刀具磨损对表面粗糙度的影响与对策

刀具磨损对表面粗糙度的影响与对策

摘要:镍基合金材料在600℃以上高温中具有高强度,抗氧化性及耐腐蚀性的优良性能,常常用于航空,核电等重要领域。在对其切削加工时,一般采用冷风切削技术。也就是在对镍基高温合金材料等类似工件材料切削时,使用-30℃-60℃的低温冷风喷射到切削区,同时使用微量的植物油代替润滑剂,达到控制高速切削时切削区温度的目的,从而有效减小刀具刃的磨损,进而减少表面粗糙度。本文阐述通过设置不同的切削实验条件,对高温合金材料进行高速切削,分析不同条件下刀具刃磨损情况,并就刀具磨损的深浅程度对加工件表面粗糙度的不同影响进行分析。

关键词:刀具磨损切削冷风切削技术

Abstract:the nickel-based alloy materials in 600℃high temperature above has high strength,oxidation resistance and corrosion resistance of good performance,often used in aviation,nuclear power,and other important fields.In the cutting processing time, generally USES the cold wind cutting technology.Also is to ni-based high-temperature alloy materials and similar workpiece material cutting,use-30℃～60℃low-temperature air cooling jet to cutting area,at the same time use the traces of the vegetable oil instead of lubricant,achieve control of high speed cutting when the temperature of cutting zone of the purpose,thus reduce the cutting tool wear of the blade,and reduce the surface

roughness.This paper through the set up different cutting experiment conditions,high temperature alloy materials of high speed cutting,analyzes different conditions tool wear blade,and the depth of the tool wear degree of product surface roughness affect different analysis.

KeyWords:Tool wear;Cutting;The cold wind cutting technology

使用冷风削切技术,一般选用涂层硬质合金刀具或陶瓷刀具。使用这种技术,能有效切削镍基高温合金材料等不能在常温下切削的工件材料,并且不使用切削液,对刀具刃耐磨性又有提高,既节约成本又环保。最主要的是,使用冷风切削技术能把表面粗糙度减小到最低,提高加工件的精度。

1 不同切削实验条件对刀具磨损的影响

切削实验说明:(1)切削条件A:常温切削(20°C)+油雾润滑,B:冷风切削(-15°C)无润滑,C:冷风切削(-15°)+油雾润滑。(2)切削刀具D:KY2100陶瓷刀具,E:KC5100 TIAIN涂层硬质合金刀具。(3)工件材料F:K24圆棒(镍基高温合金材料),G:Incon e1718圆棒。(4)操作方法:在三种润滑条件下,使用两种不同的刀具,分别高速切削两种不同规格的工件材料。(5)刀具磨钝选用标准:平均磨损值VB不大于0.4mm,沟槽磨损值VN和刀尖磨损值VC不大于0.5mm。(6)数据来源:用日立S-570型扫描电子显微镜(SEM)观察刀具磨损和加工件表面磨损情况,用泰勒-霍普森III型表面粗糙轮廓计对轮廓算术平均偏差R进行四次

测量,取平均值进行分析研究。

1.1 不同切削条件下在不同切削阶段对陶瓷刀具磨损的影响

在试验过程中观察发现,三种条件下,陶瓷刀具后刀面都会出现表面质量很差甚至有崩刃现象。这种严重的沟槽磨损现象的出现,主要原因在于陶瓷刀具刃在高速切削圆棒时产生了毛刺和毛边,这些不规则的毛刺和毛边会随着切削动作不断对刀具后刀面进行循环冲击拉扯,形成较大范围的沟槽磨损。如图1所示,三种条件下高速车削K24圆棒大约在75m以前(切削初期),它们的沟槽磨损曲线是相似的,随后在切削条件为B:情形下,VN值增加较快,A:和C:情形下增加缓慢。也就是说,在切削后期,单独的冷风切削条件下,它的VN和VB值最大,使陶瓷刀具更容易产生沟槽磨损。而其他两种条件下,刀具磨损会减小。从实验过程中取得的数据也清晰的说明了这一点。

在A:和C:情形下陶瓷刀具磨损会减小,这是因为它们都使用了油雾润滑。在切削过程中,油雾会在切削加工表面形成氧化物,使得陶瓷刀具中的亲氧物质被氧化,加固刀具刃,减小沟槽磨损。而在单独的冷风切削环境下,切削初期没有油雾润滑的缺点还不明显,随着加工进度的进行,产生的毛刺和毛边会发生微裂痕和微块破碎,形成严重的沟槽磨损。

1.2 不同切削条件下在不同阶段对涂层硬质刀具磨损的影响

在三种不同切削条件下,用准备好的涂层硬质金属刀具高速车削

Inconel718棒一定长度后观察发现,刀具刀尖磨损都比较严重,而后刀面磨损不多。这是因为肯纳采用PVD方式TiAIN涂层的合金刀具虽然硬度大,但耐热性能较差,所以磨损严重。同时通过电子显微镜观察发现:(1)刀尖磨损部位有微小粘附物,后刀面会有明显划痕。这是工件材料中的硬质点对刀具前后刀面的划伤造成的。(2)部分加工表面有融烧腐蚀出现的槽沟现象。常温油雾润滑切削时更为严重。可以看出,这是加工点高温导致工件材料加工表面层发生融烧后涂抹形成的。分析图2的曲线走向,可以发现:无论切削长度在哪个阶段,采用冷风+油雾润滑的切削方式刀具刀尖磨损值VC都是最小。特别是在50m以后,这种差别更明显。

在冷风切削+油雾润滑的切削条件下,冷风对切削区域的冷却作用,以及油雾在刀具刃和工件材料表面形成的润滑剂薄膜,也有抑制切削区温度的作用。切削过程中,油雾润滑发生器喷射的油雾可以在极短时间内在刀具刀尖形成有保护作用的润滑吸附膜,减小刀具刀尖的磨损并可以有效减小加工件已加工表面的粗糙度。

2 不同切削条件下刀具磨损值和已加工表面粗糙度关系

2.1 不同切削条件下陶瓷刀具磨损值和已加工表面粗糙度的关系

图3列示出三种条件下已加工表面粗糙度Ra/μm(轮廓算术平均