车削45%SiCp/Al复合材料刀具寿命及磨损机制研究

发布时间：2021-01-26 09:12

　　为探索金刚石刀具（PCD）和涂层硬质合金刀具加工45%SiCp/Al复合材料时的刀具磨损、切削力、表面粗糙度的变化规律,对45%SiCp/Al复合材料进行了切削试验。分别使用三向测力仪对切削力进行测量,光学显微镜对刀具磨损进行了观察和测量。分析了PCD和涂层硬质合金刀具磨损的演变过程及刀具磨损对切削力、表面粗糙度的影响规律。研究结果表明,对于PCD刀具,前刀面磨损形式依次为晶粒脱落、磨粒磨损、粘结磨损并存在崩刃。后刀面的主要磨损形式为磨粒磨损,并伴有积屑瘤的产生。硬质合金刀具前刀面磨损形式依次为涂层脱落、磨粒磨损,后刀面出现严重磨粒磨损并且出现粘附现象,用PCD刀具切削45%SiCp/Al复合材料,切削力随积屑瘤增长或脱落呈周期性变化。用涂层硬质合金刀具切削时,主切削力是PCD刀具的两倍。对于PCD刀具,表面粗糙度也随积屑瘤呈周期性变化。涂层硬质合金刀具切削45%SiCp/Al复合材料的表面粗糙度大于PCD刀具,并且随切削距离增加急剧增长。 

【文章来源】：组合机床与自动化加工技术. 2020,(07)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

积屑瘤的高度与切削距离的关系

如图4所示为两种刀具后刀面磨损VB值,PCD刀具稳定,后刀面磨损值随切削距离缓慢增大,并且磨损值较小。加工到2km时,刀具后刀面磨损值为0.216mm,切削性能良好,刀具仍可继续使用。对于涂层硬质合金刀具后刀面磨损值急剧增长,当切削到150m时刀具后刀面磨损值超出磨钝标准值,刀具无法继续使用。所以涂层硬质合金刀具不适合45%SiCp/Al复合材料的精车加工,PCD刀具更合适。2.3 切削力

图5 两种刀具在不同切削距离下切削力的变化规律在25m～150m阶段,切削力不断增加,150m以后,切削力有突然的大幅度下降,然后又呈逐渐上升的趋势是积屑瘤脱落与再生的反映。如果是复合材料颗粒脱落或界面开裂引起的切削力突然下降,切削力会立即回到先前的水平,而不是逐渐的上升[13]。当积屑瘤发生增长时,切削力则变大,这与传统材料加工不同。一般在切削塑性材料时,积屑瘤由“冷焊”作用产生,其硬度通常是工件材料的3倍,增加了刀具实际前角,从而减小切削力。然而,切削45%SiCp/Al复合材料时,黏附在前刀面的积屑瘤并不是上述环境作用产生的,而是工件材料机械镶嵌作用的结果[14],所以黏强度和硬度相对较小,容易脱落。如图5a所示,切削瘤的周期性变化使得切削力大幅波动,积屑瘤不仅不能减小Fz,反而会使 Fz显著增加,也导致切削过程中刀具受到的机械冲击增强,加剧刀具破坏。所以45%SiCp/Al复合材料在切削过程中会出现随切屑瘤成周期性变化。 对于Fx,Fy则为进给方向与切削深度方向的挤压力,切削作用不明显,因此作用力较小。

【参考文献】：
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本文编号：3000853