硬质合金刀具参数-硬质合金刀具-昂迈工具

1.概述

   通常，硬质合金刀具制造，人们把含铬量＞12%或含镍量＞8%的合金钢称为不锈钢。这种钢在---中或在腐蚀性介质中具有一定的耐腐蚀能力，并在较高温度（＞450℃）下具有较高的强度。含铬量达16%～18%的钢，称为耐酸钢或耐酸不锈钢，通称为不锈钢。

    含铬量达12%以上的钢在与氧化性介质接触时，由于电化学作用，表面形成一层富铬氧化膜，可保护金属内部不受腐蚀。但在非氧化性腐蚀介质中，不能形成坚固的钝化膜。为提高钢的耐腐蚀能力，通常选择增大铬的比例或添加可促进钝化的合金元素，如添加ni、mo、mn、cu、nb、ti、w和co等。这些合金元素不仅提高了钢的抗腐蚀能力，同时改变了钢的内部组织和物理力学性能。其在钢中的含量不同，对不锈钢性能产生的影响不同，有的有磁性，有的则无磁性，有的能够进行热处理，有的则不能进行热处理。

    不锈钢被越来越广泛地应用于航空、航天、化工、石油、建筑以及食品机械行业中。其所含的合金元素对切削加工性能影响较大，文中主要对不锈钢的切削加工进行了分析。

    2.不锈钢的分类及性能

    （1）按不锈钢主要成分，分为以铬为主的铬不锈钢和以铬、镍为主的铬镍不锈钢两大类。

    （2）按不锈钢金相组织分类：马氏体不锈钢。其含铬量为12%～18%，含碳量为0.1%～0.5%（有时达1%）。其硬度为170～217hbw，抗拉强度σb为540～1 079mpa，涂层硬质合金刀具，伸长率δ为10%～25%，热导率к为25.12w/（m·k）。常见的牌号有1cr13、2cr13、3cr13、4cr13、1cr17ni2、9cr18、9cr18mov和30cr13mo等。马氏体不锈钢通过淬火，可获得较高的硬度、强度和耐磨性。然而，当钢中含碳量低于0.3%时，组织不均匀，粘附性强，切削时易产生积屑瘤，且断屑困难，切削加工性较差。当含碳量达0.4%～0.5%时，切削加工性较好。铁素体不锈钢。其含铬量为12%～13%。硬度为177～228hbw，抗拉强度σb为363～451mpa，伸长率δ为20%～22%，热导率к为16.7w/（m·k）。加热冷却时组织稳定，不发生相变，所以不能进行热处理强化，只能靠变形强化，切削加工性相对较好。常见的牌号有0cr13、0cr17ti、0cr13si4nbre、1cr17、1cr17ti、1cr17mo2ti、1cr28以及1cr25ti等。奥氏体不锈钢。其含铬量为12%～25%，含镍量为7%～20%（或20%以上）。硬度为187～207hbw，抗拉强度σb为481～520mpa，伸长率δ为40%，热导率к为16.33w/（m·k）。典型牌号有1cr18ni9ti，其他还有00cr18ni10、0cr18ni12mo2ti、0cr18ni18mo2cu2ti、1cr14mn14ni、2cr13mn9ni4以及1cr18mn8ni5n等。由于奥氏体不锈钢含有较多的镍或锰，加热时组织不变，故淬火不能使其强化，可通过冷加工硬化来大幅度提高强度和硬度，其硬化程度为基体硬度的1.4～2.2倍，给下一次切削带来很大困难。其具有优良的力学性能和---的耐腐蚀能力，无磁性。奥氏体-铁素体双相不锈钢。与奥氏体不锈钢相似，仅在组织中含有一定量铁素体，常见牌号有0cr21ni5ti、1cr21ni5ti、1cr18mn10ni5mo3n、0cr17mn13mo2n、1cr17mn9ni3mo3cu2n、cr26ni17mo3cusin以及1cr18ni11si4alti等。这类不锈钢有硬度---的金属间化合物析出，强度比奥氏体不锈钢高，切削加工性能比奥氏体不锈钢更差。其硬度＜277hbw，抗拉强度σb为589～736mpa，伸长率δ为18%～30%。沉淀硬化不锈钢。这类不锈钢因含有较高的铬、镍和极低的碳，还含有能起沉淀硬化作用的、铝、钛和钼等合金元素，其在回火时析出，产生沉淀硬化，具有---的硬度和强度。其硬度为363～388hbw，抗拉强度σb为1 138～1  324mpa，伸长率δ为5%～10%，这类钢具有---的耐腐蚀性能。常见牌号有0cr17ni4cu4nb、0cr17ni7al和0cr15ni7mo2al等。

   3.不锈钢的切削特点

   不锈钢的切削加工性能比45钢差。若以45钢的相对切削加工性kr为1，则奥氏体不锈钢的相对切削加工性kr为0.4，铁素体不锈钢的kr为0.48，马氏体不锈钢的kr为0.55。其中以奥氏体和奥氏体-铁素体双相不锈钢的切削加工性差，给切削加工带来很大困难，其特点如下：

    （1）切削加工硬化---。以奥氏体和奥氏体+铁素体不锈钢的加工硬化现象为---，硬化层的硬度比基体硬度高1.4～2.2倍，其抗拉强度σb为1 470～1 960mpa。这类不锈钢塑性大（δ＞35%），塑性变形时晶格扭曲，故强化系数大，且奥氏体不稳定，在切削力作用下，部分奥氏体转变为马氏体。

   （2）切削力大。不锈钢的高温强度和硬度高且韧性大，故在切削时所消耗的能量大，即切削抗力大。以奥氏体不锈钢为例，在切削过程中温度---700℃时，其综合力学---于一般结构钢。加之其在切削过程中的塑性变形大、硬化现象---，增大了切削力，硬质合金刀具，所以不锈钢的单位切削力为45钢单位切削力的1.25倍。

   （3）切削温度高。由于不锈钢在切削时的塑性变形大，切屑与刀具间的摩擦大，加之其热导率仅为45钢热导率的1/3～1/4，散热条件差，大量切削热集中在切削区，在相同切削条件下，切削温度比切削45钢时高200℃。

刀具是现代切削加工中极其关键的根底部件，其功能直接影响加工功率和已加工零件的表面。即使对刀具刃口进行细心的磨削，刀具刃区的描摹依然会存在细微缺点，然后降低刀具的寿数和加工。刀具刃口钝化能够延常刀具使用寿数50%-400%。因此，近年来刀具钝化技能越来越受到重视。

---学者关于刀具刃口钝化展开了大量的研讨。tugrul ozel选用切削软件进行方真，研讨了钝化后的pcbn刀具切削铝合金时的应力和切削力等的改变规则；p.i.varela等研讨了不同的刃口形状对切削后的剩余应力及已加工零件的表面的影响，验证了刀具刃口钝化能够有用提高加工表面；贾秀杰等选用切削实验探究了钝化后的刀具在不同的切削参数下切削工件时，产生的切削力和被加工零件的表面随切削参数改变而改变的规则；朱晓雯选用了7种不同的钝化工艺对硬质合金刀具进行钝化处理，其间包含立式旋转钝化法，并经过实验探究了不同钝化方式对硬质合金刀具寿数的影响。

刀具钝化刃口尺度归于微米级，通常选用钝圆半径表征刃口概括。实际上，刀具钝化的刃口概括并非规则的圆弧，仅仅选用钝圆半径不---表征实际的钝化概括。b.denkena等提出了任何切削刃的非对称问题k-factor方法，选用从极点刀尖1和刀尖2的比率sa/sγ即k因子来表示，边缘的扁平度经过参数△γ和φ的比值来表示，这种方法相对简单且可视化；c. f. wyen等提出刀具刃口钝化形状的非对称性问题，以一个圆的形式描绘刃口钝化形状，选用da和dγ的比率来测量垂直极点与两边的距离，选用r2≤0.9判定系数验证。

目前通常选用k因子表示刀具钝化非对称刃口。当k=1时，刀具钝化刃口为对称刃口，即为钝圆半径。当k≠1时，刀具钝化刃口为非对称刃口。---关于刀具钝化非对称刃口机制的研讨十分少c.e.h.ventura等选用研磨法对cbn刀具进行钝化，经过实验验证了不同的k因子对刀具刃口磨损的影响程度不同，选择合适的k值以减少磨损；e.bassett等选用磨料刷法对刀具进行钝化，研讨了不同k因子的非对称刃口对涂层wc-co刀具切削aisi1045的磨损和热力散布的影响规则，经过实验验证了sα值影响刀具寿数，主要是后刀面磨损。因此，对刀具非对称刃口钝化的研讨是---的。

本文选用刀具刃口钝化进行正交实验研讨，对硬质合金刀具进行立式旋转钝化，经过对实验成果进行数学回归分析，研讨了刀具钝化非对称刃口k因子随不同钝化参数的改变规则，为实现刀具钝化刃口优化供给依据。

1  刀具刃口钝化实验

如图1所示，在立式旋转钝化机上进行刀具钝化处理。刀具装夹在刀盘上，刀盘固定在主轴上，由碳化硅、棕刚玉以及核桃粉按照必定配比组合成的分散固体磨粒装在磨粒桶中。成组刀具在磨粒中实现公转及自转，单个刀具实现公转及自转，达到钝化的意图。

刀具选用标准号为zx040的硬质合金立铣刀。刀具前角14°，后角15°，刃长25mm，直径10mm，柄长75mm。

选用alicona光学三维刀具测量仪对钝化后的刀具非对称刃口进行检测（见图2）。刀具钝化非对称刃口检测成果如图3所示。

依据钝化速度、钝化时刻、磨粒配比和磨粒粒度规划正交实验。其间，磨粒由棕刚玉和碳化硅组成，磨粒配比为碳化硅与棕刚玉的比值。刀具钝化正交实验成果见表1。

图1  刀具刃口钝化机    图2  光学三维刀具测量仪

图3  刀具钝化非对称刃口检测成果

表1  刀具钝化正交实验

实验成果表明，不同的钝化参数对刀具非对称刃口的影响程度不同。钝化时刻对刀具非对称刃口k因子的影响蕞大，磨粒配比与主轴转速次之，磨粒粒度对刀具非对称刃口k因子的影响蕞小。

2  刀具钝化非对称刃口模型的树立

选用数学回归法树立刀具非对称刃口k因子的猜测模型，把刀具钝化4个钝化参数作为自变量，刀具钝化非对称刃口k因子为因变量。依据正交实验成果进行数学回归，获得刀具钝化非对称刃口k因子的猜测模型。

y=1.352-0.00003651a-0.024b+0.000007221ad+0.004bd-0.002cd    （1）

式中，y为因子；a为主轴转速(mm/min)；b为钝化时刻(min)；c为磨粒粒度(目数)；d为磨粒配比。

为查验数学回归法构造的的刀具钝化非对称刃口k因子模型能否较好地体现各自变量与因变量之间的函数关系，选用f查验法进行---性查验，k因子模型的f法查验，成果见表2。

查f散布表，当α=0.05 时，f=（4，4）=6.39，因为f比16.591>;6.39，从刀具钝化非对称刃口k因子模型的f查验法的查验成果可知，该猜测模型能够较好地反映刀具钝化非对称刃口k因子与主轴转速、钝化时刻、磨粒粒度和磨粒配比之间的关系。

表2  刀具钝化非对称刃口k因子模型的方差分析表

小结

选用立式旋转钝化法进行刀具刃口钝化实验，经过正交实验研讨刀具钝化非对称刃口k因子随钝化参数的改变规则，对刀具钝化非对称刃口k因子的影响蕞大的是钝化时刻，其次是磨粒配比与主轴转速，磨粒粒度对刀具钝化非对称刃口k因子的影响蕞小。选用数学回归方法树立了刀具钝化非对称刃口k因子的猜测模型，选用方差分析验证了该模型的正确性。