涂层刀具对医用不锈钢车削加工性能的影响研究

发布时间：2020-07-15 13:10

【摘要】：316L不锈钢材料属于超低碳奥氏体不锈钢,由于具有良好的抗腐蚀、生物相容性等优点,被广泛运用于医疗行业,但其加工性能差。涂层刀具由于其优异的性能被广泛运用于难加工材料行业的切削加工。从目前研究来看,基本都是使用购买的涂层刀具在单一的冷却方式下研究,本文采用自制的涂层刀具M1(Monolayer-TiAlSiN涂层)、M3(Multi3-TiAlSiN涂层)与市面成熟的不锈钢加工用刀具ATN(科汇AlTiN涂层)、KC5025(肯纳AlTiN涂层)、KCU10(肯纳TiAlSiN涂层)对比,系统的研究切削参数、刀具涂层、五种冷却方式(Dry、MQL、OoW、CO_2、L-N_2)对加工的影响,并对相关不锈钢加工用刀具选择、切削参数选择、冷却方式选择有一定的指导作用。(1)进行了五款刀具在五种冷却方式下的磨损试验,发现在Dry、MQL方式下,自制刀具M1(TiAlSiN)刀具耐用度与购买的肯纳刀具接近;在Oo W下,KCU10最优,在CO_2下,KC5025最优,L-N_2下,KCU10最优;OoW、MQL下刀具耐用度较好,L-N_2下效果最差,刀具KC5025与KCU10、M1与ATN适合的冷却方式具有一致性。(2)研究了切削力或工件表面质量最优时,不同的冷却方式下各款涂层刀具的对应切削参数,发现切削力随着进给、切深的增大而增大,粗糙度随着进给的增大而增大,切深对粗糙度的影响很复杂,但在不同冷却方式下,当切削力或工件表面质量最优时,对应的刀具切削速度临界值也不同。(3)进行了在相同冷却方式下不同涂层刀具的切削力、工件表面表质量对比,以及不同冷却方式下同一款刀具的切削力、工件表面表质量对比,发现冷却方式、涂层刀具对切削力工件表面粗糙度都有一定程度的影响,而且在相同冷却方式下,涂层刀具与不同的切削参数存在一个最优匹配,在使用同一款刀具时,不同的切削参数也与不同的冷却方式存在一个最优匹配。(4)进行了正交试验,探索冷却方式,刀具涂层、切削速度、进给速度、切削深度五种因素对切削力、工件表面粗糙度的影响显著程度,发现因素对切削合力影响显著情况为:每转进给量(f)背吃刀量(a_p)切削速度(V_C)冷却方式刀具涂层(Tool coating),对粗糙度影显著情况为:每转进给量(f)刀具涂层(Tool)切削速度(V_C)背吃刀量(a_p)冷却方式。
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG51
【图文】：

奥氏体不锈钢,化学成分,不锈钢

加工硬化作用提高它们的强度。这类钢的缺点是切削加工比较困难，切削时刀具磨量大，影响生产效率[1]。以 316L 为代表的医用奥氏体不锈钢，具有力学性能高、耐腐蚀性能好以及生物容性优良等良好综合性能，被广泛应用于各种人工关节、骨折内固定器械、和心血管架等高端医疗器械精密零部件制造。作为在医疗领域使用的材料，对于不锈钢的要求更为严格，要求该类不锈钢无且符合使用标准。医用不锈钢必须具有在生物体内能保持良好的抗腐蚀性、没有或在符合标准下低的离子析出、高的生物相容性等特点。为了减少医用不锈钢在人体发生晶间腐蚀, 应该尽量减少不锈钢中的含 C 量，自不锈钢被运用于医用植入体以来各国均有对不锈钢的含 C 量作出一些列标准。最新国内外对植入体不锈钢的含 C 量要求钢中 C 含量不高于 0.03%。研究表明，C 含量是不锈钢在人体内发生晶间腐的要原因[2]，而 316L（牌号为：022Cr17Ni12Mo2）医用不锈钢属于超低碳奥氏体不锈钢具有耐腐蚀性高、强度高、韧性好等特点，近年来被广泛应用于医疗行业。

奥氏体不锈钢,机械性能

图 1-2 常见奥氏体不锈钢机械性能[3]Fig 1-2 The mechanical properties of common austenitic stainless steel[3]但 316L 不锈钢属于难加工材料，其切削性能差，可加工性并不理想，主要体下几个方面[4]：1) 加工硬化严重，加速刀具磨损；2) 切削时的塑性变形与刀具间的摩擦造成切削温度高，大量切削热集中在刀接触界面；3) 加工硬化严重与高切削热进一步增加切削力；4) 切屑不易折断易粘结，不锈钢塑性、韧性都很大，车加工工时切屑不易断易粘附，使刀具产生粘结磨损，扩散磨损等，过长的切屑还划伤工件表面这些问题都导致了刀具快速失效，因此医用不锈钢（316L 等）对刀具综合性十分苛刻。故在加工 316L 不锈钢时应该综合考虑各类影响因素，对刀具综合性十分苛刻。刀具材质应该选取硬度高、强度好的材料，并应选取合理的刀具参数

雾滴,水包油,油包水,混合模型

QL 及内冷 MQL 车削 GGr15，研两种冷却方式降低切削力的效果均使用冷风、MQL 为冷却润滑方式下温冷风下的切削力次之。刘大维[34]或者低速的情况下有非常好的效果式冷却的效果差，因此 MQL 并不MQL 前、后刀面润滑三种情况下使微量润滑时，并不能明显降低刀具寿命明显增加。吴月颖[36]使用 MQL 刀面磨损要小，后刀面上粘结物要与水雾的冷却特性结合，雾化形成。

【参考文献】