陶瓷刀具加工高硬度材料的實踐 陶瓷刀具的應用試驗

一、引言

190系列柴油機的氣(qi)閥(fa)(fa)工作環境惡劣，其(qi)母(mu)體(ti)材料分(fen)(fen)別(bie)為：進氣(qi)閥(fa)(fa)，4Cr9Si2；排(pai)氣(qi)閥(fa)(fa)，4Cr14Ni14W2Mo。這兩種材料經熱處理后本(ben)身硬(ying)度就(jiu)比較高，達到了48～52HRC。為提高氣(qi)閥(fa)(fa)密(mi)封線的耐(nai)高溫、耐(nai)腐(fu)蝕、耐(nai)磨損(sun)、抗(kang)沖擊的能力(li)，分(fen)(fen)別(bie)采用進氣(qi)閥(fa)(fa)堆焊鈷(gu)基(ji)(ji)合(he)(he)金，排(pai)氣(qi)閥(fa)(fa)堆焊鉻基(ji)(ji)合(he)(he)金(如圖1所示)。此類合(he)(he)金強度及硬(ying)度都較高，機械加工性(xing)極差。采用YG3硬(ying)質合(he)(he)金刀具加工鉻基(ji)(ji)合(he)(he)金時，刀具損(sun)壞嚴重；而對鈷(gu)基(ji)(ji)合(he)(he)金則(ze)根本(ben)無法(fa)加工。

為(wei)了解決這一問題，采用(yong)陶(tao)瓷刀(dao)具(ju)進行(xing)加(jia)工(gong)試驗(yan)。陶(tao)瓷刀(dao)具(ju)以硬度高而著稱，具(ju)有(you)良(liang)好的(de)耐(nai)(nai)磨及耐(nai)(nai)高溫等綜合(he)性(xing)能，特別適合(he)加(jia)工(gong)高強度、高硬度材(cai)料，對(dui)高速切削(xue)，高精度加(jia)工(gong)有(you)其獨(du)到之處(chu)，并且具(ju)有(you)優(you)良(liang)的(de)化學穩定(ding)性(xing)和抗(kang)粘結性(xing)。刀(dao)具(ju)制造工(gong)藝簡單(dan)、刃(ren)磨方便、價格低廉、耐(nai)(nai)用(yong)度高。美(mei)中(zhong)不(bu)足的(de)是其抗(kang)沖擊載荷能力較(jiao)差，常產生脆性(xing)破損(即崩刃(ren))。但若(ruo)選擇合(he)理的(de)切削(xue)用(yong)量，設(she)計(ji)恰當的(de)刀(dao)具(ju)幾何參數，改善刀(dao)具(ju)的(de)受力狀態，就能獲得比較(jiao)滿意(yi)的(de)加(jia)工(gong)效果(guo)。

二、陶瓷刀具的應用試驗

1、刀具選擇

針對被加工材料硬(ying)度(du)高(gao)(約50HRC)，切(qie)削溫(wen)度(du)高(gao)（約1000℃左右）的特點(dian)，決定選用(yong)LT55陶瓷刀片(pian)(pian)進行切(qie)削試驗。刀片(pian)(pian)成(cheng)分：Al2O3+TiC+Mo+Ni；技術(shu)指標：硬(ying)度(du)93.7～94.8HRA，抗彎強度(du)1.0～1.2GPa，沖擊韌性≥20kJ/m2；刀具選用(yong)可轉(zhuan)位型(xing)，其型(xing)號為：CSS-NR2020R09 GB5343.2-93。

刀具幾何參數：前角g0=-6°，后角a0=6°，主偏角kr=45°，刃傾角ls=-6° 。

2、切削試驗

為(wei)獲得理想的加(jia)工(gong)效(xiao)果，采用不同的切削(xue)參數(shu)，對鉻基(ji)合(he)金與鈷基(ji)合(he)金進行(xing)切削(xue)試驗，尋(xun)找合(he)理的切削(xue)用量。

3、鉻基合金、鈷基合金的切削試驗

鉻基合金的(de)(de)切削試驗(yan)(見表1)，鈷基合金的(de)(de)切削試驗(yan)（見表2）

4、切削效果及分析

從以(yi)上(shang)試驗可以(yi)看出，LT55陶(tao)瓷刀(dao)片加工鉻基合(he)金(jin)效果(guo)較(jiao)好，與硬質(zhi)合(he)金(jin)刀(dao)具相比，切削(xue)速度及刀(dao)具耐(nai)用度均有(you)很(hen)大提高，經濟效益(yi)明顯。但(dan)加工鈷基合(he)金(jin)效果(guo)不理想，刀(dao)具損壞(huai)嚴重，損壞(huai)形式(shi)呈脆性破損。

5、刀具損壞原因分析

鈷基合金(jin)較鉻基合金(jin)的強(qiang)度及硬度都高，因而切削性能更差。

?切削表面(mian)(mian)既有(you)母(mu)體材料又(you)有(you)合金材料，硬度(du)不均；加工(gong)表面(mian)(mian)為毛坯面(mian)(mian)，余量不勻(yun)。

?切削(xue)用量(liang)，尤其是切屑(xie)(xie)厚(hou)度(du)對刀片應(ying)力狀態影響較大，切屑(xie)(xie)厚(hou)度(du)大時，刀、屑(xie)(xie)接觸長度(du)增加，沖擊(ji)載荷加大，易使刀片產(chan)生脆性破(po)損(sun)。

BB霜(shuang)排(pai)名祛斑25歲(sui)用(yong)(yong)什么眼霜(shuang)好瘦臉補(bu)(bu)水面霜(shuang)排(pai)行榜化妝水好用(yong)(yong)纖體(ti)(ti)霜(shuang)推(tui)薦評價卸妝身(shen)體(ti)(ti)補(bu)(bu)水哪(na)個(ge)好用(yong)(yong)

鑒(jian)于以上分(fen)(fen)析，經查閱有關資(zi)料(liao)，決定(ding)改(gai)用SG4陶瓷刀(dao)片(pian)對鈷基(ji)合(he)金作進一步的切削試驗。刀(dao)片(pian)成分(fen)(fen)：Al2O3+(WTi)C；技術指標：硬度94.7～95.3HRC，抗彎強度0.8～1.18GPa，沖(chong)擊(ji)(ji)韌性≥15kJ/m2。該(gai)種刀(dao)片(pian)較!"## 陶瓷刀(dao)片(pian)硬度略有提(ti)高，沖(chong)擊(ji)(ji)韌性略有降低。

6、陶瓷刀片切削鈷基合金的試驗

陶瓷刀片切削鈷基合金(jin)的試驗（見(jian)表3）

從試驗效果看(kan)，SG4刀(dao)片(pian)較(jiao)LT55刀(dao)片(pian)加工鈷基合金，刀(dao)具耐(nai)用度(du)有了很大(da)提(ti)高，但效果仍(reng)不十(shi)分(fen)理想(xiang)。陶瓷刀(dao)具在切削(xue)沖擊載荷較(jiao)大(da)的(de)毛坯面(mian)(mian)時，其刀(dao)面(mian)(mian)上(shang)所受為拉應(ying)力，這樣(yang)易使刀(dao)片(pian)產(chan)生脆(cui)性(xing)破損；如采(cai)用較(jiao)大(da)的(de)負前(qian)角，可(ke)使刀(dao)面(mian)(mian)上(shang)的(de)拉應(ying)力變(bian)為壓(ya)應(ying)力，提(ti)高刀(dao)片(pian)的(de)抗破損能力。但是，加大(da)負前(qian)角，會使切削(xue)抗力增大(da)，故要求機床(chuang)系統要有較(jiao)好的(de)剛(gang)性(xing)。

結合理論分析(xi)和前(qian)期(qi)試(shi)驗(yan)結果(guo)，將刀片負前(qian)角改為-12°作(zuo)進(jin)一(yi)步切(qie)削試(shi)驗(yan)（見表(biao)4）。

從試驗結果來看，效果比較明顯，刀具耐(nai)用度有了很大提高，且尺寸穩定，粗糙度亦符合要求，說明采取的(de)措施是正確的(de)。

三、結論

LT55陶(tao)瓷刀片適合(he)加工鉻基合(he)金(jin)，切削(xue)速(su)度可(ke)選(xuan)153～193m/min之(zhi)間，進(jin)給(gei)量可(ke)選(xuan)0.12～0.14mm/r之(zhi)間，切削(xue)深度可(ke)選(xuan)0.8～1.2mm之(zhi)間。

1.SC陶瓷刀(dao)片適合加工鈷基合金，切削(xue)速度(du)可(ke)(ke)選(xuan)(xuan)153～193m/min之間，進(jin)給量(liang)可(ke)(ke)選(xuan)(xuan)0.08～0.10r/min之間，切削(xue)深度(du)可(ke)(ke)選(xuan)(xuan)0.8～1.2mm之間。

2.刀具幾何參數

前角(jiao)g0=-12°，后角(jiao)a0=12°，主偏角(jiao)kr=45°，刃傾角(jiao)ls=-6° 。

3.機床—工件—刀(dao)具系統要有良好的剛性。

4.由于切削用量與刀(dao)具幾何參數優選的范圍比(bi)較窄，因此還不算是(shi)最佳的。