钨钴类超细硬质合金刀具及其切削性能研究

发布时间：2019-07-24 18:46

【摘要】：随着高速和超高速切削加工、精密模具和工具制造、纳米加工和微细加工的发展，对刀具切削性能的要求日益提高。与普通中等晶粒度和细晶硬质合金相比，超细WC-Co类硬质合金具有更高的硬度、耐磨性和横向断裂强度，正成为硬质合金刀具领域的一个重点发展方向。本文采用低压烧结方法，制备了0.2级不同含钴量WC-Co类超细硬质合金刀具、0.5级含钴10wt.%的有与无晶粒长大抑制剂、粉末热处理与直接烧结WC-Co类超细硬质合金刀具。通过显微组织结构分析、力学和物理性能测试、切削力、切削温度、零件已加工表面粗糙度、刀具磨损和破损试验，对超细硬质合金刀具的切削性能进行了深入分析，，探讨了超细硬质合金刀具的切削机理。运用模糊数学方法，对不同工艺和成分的超细硬质合金刀具切削性能进行了综合评判，为钨钴类超细硬质合金刀具的研发和应用提供理论依据和数据支撑。本文的主要工作内容及所取得的成果如下： （1）对试验用0.2级和0.5级不同超细硬质合金刀具材料的显微组织结构进行了分析、并对其力学和物理性能进行了测试，结果表明：硬质相WC晶粒超细化和烧结前对粉末进行热处理均可以改善超细硬质合金的显微组织结构，在一定程度上提高超细硬质合金的综合力学性能；超细硬质合金的显微组织结构与粘结相钴的含量密切相关，过高或过低的含钴量都对超细硬质合金的显微组织结构不利，降低超细硬质合金刀具的物理和力学性能；添加晶粒长大抑制剂在提高晶粒尺寸的均匀度、致密度和硬度的同时，也会使超细硬质合金的韧性下降。 （2）对0.2级和0.5级不同超细硬质合金刀具车削高温合金GH2132进行了切削力、切削温度和已加工表面粗糙度试验，对试验数据进行了线性回归处理和分析，对零件已加工表面进行了微观形貌观察，得到了不同超细硬质合金刀具切削力、切削温度和已加工表面粗糙度随切削参数变化的规律和经验公式，并与普通中等晶粒度和细晶硬质合金刀具进行了对比。切削用量三要素对刀—屑间平均摩擦系数的影响不明显，但对切削力和单位切削力的大小、切削温度和已加工表面粗糙度均有影响，且随着切削速度的增大，零件已加工表面粗糙度有减小的趋势；随着晶粒度的减小，单位切削力有减小的趋势，表面粗糙度有增大的趋势，晶粒度的大小对切削温度的影响随切削用量的变化呈现非线性关系；含钴量多少对切削力、刀—屑间平均摩擦系数、切削温度和零件已加工表面粗糙度的影响呈现出一种复杂的非线性关系，适当的含钴量可以使切削力、刀—屑间平均摩擦系数和切削温度保持在较低的水平；添加晶粒长大抑制剂将使0.5μm级超细硬质合金刀具单位切削力和刀—屑间平均摩擦系数增大，零件已加工表面粗糙度减小，对切削温度的影响主要与切削用量的大小和刀具材料的导热系数有关；粉末热处理将使其单位切削力、刀—屑间平均摩擦系数和零件已加工表面粗糙度减小，改善零件已加工表面质量，并可在一定程度上降低切削温度，但降低的程度与是否添加晶粒长大抑制剂有关。 （3）通过对刀具磨损原因的分析，建立了硬质合金刀具后刀面磨损的数学模型，并对超细硬质合金刀具进行了切削难加工材料磨损和破损试验，对刀具后刀面磨损微区微观形貌和化学成分分别进行了观察和分析，结果表明：超细硬质合金刀具高速切削高温合金时磨损的主要原因是粘接磨损；硬质相WC的晶粒越细，刀具耐磨性越好；适当降低含钴量有助于提高超细硬质合金刀具的抗磨料磨损、扩散磨损和氧化磨损性能，适当提高含钴量有助于提高超细硬质合金刀具的抗粘接磨损和抗崩刃破损性能，但过高或过低的含钴量都将对刀具的耐磨性和抗破损性能产生不利的影响；进行粉末热处理的超细WC-Co类硬质合金刀具耐磨性和抗破损性能得到提高；适当添加晶粒长大抑制剂可在一定程度上提高超细WC-Co类硬质合金刀具耐磨损和抗冲击破损性能；试验结果所反映的规律与所建立的刀具后刀面磨损数学模型一致。 （4）根据试验所用WC-Co类硬质合金刀具显微组织结构分析的实验数据，采用模糊聚类分析方法，得到WC-Co类硬质合金刀具模糊聚类关系图；运用模糊数学的方法，把影响刀具材料切削性能的各项指标结合在一起，建立了考虑各切削性能指标的综合模糊评判模型，并对试验所用超细硬质合金刀具切削难加工材料的切削性能进行了综合评判，确定了最优超细硬质合金刀具的晶粒尺寸、成分和制作工艺。 （5）通过对直径0.5mm的0.5μm级和0.6μm级超细硬质合金钻头与细晶硬质合金钻头的磨损和寿命对比试验，研究了不同工艺条件制作的0.5μm级WC-Co类超细硬质合金微细钻头的钻削性能，分析了使用寿命最好的YG10U-Ar-GGI微细钻头切削刃磨损和折断断口的形貌，初步探讨了微钻的磨损规律和折断失效机理。
【图文】：

性能影响因素性能主要包括物理性能、化学性能和力料的超细晶硬质合金来说，硬度、横向抗冲击韧性、化学稳定性、热胀系数等尽力改善这些性能。通常超细硬质合金孔隙率等因素强烈影响着超细硬质合金-53]，是超细硬质合金制备过程中必须重性能与显微组织和成分之间关系的基本理组织结构和成分等因素与性能之间关系模型。d 理论[54]d提出了WC-Co硬质合金的横向断裂强度。

刀片成形模具
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG711

【参考文献】

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本文编号：2518815