摘要：在經(jīng)過改造的正交車銑機(jī)床上帆喇，采用高強(qiáng)度鋼工件材料钓简，進(jìn)行了車銑刀具磨損強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，分析了車銑切削用量對(duì)刀具磨損強(qiáng)度的影響评凝。研究表明车匪，在影響車銑刀具磨損的切削用量中，切削速度對(duì)車銑刀具的磨損強(qiáng)度影響最大谴疾；以車銑刀具的磨損實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)强进，以切削速度為變量，建立了車銑高強(qiáng)度鋼的刀具磨損強(qiáng)度模型昭怕。

0袱族、前言

車銑技術(shù)[1]是為滿足高生產(chǎn)率和高質(zhì)量這兩大目標(biāo)而發(fā)展起來的一種先進(jìn)制造技術(shù)服驼。因此，車銑工藝技術(shù)成為當(dāng)今世界渔舵，特別是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的研究熱點(diǎn)鹅唠。采用車銑代替車削、銑削劈遂，可以更有效地采用現(xiàn)有刀具材料或單純車削不能采用的刀具材料來加工各種工件材料给急，以及實(shí)現(xiàn)對(duì)各類回轉(zhuǎn)體及薄壁類零件的加工。它具有加工效率高疮炼、加工精度高烁胳、刀具壽命長(zhǎng)、切削平穩(wěn)廷支、不存在斷屑問題等優(yōu)點(diǎn)频鉴，可以完成通常單獨(dú)用車或銑難以實(shí)現(xiàn)的加工。金屬切削刀具的磨損恋拍，直接影響刀具壽命的長(zhǎng)短垛孔、生產(chǎn)成本、生產(chǎn)效率的高低和加工質(zhì)量的好壞等施敢；切削過程中的各種物理現(xiàn)象周荐，如切削力、切削熱僵娃、系統(tǒng)振動(dòng)等概作，也大多與之有密切關(guān)系[2]，因此默怨，研究車銑的刀具磨損對(duì)于豐富車銑理論與實(shí)踐應(yīng)用仆嗦，均具有十分重要的意義。

1先壕、 車銑技術(shù)及特點(diǎn)

國(guó)外車銑技術(shù)研究主要集中在德國(guó)、美國(guó)和日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家退旅，研究領(lǐng)域涉及車銑原理熊赦、車銑運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)、車銑表面質(zhì)量和刀具磨損等呕长。車銑不是單純的將車和銑兩種加工手段合并到一臺(tái)機(jī)床上疆逸，而是利用車銑合成運(yùn)動(dòng)完成各類表面的加工[3]。車銑按銑刀與工件的相對(duì)位置可分為軸向車銑悯堂、正交車銑和一般位置車銑巢段。

正交車銑由于銑刀與工件的旋轉(zhuǎn)軸線相互垂直，在加工外圓表面時(shí)由于銑刀的縱向行程不受限制矗壹，且可以采用較大的縱向進(jìn)給疯忽，因此它是加工大型回轉(zhuǎn)體和長(zhǎng)軸類零件的一種高效方法痪猿。如圖1所示[3]，正交車銑的切削用量包括切削速度交掌、銑刀沿著軸向的進(jìn)給速度续残、軸向進(jìn)給量、切向進(jìn)給量（銑刀每齒進(jìn)給量）和切削深度等[3]荧孽。

圖1正交車銑的主要運(yùn)動(dòng)

2鸵赫、 車銑刀具磨損實(shí)驗(yàn)

2.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮头椒?

車銑刀具磨損實(shí)驗(yàn)的目的是采用單因素實(shí)驗(yàn)方法[4]，來研究車銑切削用量的變化對(duì)刀具的磨損機(jī)理以及磨損強(qiáng)度的影響規(guī)律躏升，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果加以理論分析辩棒。車銑刀具磨損表面形貌和磨損量由日本SSX-550掃描電子顯微鏡和IM小型工具顯微鏡觀察分析和測(cè)量。

切削用量：切削深度為1mm膨疏；軸向進(jìn)給速度為4.8mm/r一睁；

2.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備

車銑刀具磨損的實(shí)驗(yàn)是在經(jīng)過改造的正交車銑機(jī)床上進(jìn)行的，如圖2所示成肘。

圖2 改造后的正交車銑機(jī)床

2.3實(shí)驗(yàn)條件

工件材料 高強(qiáng)度鋼
實(shí)驗(yàn)刀具 TiN涂層SC30硬質(zhì)合金 (相當(dāng)于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)P20~P40)端銑刀
銑削方式 正交車銑卖局，逆銑
冷卻方式 乳化液

3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明双霍，車銑刀具磨損過程是很復(fù)雜的砚偶。不同的切削條件下，車銑刀具主要磨損形態(tài)也不同洒闸，各種磨損形態(tài)的磨損量在不同切削條件下所占的比例也不同染坯；各種磨損形態(tài)既單獨(dú)作用，又相互影響丘逸。在影響車銑刀具磨損的切削用量中单鹿，切削速度對(duì)車銑刀具的磨損過程、磨損形態(tài)及磨損強(qiáng)度等的影響最大跪倘。

切削用量：切削深度為1mm楚辆；軸向進(jìn)給速度為4.8mm/r；

當(dāng)切削速度較低時(shí)馏旅，當(dāng)連續(xù)不斷的切屑流經(jīng)刀具前刀面時(shí)甜序，在刀具與切屑摩擦面的實(shí)際接觸面積上，切削溫度可以達(dá)到900°以上构眶，刀具與工件材料接觸到原子間距離時(shí)產(chǎn)生粘結(jié)驹拢，發(fā)生冷焊現(xiàn)象。當(dāng)切屑沿刀具前刀面流出時(shí)希金，迫使較軟的切屑底層內(nèi)部發(fā)生很大的剪切變形帕吆。兩摩擦表面的粘結(jié)點(diǎn)因刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，晶粒或晶粒群受剪或受拉而被對(duì)方帶走造成粘結(jié)磨損觅霉，如圖3所示沥涕。切削時(shí)，接觸區(qū)的壓力很高鬼癣，使實(shí)際接觸面積增加陶贼，切屑和工件材料沿著刀具前、后刀面不斷移動(dòng)待秃，破壞了刀具表面的氧化層和其它吸附膜拜秧，特別是剛從工件材料內(nèi)部切削出的新鮮表面間形成強(qiáng)烈粘結(jié)。

當(dāng)車銑切削速度較高時(shí)章郁，其磨損機(jī)理主要表現(xiàn)為疲勞－剝落磨損和擴(kuò)散磨損枉氮。由于車銑是一種斷續(xù)切削，銑刀承受切屑的周期性擊打暖庄、切削加熱和空切冷卻聊替，使刀具表面急劇變熱和變冷，刀具表面受到反復(fù)的熱應(yīng)力培廓、摩擦應(yīng)力和接觸應(yīng)力作用惹悄，從而在距離刀具表層一定深度下的刀具材料的內(nèi)部，產(chǎn)生了接觸疲勞裂紋源肩钠。而后在繼續(xù)經(jīng)過多次反復(fù)的接觸作用后泣港，接觸疲勞裂紋源向刀具表層方向迅速擴(kuò)張，從而岂张，在刀具表層上形成了網(wǎng)狀的裂紋墓篇，刀具表層因裂紋的擴(kuò)展而造成龜裂，在切屑不斷地?fù)舸蛳聦?dǎo)致刀具表層材料一層層地被剝落础估。此外瘾夯，在刀具材料的原始晶粒內(nèi)部，還是晶界處牙德，都存在著不均勻的內(nèi)應(yīng)力巧嗡，因此難于存在有顯微裂紋。許多鄰近的微裂紋庭钢，在切削力和摩擦力等外力的作用下不斷延伸为巾、合并，形成宏觀裂紋丹自，在外力的進(jìn)一步作用下則產(chǎn)生剝落。采用掃描電子顯微鏡和電子探針顯微分析儀檢查刀具的前刀面蚀比、后刀面以及副后刀面微區(qū)的化學(xué)成分弹值，說明隨著切削速度的不斷地提高，車銑過程中切屑、工件與刀具的接觸豫尽，產(chǎn)生的切削溫度足夠高時(shí)篙梢，相互間有親和作用的元素原子從濃度高處向濃度低處遷移，雙方的化學(xué)元素在固態(tài)下相互擴(kuò)散美旧。如圖4渤滞、5所示。

圖5 切削速度為396m/min時(shí)的前刀面磨損形態(tài)(500×)

切削用量：切削深度為1mm榴嗅；軸向進(jìn)給速度為4.8mm/r妄呕；

在所研究的切削速度范圍內(nèi)，當(dāng)切削速度較低時(shí)嗽测，以粘結(jié)磨損為主绪励，在此基礎(chǔ)上也伴隨有疲勞-剝落磨損和磨料磨損等；而在較高的切削速度下以疲勞-剝落磨損和擴(kuò)散磨損為主唠粥，并伴隨有粘結(jié)磨損和磨料磨損等疏魏。以車銑刀具的磨損試驗(yàn)為基礎(chǔ)，以切削速度為變量晤愧，建立了正交車銑高強(qiáng)度鋼的車銑刀具的磨損強(qiáng)度模型大莫，如圖6所示。切削速度的增加篇瀑，使切削溫度升高厨朗，刀具與切屑、工件的接觸區(qū)里的材料變軟窝秤，微小的粘結(jié)區(qū)的數(shù)量增加宴今，使粘結(jié)磨損和疲勞-剝落磨損強(qiáng)度增加。但是隨著切削速度的進(jìn)一步增加幽州，被加工材料比刀具材料軟化得更厲害换攘，則粘結(jié)磨損和疲勞-剝落磨損的強(qiáng)度將會(huì)降低。這時(shí)切削溫度繼續(xù)增高匙戚，刀具與切屑椎颓、工件元素之間的相互擴(kuò)散速度加大，因此潭三，擴(kuò)散磨損強(qiáng)度增大最阿。在不同的切削速度下，各種磨損機(jī)理相互作用玖项、相互影響貌砖，加劇了車銑刀具的磨損強(qiáng)度。

4惜颇、 結(jié)論

（1）在較低的切削速度下車銑高強(qiáng)度鋼的刀具磨損機(jī)理主要以粘結(jié)磨損為主皆刺，在此基礎(chǔ)上也伴隨有疲勞-剝落磨損和磨料磨損等；而在較高的切削速度下以疲勞-剝落磨損和擴(kuò)散磨損為主，并伴隨有粘結(jié)磨損和磨料磨損等羡蛾，各種磨損機(jī)理在不同的切削條件相互影響漓帅、相互作用。

（2）不同切削條件下痴怨，車銑刀具的主要磨損機(jī)理也不同忙干，切削速度對(duì)車銑刀具的磨損過程、磨損形態(tài)及磨損強(qiáng)度等影響最大浪藻。在所研究的切削速度范圍內(nèi)捐迫，磨料磨損、粘結(jié)磨損和疲勞-剝落磨損幾乎貫穿始終珠移，而擴(kuò)散磨損在切削速度提高到一定值后弓乙，才占有主導(dǎo)地位。

參 考 文 獻(xiàn)：
（1）Schulz H．High Speed Turn-milling－A New Precision Manufacturing Technology for the Machining of Rotationally Symmetrical Work-pieces．Annals of the CIRP 1990 ：107-109
（2） 仇啟源钧惧，龐思勤. 現(xiàn)代金屬切削技術(shù)．北京: 機(jī)械工業(yè)出板社. 1992
（3） 賈春德, 姜增輝. 車銑原理. 國(guó)防工業(yè)出版社. 2003

袁哲俊. 金屬切削實(shí)驗(yàn)技術(shù). 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社. 1987

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