高性能材料刀具及其切削性能研究.pdf

1、Ti(C，N)基金屬陶瓷材料在高溫下因其具有優(yōu)良的耐磨性和良好的化學(xué)穩(wěn)定性而廣泛應(yīng)用于切削刀具;但是Ti(C，N)基金屬陶瓷屬于硬脆性材料，如何增加其強(qiáng)韌性以提高刀具壽命一直是廣大材料及切削加工研究者需要面對(duì)的難題。聚晶立方氮化硼(簡(jiǎn)稱PCBN)刀具具有硬度高、化學(xué)惰性良好而穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，其在加工高硬度材料方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，如何正確應(yīng)用PCBN刀具切削鐵基粉末冶金件以實(shí)現(xiàn)其價(jià)值最大化顯得尤為重要。本文在概述刀具材料發(fā)展的基礎(chǔ)上針對(duì)這些問(wèn)

2、題進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)研究:
　　(1)Ti(C，N)基金屬陶瓷刀具的研究:用粉末冶金法、真空燒結(jié)工藝制備了TiC原始粒度不同的兩組Ti(C，N)基金屬陶瓷材料。對(duì)TiC粉末粒度提高Ti(C，N)基金屬陶瓷材料強(qiáng)韌性的機(jī)制進(jìn)行了分析研究。得出納米TiC原始粉末制備的Ti(C，N)基金屬陶瓷具有更小的晶粒度，同時(shí)具有更好的材料綜合性能。納米TiC原始粉末制備的金屬陶瓷組織的晶粒細(xì)化，抗彎強(qiáng)度和硬度更高，但微米TiC原始粉末制備的金屬陶瓷中

3、粘結(jié)相平均自由程較大，從而韌性高。
　　(2)在測(cè)試這兩組Ti(C，N)基金屬陶瓷刀具材料的機(jī)械力學(xué)性能時(shí)，用自制的刀具進(jìn)行實(shí)際切削實(shí)驗(yàn)，切削實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:Ti(C，N)基金屬陶瓷刀具切削正火態(tài)45號(hào)鋼時(shí)，后角α=5°的刀具耐用度最好，刀具的使用壽命最長(zhǎng);納米Ti(C，N)基金屬陶瓷刀具壽命比微米Ti(C，N)基金屬陶瓷刀具壽命長(zhǎng)。對(duì)Ti(C，N)基金屬陶瓷刀具的磨損形態(tài)和磨損機(jī)理進(jìn)行了進(jìn)一步的分析研究得出兩種金屬陶瓷刀具的磨損機(jī)

4、理基本相同，在刀具的后刀面磨損中共同存在著磨粒磨損、粘結(jié)磨損、擴(kuò)散磨損和氧化磨損四種磨損形式，其中主要磨損形式是擴(kuò)散磨損和氧化磨損。
　　(3)利用大型商業(yè)有限元仿真軟件Abaqus對(duì)正交金屬切削過(guò)程進(jìn)行建模和數(shù)值仿真計(jì)算;借助仿真模型研究前角和切削速度對(duì)切削過(guò)程的影響，分析復(fù)雜的切削過(guò)程，并且利用切削試驗(yàn)，對(duì)切削力和剪切角兩個(gè)重要仿真參數(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證。仿真技術(shù)更直觀的揭示了切削狀態(tài);為制備工業(yè)上實(shí)用的高性能的材料刀具提供了實(shí)驗(yàn)和理

5、論上的指導(dǎo);為新刀具的開(kāi)發(fā)降低了成本，提高了效率。
　　(4)PCBN刀具切削鐵基粉末冶金件——發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)座圈的實(shí)驗(yàn)研究。得出了以下結(jié)論:V581鐵基粉末冶金材料在密度、硬度、硬質(zhì)粒子硬度(HV0.1)和壓潰強(qiáng)度方面均明顯優(yōu)于ZN-1材料;切削三要素中，切削深度對(duì)切削力的影響最大，進(jìn)給量次之，切削速度最小;實(shí)驗(yàn)表明，三方向切削力中以徑向力Fy最大，比軸向力Fx大近2倍;PCBN刀具切削粉末冶金件的磨損形態(tài)主要為:前刀面月牙洼磨損、