基于绿色加工的PCD刀具干式切削铜合金的磨损研究

发布时间：2020-05-10 10:32

【摘要】：聚晶金刚石(PCD)刀具具有硬度高、耐磨性好、热膨胀系数和摩擦系数低等优越特性,可在高速切削中获得较高加工精度和加工效率,被广泛应用于航空航天、汽车等诸多加工领域。干式切削技术是一种目前新兴的绿色加工技术,可完全实现不使用切削液而进行切削加工,从根本上消除了传统切削污染环境、危害工人健康等诸多负面影响。将PCD刀具的高速切削技术和干式切削技术相互结合,发挥各自优点,发展PCD刀具高速干式切削技术,将会是未来切削加工技术的一个重要方向。但缺乏切削液的作用,采用干式切削必然会造成切削温度升高、切削力增大,从而导致刀具磨损速率加快、加工效率降低,这对PCD刀具干式切削的实际生产造成了一定的不利,针对这种情况,本文基于工程实际,选用两种不同型号的PCD刀具对锡铅铜合金CuSn7Pb15-C进行高速干式切削试验,对刀具磨损过程和加工能力进行了对比分析,研究了刀具材料对刀具磨损的影响,探讨了PCD刀具干式切削在实际生产中的可行性;同时探究了不同条件下刀具的磨损形态和磨损机理差异。首先,采用CTB010和CMX850两种型号的PCD刀具进行了干式切削精加工试验,并对刀具的磨损过程和磨损量进行了对比分析,研究了刀具材料对刀具磨损的影响,结果表明:随着切削工件数量的增加,两种刀具的磨损程度均呈缓慢上升趋势,但CTB010刀具的磨损速率较CMX850快,在加工完相同数量工件后更早达到了磨钝标准,对比两者的加工效率,CMX850刀具优势明显,可在生产实践中进行推广应用。CMX850刀具在干式切削中表现出更好的耐高温磨损能力和更强的抗粘结能力;同时前者金刚石颗粒尺寸更小,刀具刃口更锋利,在被磨损时不易造成大的缺口,故CMX850刀具的切削性能和加工质量要优于CTB010。其次,利用体视显微镜和扫描电镜对加工后两种型号的PCD刀具进行了磨损形态的观察,结果表明:CTB010磨损形式主要表现为前刀面的片状剥落和后刀面的轻微破损;CMX850主要表现为微崩刃,另外在切削过程中两种刀具都存在着不同程度的脆性破损,其特征主要表现为崩刃、切削刃整体断裂以及前后刀面的大面积剥落。最后,通过X射线能谱仪分析了刀具磨损区域化学成分,结果表明:在高速干式切削过程中,磨损的主要原因是切削高温作用下的扩散、氧化和粘结磨损,其中氧化磨损主要由金刚石刀具中C和Co在高温作用下发生氧化反应降低刀具强度而形成;扩散磨损主要由工件材料和刀具材料元素间的相互扩散削弱了刀具切削性能所造成。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.11;TG506

【参考文献】