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硬質合金刀輪機械斷續切削時的破損分析

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硬質合金刀輪機械斷續切削時的破損分析

發布日期:2017-12-28 16:28 來源:http://www.sxchew.com 點擊:

硬質合金刀輪機械斷續切削時的破損分析

硬質合金刀具在切削過程中(尤其在斷續切削時)出現裂紋而導致破損一直是困擾人們的加工難題正確認識產生裂紋的原因并采取相應預防措施是提高刀具工作壽命及切削性能的關鍵。相關研究文獻指出,在較高切削速度下進行切削時,刀具易產生熱裂紋,且刃口崩刃現象會增加。本文通過切削試驗分析了斷續切削時硬質合金刀具產生裂紋的機理,發現在切削循環周期的加熱階段,壓縮熱應力可沿著正對切削刃口的前刀面狹窄區帶引起刀片的局部塑性變形,隨后當該狹窄區帶在外界彈性材料影響下再次強迫冷卻時,便會產生足以引起可見裂紋的拉應力,從而驗證了熱應力是引起硬質合金刀具裂紋的主要原因的論點。

表1 刀具成分含量 刀具牌號 總碳

(%) Co合金刀輪

(%) Ti

(%) Ta

(%) Te

(%) HV硬度 

A 5.6 6 0.05 0 0.1 1600 

B 5.3 13 0.3 0 0.1 1300 

C 8.3 8 15 4 0.2 1600 

2 切削試驗方法與溫度測量結果

c1彩票官网切削試驗在株洲硬質合金廠中心實驗室進行。試驗方法為在車床上車削矩形截面試件,以模擬斷續切削條件。試件材料為含0.6~0.8%Mn、0.5%Ni、0.5%Cr和0.5%Mo的碳素鋼(硬度約為HV170)。分別采用A、B、C三種牌號的硬質合金刀具進行切削,刀具成分含量見表1。刀具切削刃幾何角度:橫向前角和刃傾角為0°,橫向后角和副后角為6°,余偏角為0°,副偏角為6°。 

典型切削條件:切削速度v=95m/min,進給量f=0.25mm/r,切削深度ap=6mm。由于對切削截面為50mm×250mm的試件進行切削試驗時,采用上述切削條件切削兩分鐘后所有牌號硬質合金刀具均出現裂紋,因此將其確定為典型切削條件。 

c1彩票官网采用刀具—工件熱電偶法測量刀具—切屑截面溫度。測量結果典型記錄曲線見圖1。為根據曲線斜率的變化求出最小循環溫度,需用示波器攝下記錄曲線,然后根據放大照片求出最小循環溫度。

在分析刀具破損機理時,需要知道刀具內部的溫度分布。為此,在切削過程中利用熱電偶和熱敏電阻測量刀片的界面溫度,根據刀片界面溫度可以計算出刀具內部溫度。測溫熱電偶的安裝位置見圖2。在刀片切削過程中測得的典型溫度。 

在每次切削試驗過程中,用紫外線記錄儀連續記錄刀具的切削力,用裝在刀桿上的校正應變儀測定切向力和進刀力。 

表2 熱電偶的典型測量結果

(采用氧化鋁墊片的C牌號硬質合金) 切削時間

(min) 熱電偶安裝位置及測得溫度 

c1彩票官网位置1 位置2 位置3 位置4 位置5 

0.5 85℃ 45℃ 50℃ 50℃ 40℃ 

1 95℃ 55℃ 60℃ 60℃ 50℃ 

2 115℃ 65℃ 75℃ 75℃ 60℃ 

3 120℃ 75℃ 80℃ 75℃ 65℃ 


c1彩票官网刀具在進行斷續切削時,其損壞形態與連續切削時一樣,可分為后刀面磨損、月牙洼磨損、刀具永久變形及切削刃的機械破裂。通過對試驗刀具進行破損觀測,發現A、B牌號的硬質合金刀具很快就產生后刀面磨損和月牙洼磨損,同時所有牌號的硬質合金刀具的前刀面均產生橫向裂紋(可看作是熱裂紋)。試驗發現,一旦硬質合金刀具產生了熱裂紋,很快就會引起破損,發生切削刃崩刃和前刀面剝落現象。 

4 刀片彈性應力的計算

采用圖3所示坐標系計算刀片彈性應力。切削力的方向與z軸平行,該方向的彈性方程為  (1)


首先假定產生了熱應力,且當各點的應變eZ=0時平面應變狀態保持在xy平面上。與該狀態有關的應力用撇號“’”表示,根據式(1)可求出z方向的合力為


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