参数下；切屑形状跟着刀具的磨损会发作改动；有关影响切屑形状改动的缘由和机理有待于进一步深入研讨.
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