352100 寧德師范學(xué)院物理與電氣工程系 福建 寧德|神會(huì)存 肖順根 賴聯(lián)鋒
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0Cr18Ni9不銹鋼的切削加工性能
352100 寧德師范學(xué)院物理與電氣工程系 福建 寧德|神會(huì)存 肖順根 賴聯(lián)鋒
利用硬質(zhì)合金刀具,對(duì)奧氏體不銹鋼0Cr18Ni9進(jìn)行了車削加工實(shí)驗(yàn)研究。討論了車削速度對(duì)刀具磨損及工件表面粗糙度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著切削速度的增大,刀具后刀面磨損及工件表面粗糙度均減小。給出了切削速度與刀具磨損、切削速度與表面粗糙度的關(guān)系曲線。關(guān)鍵詞:0Cr18Ni9不銹鋼;切削速度;刀具磨損;表面粗糙度
奧氏體不銹鋼0Cr18Ni9具有較高的加工硬化率及較低的導(dǎo)熱系數(shù)[1],常用來加工制作對(duì)抗腐蝕性有較高要求的機(jī)械零部件。由于具有高強(qiáng)度、高加工硬化率、低導(dǎo)熱性,奧氏體不銹鋼可加工性遠(yuǎn)不如碳鋼及低合金鋼。加工奧氏體不銹鋼時(shí)經(jīng)常遇到的問題是較差的表面質(zhì)量與較高的刀具磨損。本文對(duì)車削加工奧氏體不銹鋼0Cr18Ni9時(shí)切削速度與刀具磨損及工件表面粗糙度之間的關(guān)系進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。
實(shí)驗(yàn)加工工件材料為0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼。實(shí)驗(yàn)采用沈陽機(jī)床廠生產(chǎn)的CA6140A普通車床。試樣為棒料,長(zhǎng)度300mm,直徑50mm。加工方式為單刃外圓切削。
車削實(shí)驗(yàn)采用干式切削,所用刀具材料為涂層(TiC, TiCN,Al2O3, TiN)硬質(zhì)合金。切削速度分別取63,99,126和157m/ min。進(jìn)給量和切削深度保持不變,分別為0.23mm/轉(zhuǎn)和1.5mm。刀具磨損和刀-屑接觸長(zhǎng)度利用立體顯微鏡在前刀面上進(jìn)行測(cè)量,工件表面粗糙度利用便攜式Mahr M2 粗糙度儀測(cè)量。刀具壽命的判別標(biāo)準(zhǔn)是后刀面磨損VB值為0.3mm。
實(shí)驗(yàn)采用切削參數(shù)如下:切削速度分別為63,99,126和157m/min,進(jìn)給量和切削深度分別為0.23mm/轉(zhuǎn)和1.5mm。
a后刀面磨損
圖1給出了切削0Cr18Ni9 奧氏體不銹鋼實(shí)驗(yàn)所得后刀面磨損VB值曲線。刀具磨損隨切削速度的增大而減小。但實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),當(dāng)切削速度達(dá)到157m/min時(shí),刀具磨損開始增加。
圖1 后刀面磨損與切削速度的關(guān)系
切削速度小時(shí),刀具表現(xiàn)出較差的性能。金屬切削時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的切削熱,由于0Cr18Ni9 不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)小,加工這種材料時(shí),切削熱不能得到及時(shí)消散。實(shí)驗(yàn)觀察可得,切削速度為63m/min時(shí),切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度最長(zhǎng)。切削速度小時(shí),切屑流動(dòng)速度慢,從而增加了切屑與前刀面的接觸時(shí)間。此時(shí),切屑溫度高,切屑與刀具的接觸時(shí)間長(zhǎng),切屑到刀具的熱傳導(dǎo)會(huì)引起刀具的熱軟化。這種現(xiàn)象會(huì)降低刀具的抗磨損能力。
b表面粗糙度
圖2 表面粗糙度與切削速度的關(guān)系
三種切削速度加工所得平均表面粗糙度Ra示于圖2。隨著切削速度的增加,工件表面狀況得到改善(由表面粗糙度Ra反映出)。
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),表面粗糙度Ra的值也是隨著切削速度的提高而減小。眾所周知,機(jī)械加工時(shí)的切屑類型對(duì)最終的加工表面質(zhì)量有重要影響。切削速度較低時(shí),切屑受切削熱影響較大,易在刀具上形成積屑瘤,導(dǎo)致工件表面光潔度較差,嚴(yán)重影響加工表面質(zhì)量。這也是增大切削速度有利于改善加工表面質(zhì)量的原因之一。當(dāng)切削加工高塑性材料時(shí),這種情況更為明顯。
由本文研究可得出下述結(jié)論:
用普通車床車削加工奧氏體不銹鋼0Cr18Ni9時(shí),切削速度較小時(shí),刀具后刀面磨損較嚴(yán)重。這是由于切削速度小時(shí)切削熱不能得到有效消散,刀具受到切削熱的嚴(yán)重影響發(fā)生熱軟化。
工件表面粗糙度Ra隨切削速度的增大而減小。這歸因于切削速度較小時(shí)積屑瘤的產(chǎn)生。切削速度較小時(shí)切屑厚度的非均勻分布表明切削力有變化,而切削力的波動(dòng)也是加工表面質(zhì)量差的原因之一。
神會(huì)存(1963-),男,山東人,教授/博士,主要研究方向:數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造。
福建省教育廳科技項(xiàng)目(JA14327)、寧德市科技計(jì)劃項(xiàng)目(20140178)、寧德師范學(xué)院校級(jí)課題(2013F28)資助。