1 引言

　　難加工材料切削技術(shù)的研究在理論和實(shí)踐上都具有重要意義锰镀。本項(xiàng)目的研究對(duì)象為某牌號(hào)超高強(qiáng)度鋼兄纺，該鋼種材料Ni、Cr技矮、Mo元素含量較高抖誉，具有高硬度(>45HRC)、高強(qiáng)度(抗彎強(qiáng)度1174MPa)和良好的韌性衰倦，因其優(yōu)異的物理袒炉、力學(xué)性能而在國(guó)防工業(yè)上有著重要應(yīng)用。該鋼種的總體加工性能等級(jí)為8級(jí)验恕，屬于典型的難加工材料思早，目前主要使用硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行切削加工，但刀具磨損梅砰、破損嚴(yán)重包萧，加工效率低，加工成本高姨篮，嚴(yán)重制約了生產(chǎn)的順利進(jìn)行荠划。本研究分別采用Al2O3基、Al2O3-Ti(NC)基和Si3N4-Al2O3基三種陶瓷刀具對(duì)該牌號(hào)超高強(qiáng)度鋼進(jìn)行了干銑削加工試驗(yàn)截抄，通過(guò)研究其切削性能刘纸，探討適合加工該材料的有效刀具及工藝方法。

　　2 試驗(yàn)條件與方法

　　試驗(yàn)條件

　　試件材料：某牌號(hào)超高強(qiáng)度鋼哈堵，試件尺寸160mm×60mm ×60mm抚袁。

　　試驗(yàn)刀具：YT15硬質(zhì)合金刀片， Al2O3基比荡、Al2O3-Ti（NC)基和Si3N4-Al2O3基陶瓷刀具多尺。三種陶瓷刀具的成分及性能見表1。 表1 陶瓷刀具牌號(hào)及性能 試驗(yàn)刀具  成分  系列  硬度

　　(HRA)  抗彎強(qiáng)度

　　(MPa) 

　　陶瓷刀具1  Si3N4+Al2O3+TiC  Si3N4-Al2O3基  94  850 

　　陶瓷刀具2  Al2O3+Ti(NC)  Al2O3-Ti(NC)基  94.5  850 

　　陶瓷刀具 3  Al2O3+TiC  Al2O3基  93.5  880～030

　　刀具幾何參數(shù)：g0=0°嘱巾，a0=0°憨琳，br1×g01=1mm×15°，re=2.5mm旬昭。

　　切削方式：?jiǎn)锡X端面對(duì)稱干銑削篙螟。

　　銑刀盤：d=125mm，gp=-9°问拘，gr=-3°遍略。

　　機(jī)床：XS5040型立式升降臺(tái)銑床。

　　測(cè)量裝置：小型工具顯微鏡骤坐，Kistler三向壓電晶體測(cè)力儀绪杏，表面粗糙度測(cè)量?jī)x。

　　刀具耐用度試驗(yàn)方法

　　在進(jìn)給量f=0.1mm/r，切削深度ap=1mm蕾久，切削速度分別為V=123势似、157m/min的切削條件下，分別對(duì)三種陶瓷刀具進(jìn)行刀具耐用度試驗(yàn)僧著，繪出刀具磨損曲線履因，并建立T-V經(jīng)驗(yàn)公式。

　　銑削力試驗(yàn)方法

　　在進(jìn)給量f=0.1mm/r圣治，切削深度ap=1mm越客，切削速度分別為V=123、157呆埃、196朦我、247m/min的切削條件下，分別對(duì)YT15硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具1進(jìn)行切削力試驗(yàn)视片，繪出主切削力曲線袜娇，并建立Fz-V 經(jīng)驗(yàn)公式。

　　加工表面粗糙度試驗(yàn)方法

　　在切削速度V=123赢凫、157m/min的條件下输跑，分別用三種陶瓷刀具進(jìn)行切削試驗(yàn)，并測(cè)量样矢、記錄已加工工件的表面粗糙度值营将。

　　3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

　　切削條件對(duì)刀具耐用度的影響本試驗(yàn)中，在相同切削用量(V=123那岁、157m/min冗美，ap=1mm，f=0.1mm/r)下得到的三種陶瓷刀具的后刀面磨損曲線析二。

　　(a)V=123 m/min 

　　(b)V=157 m/min 

　　陶瓷刀具- 在正常磨損階段的磨損較劇烈粉洼，在很短時(shí)間內(nèi)就達(dá)到了刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)；陶瓷刀具1叶摄、3的耐磨性較好属韧，在刀具正常磨損階段的磨損較緩慢、均勻蛤吓，與目前生產(chǎn)中普遍采用的YT15硬質(zhì)合金刀具相比宵喂，刀具耐用度有較大幅度提高。

　　陶瓷刀具2在兩種切削速度條件下磨損均較嚴(yán)重的原因是切削溫度較高会傲，工件材料中的Ni向刀具中心擴(kuò)散锅棕，使刀具表面硬度下降，刀具材料與工件材料親和性增大淌山，粘結(jié)磨損隨之增大哲戚，導(dǎo)致刀具耐用度降低奔滑。陶瓷刀具3的耐用度在V=157 m/min時(shí)較V=123 m/min時(shí)明顯下降，這是因?yàn)閂=123 m/min時(shí)刀具的主要磨損機(jī)制為磨料磨損和粘結(jié)磨損顺少，刀具磨損較慢，因而耐用度較高以赤；當(dāng)V=157 m/min時(shí)磕裂，隨著切削溫度升高，擴(kuò)散磨損在刀具磨損中所占比重上升劣饺，使刀具材料性能降低印姑，刀具磨損加劇。陶瓷刀具1的耐用度最高(36min)契片，這是因?yàn)榈毒卟牧现械腟i3N4和TiC在切削過(guò)程中被氧化狮贪，在摩擦表面生成的含Si、Ti 氧化物起到了固體潤(rùn)滑劑作用汛欺，可顯著降低刀具后刀面與工件間的摩擦力尾杆，從而減輕了刀具的粘結(jié)磨損，提高了刀具耐磨性琉语。

　　對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸分析狗丙，可得出三種陶瓷刀具在f=0.1mm/r、ap=1mm 切削用量下銑削超高強(qiáng)度鋼的T-V經(jīng)驗(yàn)公式分別為

　　陶瓷刀具1：T=8.492×103×V-1.048r=-0.885

　　陶瓷刀具2：T=2.919×102×V-0.710r=-0.842

　　陶瓷刀具3：T=8.578×107×V-3.065r=-0.927

　　式中密哈，T為耐用度暇昂，r為相關(guān)系數(shù)，表示T與V之間相關(guān)關(guān)系的密切程度伴嗡。上述經(jīng)驗(yàn)公式反映了三種陶瓷刀具的耐用度與切削速度之間的關(guān)系急波，為后續(xù)試驗(yàn)中切削速度的選擇提供了重要依據(jù)。

　　切削條件對(duì)切削力的影響

　　本試驗(yàn)中瘪校，在相同切削用量(V=123澄暮、157、196渣淤、247m/min赏寇，f=1.1mm/r，ap=1mm)下得到的YT15硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具1的主切削力曲線价认。

 　⌒岫ā①在試驗(yàn)切削速度范圍( V=123~247m/min)內(nèi)龄毡，YT15硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具1的主切削力Fz隨切削速度的提高而緩慢減小蛛最，這表明當(dāng)切削速度較低時(shí)，切削速度的提高可導(dǎo)致切削力下降设预；②與YT15硬質(zhì)合金刀片相比脐彩，陶瓷刀具1的主切削力較小论艰，這主要是由于陶瓷刀具干切削時(shí)具有自潤(rùn)滑功能吠败，即陶瓷刀具中的 Si3N4、TiC 和Ti(NC)在高溫下發(fā)生氧化勇袋，氧化物附著在切屑與前刀面之間镇轿，可減小前刀面的平均摩擦系數(shù)，從而減小了主切削力淑助。

　　對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸分析斟彻，可得出這兩種刀具在f=0.1mm/r，ap=1mm 切削用量下銑削超高強(qiáng)度鋼的Fz-V經(jīng)驗(yàn)公式分別為

　　陶瓷刀具1：Fz=418V-0.102r=-0.707

　　YT15刀具：Fz=379V-0.075r=-0.740

　　式中光稽，F(xiàn)z為主切削力粟辛，r為相關(guān)系數(shù)，表示Fz與V之間相關(guān)關(guān)系的密切程度也拳。

　　切削條件對(duì)加工表面粗糙度的影響

　　本試驗(yàn)中芙掖，在相同切削用量( V=123、157m/min绝迁，ap=1mm伊镐，f=0.1mm/r)下獲得的三種陶瓷刀具的加工表面粗糙度值見表2。 表2 三種陶瓷刀具的加工表面粗糙度 試驗(yàn)刀具  V(m/min)  Ra(μm)  等級(jí) 

　　工件的加工表面粗糙度值均在Ra0.480～0.770μm之間著摔，這表明用陶瓷刀具加工超高強(qiáng)度鋼可獲得較好的表面質(zhì)量缓窜。這主要因?yàn)椋孩儆捎谠囼?yàn)采用端銑方式，由主切削刃起切除作用谍咆，而過(guò)渡刃和副切削刃起到了修光作用禾锤；②工件材料硬度高、韌性好摹察，加工中塑性變形較大恩掷，刀具與加工表面的擠壓作用在一定程度上提高了加工表面質(zhì)量；③陶瓷刀具材料的自潤(rùn)滑性能較好供嚎，刀具材料與工件之間的摩擦系數(shù)較小黄娘，銑削過(guò)程中刀具與工件的摩擦力較小，不易在前刀面形成滯留層和積屑瘤克滴，因此可獲得較好的加工表面質(zhì)量逼争。

　　4 結(jié)論

　　刀具耐用度試驗(yàn)表明：用陶瓷刀具加工超高強(qiáng)度鋼可顯著提高刀具耐用度，其中Si3N4-Al2O3基陶瓷刀具的切削性能最佳劝赔。

　　切削力試驗(yàn)表明：采用陶瓷刀具加工超高強(qiáng)度鋼時(shí)的主切削力較采用YT15硬質(zhì)合金刀具時(shí)有所下降誓焦。

　　用陶瓷刀具加工超高強(qiáng)度鋼可獲得較好的表面質(zhì)量，加工表面粗糙度在Ra0.480～0.770μm之間诸痢。

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