新型電磁強化技術(shù)對銑刀刀粒銑削性能的影響

季文 吳瑤 王恒 董杰祥 袁建強 馬雷

摘 要：本文利用新型電磁強化技術(shù)處理了進口日立JP4020銑刀刀粒，通過磨損量測試和加工壽命測試，研究了其對銑削性能的影響，并從殘余應(yīng)力角度解釋了這一測試結(jié)果產(chǎn)生的原因。結(jié)果表明：電磁強化技術(shù)通過磁脈沖作用下位錯重新分布均勻化，可以降低刀具基體殘余應(yīng)力;在相同銑削工況下，經(jīng)電磁強化處理后刀具平均磨損量降低29.3%，刀具加工壽命提高41%-76%;不同電磁強化工藝對刀具性能的影響規(guī)律，仍需要開展大量銑削實驗進行研究和驗證，以獲得“電磁強化工藝+刀具種類+銑削工藝”的優(yōu)化組合。

關(guān)鍵詞：電磁強化技術(shù);殘余應(yīng)力;磨損量測試;加工壽命測試

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.030

0 前言

在加工和成型過程中，材料會發(fā)生一定的形變或者性能的不均勻化從而導致殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。殘余應(yīng)力的存在通常會影響工件或結(jié)構(gòu)的服役狀況，特別對于脆性開裂、疲勞壽命、耐腐蝕能力、尺寸精度等產(chǎn)生直接和重要的影響[1，2]。通過特定磁場處理方法來改變金屬材料中殘余應(yīng)力的分布，從而極大的提高和改善材料的機械性能是一種新近研究的處理方法。

1 試驗過程

試驗機床為1#斗山臥式銑削加工中心，試驗刀具為日立銑刀刀粒（S/SDNW120420R JP4020），銑削參數(shù)：吃刀深度0.6mm，轉(zhuǎn)速750r/min，走刀4500-5850，冷卻方式為氣冷。銑削試樣為MGF160122-00301，1.2738HH材質(zhì)，硬度HRC 38.9-42。

利用手持式電子顯微鏡測試刀具磨損量。在加工參數(shù)與時長一致時，比較刀具磨損量，評價刀具耐磨性;在加工參數(shù)一致，刀具磨損量較一致時，比較刀具的使用壽命。

利用聚焦離子束掃描電子顯微鏡（FIB-SEM）對刀具進行形貌和能譜分析，具體方法為：先用超聲清洗刀片表面，再用液壓鉗夾開挑選內(nèi)部且形狀較規(guī)整斷口，最后做退磁處理。

利用μ-X360型X射線殘余應(yīng)力分析儀測量刀具殘余應(yīng)力。測試過程共選擇10片新刀具，分別測試其未處理及強化處理后刀具表面殘余應(yīng)力，每個刀具選擇相同的位置，在該位置順時針（或逆時針）依次旋轉(zhuǎn)90°共測試3個不同的方向，每個方向測試5組數(shù)值求其平均值。

2 試驗結(jié)果

2.1 成分及晶粒度測試

掃描電鏡分別在5kx和20kx電鏡下對刀具進行形貌分析和能譜分析（共測2個點）。刀具晶粒大小相對較均勻。能譜分析得出，刀具主要成分為W、Co、C元素，W質(zhì)量分數(shù)為88.40%，Co質(zhì)量分數(shù)為10.17%，該刀具為典型的鎢鈷類硬質(zhì)合金刀具。

2.2 磨損量測試

在相同加工參數(shù)和加工時長下，比較處理前后刀具磨損量的情況。同一批次刀具磨損量測試結(jié)果可以看出：不同編號強化處理后的刀具磨損量均小于未處理刀具;1#～5#刀具磨損量分別降低24.2%、11.9%、44.7%、18.5%、47.2%，平均磨損量降低29.3%。以上數(shù)據(jù)表明，在相同銑削工況下，經(jīng)電磁強化處理后刀具磨損量較小，電磁強化技術(shù)能夠改善刀具性能，進而提高刀具使用壽命。

2.3 加工壽命測試

在相同加工參數(shù)，相近的加工程序（相近加工程序可認為工況一致，如未處理項目編號1中KC25/KC26與強化處理項目1中KC27/KC28）和磨損量的情況下，比較處理前后刀具加工時長，測試共分為3項，并分別進行對比。刀具加工壽命測試結(jié)果如表1所示。

從表中可以看出，3種項目類型強化處理刀具加工時長均大于未處理刀具，且加工時長增加較明顯，分別提升了41.6%、75.9%和59.5%，平均時長增加達到了59.0%。

以上結(jié)果表明，強化處理后刀具加工時長顯著提高，刀具壽命提高41%～76%。因此，電磁強化技術(shù)可以明顯改善刀具性能，延長刀具壽命。

3 分析和討論

在相同加工參數(shù)和加工時長下，相比未處理刀具，電磁強化處理后刀具平均磨損量降低了29.3%;在相同加工參數(shù)和磨損量的情況下，相比未處理刀具，電磁強化處理后刀具平均加工時長增加了59.0%。以上結(jié)果表明，在相同銑削工況下，電磁強化技術(shù)可以較明顯改善刀具性能，提高刀具壽命，從而達到降本增效的目的。

電磁強化技術(shù)主要是通過動態(tài)磁場與金屬等材料的相互作用從而達到改善工件中殘余應(yīng)力分布的新方法，具有高效、便捷、效果顯著而又不會引起組織轉(zhuǎn)變等優(yōu)點[3]。在相同的測試環(huán)境下，相比未處理刀具，強化處理刀具殘余壓應(yīng)力均降低，降低幅度為40～71MPa。從而說明，電磁強化技術(shù)可以降低刀具內(nèi)部殘余應(yīng)力。然而，不同電磁強化工藝對刀具性能的影響規(guī)律，仍需要開展大量銑削實驗進行研究和驗證，以獲得“電磁強化工藝+刀具種類+銑削工藝”的優(yōu)化組合。

4 結(jié)論

（1）在相同銑削工況下，經(jīng)電磁強化處理后刀具磨損量較小，平均磨損量降低29.3%;（2）在相同銑削工況下，強化處理后刀具加工時長顯著提高，刀具壽命提高41%～76%;（3）不同電磁強化工藝對刀具性能的影響規(guī)律，仍需要開展大量銑削實驗進行研究和驗證，以獲得“電磁強化工藝+刀具種類+銑削工藝”的優(yōu)化組合。

參考文獻：

[1]張定銓，何家文.材料中殘余應(yīng)力的X射線衍射分析和作用[M].西安：西安交通大學出版社，1999.

[2]D拉達伊（熊第京，鄭朝云等譯）.焊接熱效應(yīng)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1997.

[3]鹿安理，唐非，羅湘軍等.一種降低殘余應(yīng)力的新方法——脈沖磁處理法[J].中國機械工程，1998，9（04）：40-42.

作者簡介：季文（1991-），女，黑龍江人，碩士，工程師，主要從事焊接及電磁場工藝研發(fā)工作。