近 年来，机械加工朝着高效、省力化方向发展。汽车齿轮、建筑机械的轴、轧辊等高硬度钢 工件的加工正试图用切削方式来取代磨削加工。目前，加工高硬度钢的刀具主要有聚晶立方氮化硼（ＣＢＮ）刀具和Ａｌ２Ｏ３ＴｉＣ陶瓷刀具。ＣＢＮ刀具由于 价格昂贵，难以普及；Ａｌ２Ｏ３ＴｉＣ陶瓷刀具则由于价格低廉而获得了广泛的应用。但陶瓷刀具在１５０ｍ／ｍｉｎ以上的速度切削时，前刀面容易产生贝壳 形片状剥落，这是亟待解决的重要课题。人们通常把Ａｌ２Ｏ３ ＴｉＣ陶瓷刀具产生剥落的原因归结为切削力和切削温度的变化，为此在刀具形状和切削条件等方面采取了一些改进措施，收到了一定的效果。但对陶瓷材料的组 织结构及ＴｉＣ含量对产生剥落的影响则尚未进行过研究。笔者用不同粒度和不同ＴｉＣ含量的Ａｌ２Ｏ３ＴｉＣ系陶瓷作成刀具，进行了切削性能试验。二、试 验方法以粒度０．３μｍ和０．８μｍ的Ａｌ２Ｏ３粉末及粒度０．８μｍ和１．５μｍ的ＴｉＣ粉末作原料，经４８小时湿式球磨粉碎后，配制成含有 １０～５０ｍａｓ％ＴｉＣ的各种混合粉剂（见表１）。混合粉经干燥处理后，装填在石墨模中，在Ａｒ气氛下以２０ＭＰａ的压力热压１小时，获得５０×５０× ６ｍｍ３的板状毛坯。热压温度如下：由０．３μｍ的Ａｌ２Ｏ３微细晶粒和０．８μｍ的ＴｉＣ微细晶粒组合（ＦＦ）时，热压温度为１７２３Ｋ；由０． ８μｍＡｌ２Ｏ３粗颗粒和１．５μｍＴｉＣ粗颗粒组合（ＣＣ）时，热压温度为１９７３Ｋ；由微细晶粒Ａｌ２Ｏ３和粗颗粒ＴｉＣ组合（ＦＣ）及粗颗粒 Ａｌ２Ｏ３和微细晶粒ＴｉＣ组合（ＣＦ）时，热压温度为１８７４Ｋ。通过粒度的组合并改变热压温度，可以抑制热压烧结时晶粒的长大，从而获得组织致密的 毛坯。将板状烧结毛坯切割成３×４×３５ｍｍ３的试片，分别用于金相组织的观察、抗弯强度（σｍ）、硬度（ＨＶ）及断裂韧性（ＫＩＣ）等的测定。此外，用 同样的板状毛坯制成ＩＳＯ标准的ＳＮＧＮ１２０４０８（倒棱０．１５ｍｍ ×－２５°）刀片，切削淬火合金工具钢（ＳＫＤ１１，６０ＨＲＣ），藉以分析ＴｉＣ含量、Ａｌ２Ｏ３与ＴｉＣ粒度对剥落的影响。表１Ａｌ２Ｏ３ＴｉＣ陶 瓷刀具毛坯成分及物理机械性能试样ＴｉＣ含量（％）粒度（μｍ）Ａｌ２Ｏ３ＴｉＣ硬度（ＨＶ）抗弯温度δｍ（ＭＰａ）断裂韧性ＫＩＣ（ＭＰａ·ｍ１／２） ＦＦ１０１．２１．０１９５０９０３．０２０１．０１．０２００９５０３．５３０１．０１．０２０５０１０００４．０５０１．０１．０２１０９０４． ３ＣＣ１０３．０２．０１８０８０３．２２０２．５２．０１８５０９０３．８３０２．２２．３１９５０９０４．３５０２．２２．５２０５０９０４． ６ＦＣ１０１．４１．８１８５０８５０３．２２０１．４１．８１９０９０３．８３０１．２２．０１９５０９５０４．０５０１．２２．０２０５０９０４． ５ＣＦ１０２．２１．２１９０８５０３．１２０２．２１．２１９５０９５０３．５３０１．８１．２１９５０１０００４．１５０１．８１． ２２０５０９０４．５三、试验结果图１所示为不同粒度的Ａｌ２Ｏ３３０％ＴｉＣ毛坯的金相组织，其中白色部分为ＴｉＣ，灰色部分为Ａｌ２Ｏ３。ＦＦ毛 坯的粒度最细，ＣＣ毛坯的粒图１Ａｌ２Ｏ３ ３０％ＴｉＣ陶瓷刀具毛坯的金相组织（用热磷酸腐蚀）度最粗，与ＦＦ相比，ＦＣ的Ａｌ２Ｏ３、ＣＦ的ＴｉＣ粒度稍粗，这是由于热压温度较高造成的。 表１列出了各种陶瓷成分与物理机械性能的关系。由表可知，各种毛坯的ＨＶ值均随ＴｉＣ含量的增加而提高，其中，含３０％ＴｉＣ的陶瓷材料的δｍ值最大。从 整体上看，ＦＦ毛坯的ＨＶ与δｍ值均比ＣＣ毛坯略高；ＫＩＣ值则普遍显示出随ＴｉＣ含量的增加而提高的趋势；但粒度不同所产生的差异却并不明显。图２ 所示为ＦＦ刀具在υ＝１００ｍ／ｍｉｎ条件下切削ＳＫＤ钢时，不同ＴｉＣ含量对后刀面磨损量ＶＢ和月牙洼磨损量ＫＴ的影响。Ｘ１Ｙ１、Ｘ３Ｙ３、 Ｘ５Ｙ５分别表示刀具ＴｉＣ含量为１０％、３０％、５０％的磨损情况。由图可知，ＴｉＣ含量越多的刀具，ＶＢ值越小，而ＫＴ值则越大。此外，与细粒度 ＴｉＣ陶瓷刀具相比，粗粒度ＴｉＣ陶瓷刀具的ＶＢ和ＫＴ值均较大（图略）。在一般情况下，后刀面磨损是由磨粒磨损引起的，因此可以认为，硬度越低、ＴｉＣ 含量越少的粗粒度陶瓷刀具，其ＶＢ值也越大。而月牙洼磨损主要是由粘结磨损引起的，所以那些易与被加工材料产生化学反应的ＴｉＣ含量越多的粗粒度刀具，其 ＫＴ值也越大。图２ＦＦ刀具切削ＳＫＤ１１时的磨损曲线（υ＝１００ｍ／ｍｉｎ，ｄ＝０．２ｍｍ，ｆ＝０．０５ｍｍ／ｒ，Ｔ＝２０ｍｉｎ）图３所示为各 种陶瓷刀具在υ＝１５０ｍ／ｍｉｎ的条件下切削ＳＫＤ１１时，刀具因剥落而达到使用寿命的切削时间与ＴｉＣ含量的关系。图４是刀具产生剥落的实例照片。由 图可知，粗粒度ＴｉＣ的ＣＣ、ＦＣ刀具使用寿命与ＴｉＣ含量的多少无关，在短时间内就产生剥落而使刀具达到使用寿命。但是，微细晶粒ＴｉＣ的ＦＦ、 ＣＦ刀具的寿命却长得多，尤其是含２０％～３０％ＴｉＣ微细晶粒的刀具显示出具有最佳的抗剥性能。图３陶瓷刀具寿命与ＴｉＣ含量的关系（ａ）前刀面 （ｂ）后刀面图４陶瓷刀具产生剥落时形貌图５为月牙洼磨损的照片，这是用Ａｌ２Ｏ３３０％ＴｉＣ（ＦＦ）刀具在υ＝１５０ｍ／ｍｉｎ条件下切削 ５～２０分钟，用酸腐蚀掉刃尖粘附物后拍摄的。箭头所指为前刀面产生的裂纹，这是在切削１０分钟后观察到的，随着切削时间的延长，裂纹向刀具内部扩展，剥 落即由此类裂纹不断扩展而成。四、分析与考察以上试验结果表明，在后刀面磨损ＶＢ、月牙洼磨损ＫＴ较大时，Ａｌ２Ｏ３ＴｉＣ陶瓷刀具容易被加工材料： ＳＫＤ１１图５陶瓷刀具月牙洼磨损状况产生剥落。下面从ＶＢ和ＫＴ两方面来分析剥落现象。首先分析后刀面磨损和产生剥落的关系。图６所示为用 Ａｌ２Ｏ３３０％ＴｉＣ陶瓷刀具加工淬硬钢时ＶＢ和切削力的关系曲线。从该曲线来看，即使ＶＢ值增大，主切削力仍无明显变化，但ＶＢ值一旦超过０． ０８ｍｍ，吃刀分力和进给分力则会急剧增大。切削初期，当尚未产生后刀面磨损时，切削力的合力与前刀面形成４２°夹角，当ＶＢ值达０．１４ｍｍ时，该夹角 由４２°变成３３°。这就表明，当ＶＢ值增大，便会产生对前刀面具有剪切作用的切削力合力，从而诱发剥落的产生。可见，ＴｉＣ含量越少且粒度越粗的刀具， 其ＶＢ值越大，也越容易产生裂纹而导致抗剥落性能下降。图６Ａｌ２Ｏ３３０％ＴｉＣ陶瓷刀具后刀面磨损与切削力的关系其次，分析月牙洼磨损与产生剥落的 关系。图７所示为月牙洼面上粘附物的状况。由图可知，ＴｉＣ含量越多的刀具，月牙洼表面粘附的切屑也越多，即当切屑擦过月牙洼表面时，强大的挤压力使部分 切屑无法移动而成为粘附物。因此，ＫＴ值越大，作用在月牙洼面的拉力也越大，（ａ）Ａｌ２Ｏ３１０％ＴｉＣ陶瓷刀具（ｂ）Ａｌ２Ｏ３３０％ＴｉＣ陶瓷 刀具（ｃ）Ａｌ２Ｏ３５０％ＴｉＣ陶瓷刀具图７Ａｌ２Ｏ３ＴｉＣ（ＣＣ）刀具切削ＳＫＤ１１钢２０分钟后月牙洼面上粘附物的金相组织从而越容易产生 剥落。综上所述，剥落现象的产生与ＶＢ和ＫＴ两方面的作用相关，无论ＴｉＣ含量多少均易产生剥落。试验结果充分表明，陶瓷刀具的ＴｉＣ含量以２０％ ～３０％这样的中间值为宜，ＴｉＣ的粒度则以微细晶粒最好，这种陶瓷刀具有着优异的抗剥落性能。至于定量方面的问题，尚有待进一步研究。五、结论（１）用 ＴｉＣ含量少的粗粒度Ａｌ２Ｏ３ＴｉＣ陶瓷刀具切削高硬度钢时，容易产生磨粒磨损，后刀面磨损量较大，作用于月牙洼面上的剪切应力也较大，因此抗剥落性 能较差。（２）用ＴｉＣ含量多的粗粒度Ａｌ２Ｏ３ＴｉＣ陶瓷刀具切削高硬度钢时，容易产生粘结磨损，月牙洼磨损宽度增大；当处于压缩粘附状态的粘附物移 动时，月牙洼表面因受拉力作用而导致抗剥落性能下降。（３）采用ＴｉＣ含量为２０％～３０％、ＴｉＣ粒度为微细晶粒的原料来制作Ａｌ２Ｏ３ＴｉＣ陶瓷刀 具，将获得优异的抗剥落性能。切削高硬度钢的 Al_2O_3-TiC 陶瓷刀具$日本新陶瓷技术研究所$日本东芝Ｔｕｎｇａｌｏｙ公司@高桥俊行@廖先富高硬度钢, 切削,陶瓷刀具采用热压方法制备了含有１０％～５０％ＴｉＣ和不同粒度的Ａｌ２Ｏ３ＴｉＣ陶瓷刀具，研究了刀具的切削性能。试验表明，在车削合金工具钢 时，ＴｉＣ含量为２０％～３０％的微细晶粒陶瓷刀具具有优异的抗剥落性能和最佳的切削效果。使用寿命与ＴｉＣ含量的多少无关，在短时间内就产生剥落而使刀 具达到使用寿命。但是，微细晶粒ＴｉＣ的ＦＦ、ＣＦ刀具的寿命却长得多，尤其是含２０％～３０％ＴｉＣ微细晶粒的刀具显示出具有最佳的抗剥性能。图３ 陶瓷刀具寿命与ＴｉＣ含量的关系（ａ）前刀面（ｂ）后刀面图４陶瓷刀具产生剥落时形貌图５为月牙洼磨损的照片，这是用Ａｌ２Ｏ３３０％ＴｉＣ（ＦＦ） 刀具在υ＝１５０ｍ／ｍｉｎ条件下切削５～２０分钟，用酸腐蚀掉刃尖粘附物后拍摄的。箭头所指为前刀面产生的裂纹，这是在切削１０分钟后观察到的，随着切 削时间的延长，裂纹向刀具内部扩展，剥落即由此类裂纹不断扩展而成。四、分析与考察以上试验结果表明，在后刀面磨损ＶＢ、月牙洼磨损ＫＴ较大时， Ａｌ２Ｏ３ＴｉＣ陶瓷刀具容易被加工材料：ＳＫＤ１１图５陶瓷刀具月牙洼磨损状况产生剥落。下面从ＶＢ和ＫＴ两方面来分析剥落现象。首先分析后刀面磨损 和产生剥落的关系。图６所示为用Ａｌ２Ｏ３３０％ＴｉＣ陶瓷刀具加工淬硬钢时ＶＢ和切削力的关系曲线。从该曲线来看，即使ＶＢ值增大，主切削力仍无明显 变化，但ＶＢ值一旦超过０．０８ｍｍ，吃刀分力和进给分力则会急 剧增大。
BW Bewise Inc.
Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting tool、aerospace tool .HSS Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、Carbide end mill、Aerospace cutting tool、Фрезеры’Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、CVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) ’Core drill、Tapered end mills、CVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool ‘Single Crystal Diamond ‘Metric end mills、Miniature end mills、Специальные режущие инструменты ‘Пустотелое сверло ‘Pilot reamer、Fraises’Fresas con mango’ PCD (Polycrystalline diamond) ‘Frese’Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、NAS tool、DIN tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angel carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-nosed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.
Bewise Inc. www.tool-tool.com
BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт www.tool-tool.com для получения большей информации.
留言列表
