一种原位成型不同形貌微织构陶瓷刀具干切削45钢方法与流程

本发明属于机械加工领域，涉及一种原位成型不同形貌微织构陶瓷刀具干切削45钢的方法。

背景技术：

山东大学的邓建新及日本的kawasegin等人研究表明：在刀具前刀面垂直于流屑方向激光加工微织构能够一定程度上减小切削力、切削温度以及前刀面磨损，提高切削性能。分别见邓建新.performanceofcarbidetoolswithtexturedrake-facefilledwithsolidlubricantsindrycuttingprocesses[j].山东大学，2011和kawasegin,sugimorih,morimotoh,moritan,horii.developmentofcuttingtoolswithmicroscaleandnanoscaletexturestoimprovefrictionalbehavior[j].precisionengineering2009,33:248–54。

中国专利“申请号：cn201210003617.x”报道了一种微池石墨自润滑陶瓷刀具的制备工艺。该工艺是在微池石墨压头加工出一定尺寸凸起，通过热压烧结制备出具有自润滑功能的微池陶瓷刀具。基于此工艺，以原位成型法制备出自润滑功能的微织构陶瓷刀具，原理是设计并制备用以原位成型微织构的固体润滑剂凸模，陶瓷刀具烧结时，利用凸模在基体中的占位，一次性制备出硬质耐磨相与软质润滑相交替共存的微织构自润滑刀具。

目前，在干切削条件下，利用原位成型微织构陶瓷刀具，不同形貌微织构陶瓷刀具对车削45号钢切削工艺研究尚为空白。

技术实现要素：

本发明为了弥补现有技术的不足，探究不同微织构方向陶瓷刀具对车削45号钢的影响，提供了一种切削性能好、加工成本低的原位成型不同形貌微织构陶瓷刀具干切削45号钢方法。

技术方案：

本发明的一种原位成型不同形貌微织构陶瓷刀具干切削45号钢方法，其特征在于：以原位成型法制备纵向织构、横向织构陶瓷刀具，并以同样方法制备传统无织构刀具为对比试验，探究切削性能，切削参数为:切削速度90m/min、120m/min、150m/min、180m/min、210m/min，进给速度0.102mm/r，切削深度0.5mm。

采用测力仪测量无织构、横向织构和纵向织构刀具在不同切削速度下的切削力；采用测温仪测量无织构、横向织构和纵向织构刀具在不同切削速度下的切削温度。

采用edx化学元素分析仪检测三种刀具面积相同的区域范围内（覆盖磨损区域）fe元素含量，因刀具基体材料为al2o3/tic，本身不含有fe元素，故可通过分析前刀面磨损区域fe元素含量表示前刀面粘结磨损程度，前刀面fe元素越多，粘结磨损越严重。

有益效果：通过切削实验发现，原位成型微织构陶瓷刀具与激光加工微织构刀具相比，同样具有减小切削力、切削温度和前刀面磨损的优点；其中横向织构刀具切削性能最佳，与无织构刀具相比主切削力降低4.3%-12.5%，径向力降低5.9%-12.6%，进给力降低25%-29.5%，切削温度降低10.1%-12.3%，前刀面磨损最轻。

说明书附图：

图1为横向织构刀具示意图；

图2为纵向织构刀具示意图；

图3是本发明不同切削速度下切削45号钢的刀具主切削力变化趋势；

图4是本发明不同切削速度下切削45号钢的刀具径向力变化趋势；

图5是本发明不同切削速度下切削45号钢的刀具进给力变化趋势；

图6是本发明不同切削速度下切削45号钢的刀尖温度变化趋势；

图中：1.前刀面，2.横向织构，3.纵向织构。

具体实施方式：

本发明将氧化铝复合陶瓷刀具与原位成型微织构加工技术结合，切削45号钢，通过切削试验，测量三向切削力和温度，观察前刀面磨损情况，得到最佳微织构陶瓷刀具，从而在保证加工质量的前提下，节约加工成本，为实际应用提供理论依据。

本发明根据已有的参考文献，工件材料的切削切削性能及设备的使用性能，在保证工件表面质量的前提下，减少试验时间，选择了固定的进给量0.102r/min、背吃刀量0.5mm。

实验1：在切削速度为90m/min、120m/min、150m/min、180m/min、和210m/min下，测量无织构、横向织构及纵向织构刀具的切削力和切削温度。

实验2：在切削速度为150m/min条件下，无织构、横向织构及纵向织构刀具分别切削5min，刀具前刀面磨损状况。

试验设备如下:

（1）车床：大连车床厂cde6140c；

（2）测力仪：kistler9129aa测力仪；

（3）测温仪：flir红外热像仪；

（4）edx元素分析设备；

（5）工件：45号钢，硬度小于hrc28；

（6）刀具：以al2o3/tic为基体材料的原位成型微织构自润滑陶瓷刀具，微织构形貌为无织构、横向织构及纵向织构，型号为sngn120408，刀具几何角度为前角γ0=-8°，后角α0=8°，刃倾角λs=0°，主偏角κr=45°，负倒棱角度宽0.2mm，负倒棱角度-20°，刀尖圆弧半径r=0.8mm。

体试验步骤如下：

（1）根据试验1参数进行干切削45号钢试验，在不同的切削速度下测量三种刀具的主切削力、径向力、进给力和切削温度；

（2）根据试验2参数进行干切削45号钢试验，每种刀具切削5min后停止试验，分析三种刀具前刀面fe含量。

试验1中，通过图3、图4、图5和图6发现，横向织构刀具的主切削力、径向力、进给力及切削温度最小，纵向织构次之，无织构刀具最大。

试验2中，通过edx元素化学分析发现，相同区域范围内（覆盖磨损区域），横向织构刀具所含fe元素最少，约占36.52%；纵向织构刀具次之，约占52.19%；无织构刀具最多，约占76.04%。

试验1中切削力和切削温度最小，说明横向织构刀具在切削时，对刀具的损害最小；试验2中横向织构刀具磨损区域内的fe元素最少，说明横向织构刀具的前刀面粘结磨损最小，因此切削过程中横向织构刀具磨损最小，寿命最长。

通过试验结果可以得到，干切削条件下，以al2o3/tic为基体材料的原位成型微织构自润滑陶瓷刀具的最佳微织构形貌是横向织构。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种原位成型不同形貌微织构陶瓷刀具干切削45钢方法，其特征在于：以原位成型法制备纵向织构、横向织构陶瓷刀具，并以同样方法制备的传统无织构刀具为对比试验，探究切削性能，切削参数为:切削速度90‑210m/min，进给速度0.102mm/r，切削深度0.5mm。通过切削实验，以每个刀片切削过程中的切削力、切削温度，以及特定速度下切削5min后前刀面的粘结情况为刀具切削性能评价指标，优选出用于切削45号钢最佳织构形貌的原位成型微织构陶瓷刀具。

技术研发人员：冯益华;张记云;王丽;张文泉;孔雪;田园
受保护的技术使用者：齐鲁工业大学
技术研发日：2017.05.08
技术公布日：2017.07.21