1前言

采用硬質(zhì)合金工模具(包括塑性成形模具和切削加工的刀具)加工金屬制品是提高模具使用壽命的主要途徑酱床。目前,硬質(zhì)合金模具和刀具已在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用,并取得明顯的效果,例如用于純鋁和紫銅冷擠壓的硬質(zhì)合金模具壽命已達到200萬次,用于鋼零件擠壓的硬質(zhì)合金模具壽命也達到10萬次以上羊赵。用于多工位級進模的硬質(zhì)合金沖裁凸凹模壽命一般可達1億次,最高可達3億次。用于鋁合金切削加工的刀具耐用度可達180～200分鐘(以已加工表面粗糙度達到Ra0.63&mirco;m作為刀具失效標(biāo)準(zhǔn))扇谣。為了深入了解硬質(zhì)合金的磨損特性及其與加工對象和加工條件的關(guān)系,充分發(fā)揮硬質(zhì)合金工模具的抗磨損性能,本文針對硬質(zhì)合金刀具的擴散磨損機理,通過實驗進行研究昧捷。

2硬質(zhì)合金工模具的擴散磨損機理

硬質(zhì)合金工模具加工金屬制品時,會發(fā)生摩擦磨損、粘結(jié)磨損冕咒、邊界磨損撑葡、相變磨損、擴散磨損等各種磨損彭理。擴散磨損就是工件在加工過程中,工模具與工件表面在高溫或高壓下,相互緊密貼合,并發(fā)生相互吸引和粘著,致使工模具與工件表面的材料發(fā)生相互擴散,造成表面合金元素的貧化或富化,導(dǎo)致工模具表面與基體的成分發(fā)生差異,弱化了工模具表面的抗磨損性能,加快了磨損速度,從而降低了工模具壽命艾抠。具體對硬質(zhì)合金而言,則是硬質(zhì)合金中的粘結(jié)相原子向工件材料擴散,硬質(zhì)碳化物部分分解并擴散到工件表面,使硬質(zhì)合金材料表層產(chǎn)生更多微孔,粘結(jié)強度降低。同時,工件材料中的原子(例如鋁質(zhì)工件中的鋁原子)擴散到工模具表層,改變了工模具表面層的物理機械性能,從而導(dǎo)致工模具表層材料的剝落,加速工模具的磨損凝顿。

3試驗條件

為了研究硬質(zhì)合金刀具的擴散磨損機理,進行了硬質(zhì)合金刀具切削鋁質(zhì)工件的實驗惑妒。選用湖南省株洲硬質(zhì)合金廠生產(chǎn)的4種牌號硬質(zhì)合金刀片。1號刀片YD05和2號刀片YM051是以鈷為粘結(jié)相并添加一些其他硬質(zhì)碳化物或氧化物的WC—C0系列超細晶粒硬質(zhì)合金；3號刀片YN05和4號刀片YN10則是以鎳為粘結(jié)相并添加部分碳化鎢和稀土元素碳化物(TaC,NbC等)的碳化鈦(TiC)基硬質(zhì)合金(各刀片的幾何角度見表1)泛驰。在HY—025型高精度專用車床上進行高速薄切削鋁合金(LY12R)試驗域曼。試驗中采用干切削,取進給量f=0.1mm/s,切削厚度aP=0.1mm,1～3號刀片的切削速度為300m/min,4號刀片的切削速度為200m/min,并以已加工表面粗糙度Ra=0.63μm作為刀具失效的標(biāo)準(zhǔn),測定了各刀片的耐用度(即從開始削到刀具失效的時間),詳見表1。

表1 不同切削條件的刀具耐用度
刀片號 前角(°) 主后角(°) 副后角(°) 主偏角(°) 副偏角(°) 刃傾角(°) 切削時間(min) 耐用度(min) 1 7 6 6 15 5 0 215 140 2 10 8 6 45 5 0 455 120 3 7 6 6 10 5 0 87 45 4 9 6 5 7 5 0 80 40

試驗所用工件材料為鋁合金LY12R,即鋁與銅寺帽、鎂俱篡、錳的合金,其化學(xué)成份詳見表2。

表2 工件材料LY12R的化學(xué)成份(%)
元素 銅 鎂 錳 雜質(zhì) 鋁 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 3.8～4.9 1.2～1.3 0.3～0.9 <1.5 91.4～93.2

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