陶瓷与立方氮化硼刀具干切削淬硬钢时切削性能的对比研究

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淬硬钢因其优良的机械力学性能,被广泛应用于制造各种对硬度和耐磨性要求较高的基础零部件,如轴承和齿轮等。这类工件经淬火或低温回火后硬度高达50-65HRC,是典型的难加工材料。磨削是精加工淬硬钢最传统的工艺,但磨削加工效率低、砂轮及磨削液消耗量大、成本高、粉尘和废液对环境污染严重。淬硬钢的“以车代磨”工艺不仅能提高生产率,降低生产成本,同时采用干切削技术能避免切削液带来的环境负面影响,是一种典型的绿色制造技术。   本文选用陶瓷CC6050、立方氮化硼CB7025和硬质合金GC2025刀具对淬硬轴承钢GCr15进行干切削对比试验。采用Kistler测力系统测量不同切削用量下,CC6050和CB7025刀具所受的切削力,分析切削用量及刀具材料对切削力的影响规律;采用2205型表面粗糙度测量仪测量各切削刀具加工后工件的表面粗糙度值,分析切削刀具材料和切削用量对工件表面粗糙度的影响;采用微粒群优化算法建立切削力和工件表面粗糙度随切削用量变化的数学预测模型;采用JC10读数显微镜观测刀具后刀面磨损量VB,分析切削时间、刀具材料对后刀面磨损的影响;采用S-4700扫描电镜观察切削加工后各切削刀具前刀面和后刀面的刀面磨损形貌,采用EDAX能谱仪对刀具磨损区进行能谱分析,研究各刀具的磨损机理。   结果表明:   1.采用陶瓷CC6050和立方氮化硼CB7025刀具干切削淬硬轴承钢时,两者切削力变化趋势相似,切削力随着背吃刀量和进给量的增加而增加;当切削速度低于80m/min时,切削速度增加切削力也相应增加;当切削速度高于80m/min时,切削速度增大切削力逐渐减小;其中,径向力最大,主切削力次之,轴向力最小;在相同切削条件下,CC6050刀具的切削力比CB7025刀具小;采用微粒群优化算法对两种刀具建立切削力预测模型,其预测误差精度较高,具有一定的可靠性,能够为切削加工时切削力的预报提供参考。   2.采用陶瓷CC6050和立方氮化硼CB7025刀具干切削淬硬轴承钢时,两者获得的表面粗糙度变化趋势相似,表面粗糙度值随着背吃刀量和进给量的增加而增加,当切削速度大于100m/min时,表面粗糙度值随着切削速度的提高而降低;其中,进给量对工件表面粗糙度的影响最为显著,其次是背吃刀量,切削速度的影响最小;在相同切削条件下,CC6050获得的表面质量比CB7025更好些;采用微粒群优化算法对两种刀具建立表面粗糙度预测模型,其预测误差精度较高,具有一定的可靠性,能够为表面质量要求较高工件的切削加工提供参考。   3.在相同切削用量情况下,采用陶瓷CC6050与立方氮化硼CB7025刀具干切削淬硬轴承钢时,其后刀面的磨损曲线形状相似,磨损带呈长条状,前刀面出现相似的月牙洼磨损,磨损区域主要集中在刀尖过渡圆弧倒棱处,与切削刃直接相连;而硬质合金GC2025刀具在刀尖圆弧处出现明显的崩刃现象,后刀面有大面积的颗粒剥落和塌陷;CC6050的磨损机理主要是粘结磨损和扩散磨损,此外还有磨粒磨损和氧化磨损,CB7025的磨损机理主要是扩散磨损、粘结磨损和相变磨损,此外还有磨粒磨损和氧化磨损,GC2025的磨损机理主要是扩散磨损、粘结磨损和氧化磨损。
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