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干切削淬硬軸承鋼磨損機理的研討
來源:軸承網 時間:2018-04-10
本文以瑞典Sandvik公司CB20商標PCBN刀具干式切削淬硬GCr15軸承鋼為研討目標；通過切削實驗體系剖析了PCBN刀具的磨損難題；一起討論了在切削進程中切屑形狀與刀具磨損之間的聯系；為拓展PCBN刀具的運用規模；將其運用于硬資料的精加工供給了實驗根據.
1 實驗條件
1) 實驗用機床：C6132，
2) 工件：工件資料：淬硬GCr15軸承鋼(淬火后硬度61～63)；工件標準：φ40×280mm，
3) 刀片：選用瑞典sandvik公司出產的SNMA120408 S01020E CB20刀片(這種刀片是在硬質合金的載體上焊接了添加氮化鈦的立方氮化硼刀尖)；刀片幾許形狀見圖#.裝夾后刀具的幾許參數：go=-6°；ao=6°；ls=-4°；kr=75°；kr’=15°；刀尖圓弧半徑re=0。8mm；負倒棱為26°×0。1mm(刀片的掃描電鏡圖像見圖3a).
4) 切削參數：切削速度vc=140m/min；背吃刀量ap=0。2mm；進給速率f=0。1mm/r；選用干式切削.
5) 丈量與調查：在切削實驗中；每距離3min；在40倍東西顯微鏡下丈量刀具主后刀面磨損量并調查前后刀面的磨損形狀，在切削行程到達7800m時；用HITACHI S-570型掃描電鏡(SEM)調查刀具外表磨損帶描摹；用熱電偶法丈量切削溫度；用YCL型外表輪廓儀丈量外表粗糙度.
2 實驗結果與剖析
在用PCBN刀具干車削淬硬GCr15軸承鋼的實驗中調查到：切屑呈暗紅色；沿副切削刃方向流出.用熱電偶法丈量的切削溫度達1000℃以上.
1) PCBN刀具磨損特征
CB20刀片車削淬硬GCr15軸承鋼時；在刀具前后刀面都會發作磨損.切削進程中；刀尖部位最先發作磨損；緊接著發作前刀面磨損；其首要特征是在接近倒棱面處最先構成月牙洼.跟著切削的進行；月牙洼向前刀面深處、主刀刃和副刀刃延伸.切削行程到達7800m時構成的月牙洼掃描電鏡圖像如圖3b所示；月牙洼寬度和深度比擬均勻；但在接近刀尖有些的金相相片和延伸到兩頭的金相相片有顯著不一樣；在刀尖部位有顆粒掉落和微崩刃表象.
在切削初期很難調查到后刀面磨損；但接近刀尖部位的磨損相對顯著.在切削進行6～7分鐘后；主后刀面接近刀尖圓弧處呈現了磨損表象.切削行程到達7800m時構成的后刀面磨損帶掃描電鏡圖像見圖5b；后刀面磨損帶和傳統的后刀面磨損帶有顯著的不一樣；副后刀面的磨損遠遠低于主后刀面的磨損；前、后刀面磨損區域較小.
2) 刀具磨損曲線
主后刀面磨損；跟著切削時刻的添加；CB20刀片的磨損逐步均勻添加；初期磨損期間和正常磨損期間有顯著差異；而正常磨損期間與劇烈磨損期間沒有顯著的區別邊界.
剖析以為；在切削實驗初期；因為新刀具的前后刀面在微觀上仍存在著一些粗糙不平的當地；在切削加工中與工件外表的觸摸應力很大；故刀具的磨損較快，跟著切削時刻的添加；新刀具經磨合后；刀具與工件的觸摸面積增大；壓強減.ニ鵯弒浠饔諼榷.至實驗完畢、切削行程到達7800m時；主后刀面磨損量達0。35mm時；切削進程依然比擬平穩；外表粗糙度Ra為1。6.
3) 磨損機理的研討及討論
a。 前刀面磨損
前刀面磨損表象在切削實驗開端期間即會發作；首要體現為機械磨損構成的細微劃痕和擦傷，跟著切削時刻的推移；接近刀尖鄰近的前刀面磨損呈月牙洼形狀；這是因為切削區的高溫效果使刀具外表發作了相變磨損；然后體現為“月牙洼”的呈現.如果在切削進程中對PCBN刀具進行恰當的冷卻；比如用惰性氣體(以N2為佳)加以保；則能夠大大減緩刀具前刀面的磨損；然后進步刀具的運用壽命.
運用掃描電鏡對接近微崩刃區域的月牙洼有些進一步調查剖析；并與磨損前的刀具外表金相圖像進行比照.從圖4能夠清楚地看到未切削的CB20刀具前刀面晶粒散布均勻一起；而磨損后的刀具則呈現坑坑洼洼無規律性的外表布局.對此表象的發作；筆者以為是因為切削加工的溫度高達1000℃以上；PCBN刀具必定會發作氧化和放氮反響；其反響方程式為：
4BN(CBN)+3O2→2N2↑+2B2O3
上式標明PCBN刀具外表經氧化效果后會在其外表構成一層氧化膜；但因為切屑的激烈沖突與熱沖擊效果；這層氧化膜會很快被切屑帶走；構成進一步的氧化磨損.關于相變磨損；圖4b中體現得并不顯著.
b。 后刀面磨損
在切削加工初期；后刀面的磨損表象很難調查到；但刀尖有些磨損卻比擬顯著；這是因為刀片的刀尖圓弧re=0。8mm；背吃刀量ap=0。2mm；切削加工剛開端時刀具的后刀面與工件并不觸摸；然后刀面的磨損也就只反映在刀尖與后刀面的圓弧銜接處；直到切削進行了6～7分鐘左右；在主后邊接近刀尖圓弧處呈現了磨損表象.
后刀面磨損有些呈麻點狀；刀具外表有顆粒掉落.這是因為在必定壓力和高溫條件下；CBN活性增強；與加工資料的親和傾向不斷添加；然后招致了粘結磨損的發作.副后刀面的粘結狀況比主后刀面要好.因為切削加工中；主后刀面的溫度來自于刀具與工件的劇烈沖突和切屑對刀具外表的熱沖擊；而副后刀面的溫度首要是高溫切屑流過而招致的；明顯比主后刀面的切削溫度要低；因而證明了粘結磨損受溫度的影響；溫度越高；粘結狀況越嚴峻.
(a)副后刀面外表描摹(100×) (b)主后刀面外表描摹(100×) (c)主后刀面微觀安排(3000×)
CB20刀具另一磨損機制的存在；即a節中所說到的相變磨損.由CB20主后刀面的金相安排能夠調查到乳突狀麻斑；CBN晶粒突出在外表；周圍的粘結劑現已被磨去.這正是發作相變磨損的典型特征；即CBN顆粒發作了CBN→HBN的轉化.因為HBN硬度很低；然后喪失了切削才能.因為一般以為前刀面的切削溫度要比后刀面高；后刀面有相變磨損發作；則前刀面也必定發作了相變磨損.
c。 顆粒掉落和微崩刃表象
顆粒掉落和微崩刃表象是超硬聚晶金剛石刀具資料所特有的磨損類型.在本實驗中；當切削了25分鐘左右時；CB20刀具切削刃與加工工件外表觸摸區域(即負倒棱接近刀尖圓弧有些)發作了微崩刃表象；用掃描電鏡調查發作微崩的CB20刀尖有些；看到刀尖有些已有殘缺.因為PCBN刀具是由很多細微的CBN顆粒構成的；晶界處富集的“雜質組元”相當于一種“精密裂紋”；而且存在著不均勻的內應力；因而大大降低了晶界強度.因而當高溫切屑流過刀具刀尖時；被加工資料原料不均勻或存在硬質點而招致的微沖擊以及機床主軸的跳動等構成了CBN顆粒掉落和微崩刃.
4) 切屑形狀改動剖析
閻秋生教授的研討以為：在切削速度較高、加工資料仍處于較低溫度的狀況下；刀尖方位現已滿意了被切除資料發作脆性剪斷的條件；因而在滿意切削區資料塑性剪切滑移應力條件之前構成了發作鋸齒形切屑的裂紋而生成鋸齒形切屑.實驗中發如今一樣切削用量下；切屑在不一起期也會有一些改動.在切削初期期間(見圖7a)；能夠清楚地看見切屑是由層狀薄片揉捏堆積構成的.聯系圖8來加以闡明：切削初期；刀具與工件的觸摸面.費棺饔帽冉洗螅磺行寂懦隼眩邢鶻辛艘歡問奔渲螅凰孀諾毒叨墼rn的呈現；切削觸摸面積增大；而且刀具前刀面月牙洼的發作也使得刀具實踐前角增大；一起刀具外表通過切屑的滑擦效果也變得潤滑；然后適合切屑的流出；切屑的剪切變形和排出阻力都有所減.蚨行急礱娼銜饣(見圖7b、7c).
(a)新刀具切削初期時的切屑形狀(100×)
(b)刀具磨損后較低溫度下的切屑形(100×)
(c)刀具磨損后接連切削、高溫下的切屑形狀(80×)
比擬圖7b和7c：圖7b是刀片進行磨損丈量后再次進行切削(工件溫度較低)發作的開始切屑形狀；切屑平直呈長條形，跟著切削時刻的延伸；切削溫度升高后；切屑就變為圖7c的螺旋鋸齒狀形狀.因為在此進程中只要切削溫度發作了改動；切削參數并沒有改動；因而筆者以為溫度的改動對切屑形狀也有著必定的影響：跟著切削溫度的升高；切屑的剪切變形增大；鋸齒狀切屑的齒距和齒高都會有所改動.有關溫度要素對切屑的詳細影響還有待深入研討.
3 定論
1) 用CB20刀具精車淬硬鋼(HRC>60)；切削進程比擬平穩且刀具運用壽命長；是精加工淬硬鋼等硬脆資料的抱負刀具.主張選用如下的切削用量：切削速度Vc≥140m/min；背吃刀量ap=0。2mm；進給速率f=0。1mm/r.
2) CB20刀具前后刀面磨損區域較小且首要會集在刀尖和副倒棱鄰近；磨損緣由首要是機械磨損、氧化磨損、相變磨損和粘結磨損；它們的一起效果構成了刀具的磨損.
3) CB20刀具在磨損區域有顆粒掉落和微崩刃發作；因而在加工中有必要合理挑選切削用量；進步工件資料的原料；選用剛性好的機床；注重機床 工件 刀具工藝體系的振蕩.
4) 切削加工是一個動態的進程；在一樣的切削參數下；切屑形狀跟著刀具的磨損會發作改動；有關影響切屑形狀改動的緣由和機理有待于進一步深入研討.
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