拋光涂層麻花鉆加工奧氏體不銹鋼的切削性能研究

羅勝，袁彪，卞玲玲，曾滔，湯愛民，楊志平，裴斐

拋光涂層麻花鉆加工奧氏體不銹鋼的切削性能研究

羅勝1,2，袁彪1,2，卞玲玲1,2，曾滔1,2，湯愛民1,2，楊志平1,2，裴斐1,2

（1.株洲鉆石切削刀具股份有限公司，湖南 株洲 412007；2.硬質(zhì)合金國家重點實驗室，湖南 株洲 412007）

提升普通涂層麻花鉆加工奧氏體不銹鋼的效率。采用刀具基體及涂層前沿拋光處理技術(shù)，按照涂層前拋光及涂層前、后均拋光的不同工藝路線分別制備硬質(zhì)合金麻花鉆，選取制作的2種拋光涂層麻花鉆與未經(jīng)過拋光工藝處理的涂層麻花鉆開展鉆削奧氏體不銹鋼試驗，綜合分析涂層前、后拋光處理工藝對涂層硬質(zhì)合金麻花鉆耐用度、磨損形貌及磨損機理的影響趨勢。涂層硬質(zhì)合金麻花鉆初始表面經(jīng)拋光工藝處理后，槽前刀面粗糙度均值由10.77 μm降低為5.09 μm，降幅達(dá)52.7%，涂層表面質(zhì)量獲得顯著提升。當(dāng)切削工況一致時，涂層前、后均拋光麻花鉆及涂層前拋光麻花鉆的耐用度比未拋光涂層麻花鉆分別提升了150%、106.1%；涂層前、后均拋光麻花鉆的耐用度比涂層前拋光麻花鉆提升了21.3%。未拋光涂層麻花鉆的失效原因為月牙洼磨損、刀尖崩缺及切屑黏結(jié)；涂層前拋光麻花鉆的失效原因為月牙洼、周刃磨粒磨損及涂層脫落；涂層前、后均拋光麻花鉆的失效原因為周刃微崩、涂層脫落及切屑黏結(jié)，損傷程度最輕微。普通涂層麻花鉆基體及涂層表面拋光處理技術(shù)對降低其加工奧氏體不銹鋼的損傷程度、延長切削壽命具有十分顯著的優(yōu)勢，可大幅度提高刀具的綜合性能。

拋光涂層硬質(zhì)合金麻花鉆；奧氏體不銹鋼（1Cr18Ni9Ti）；刀具耐用度；刀具磨損形貌；刀具磨損機理

奧氏體不銹鋼具有抗腐蝕性強、耐熱及耐磨性好、強度高等優(yōu)良特性，主要由鐵、鉻、鎳及鈦等元素構(gòu)成，屬于典型的難加工材料[1-2]。此外，該材料還具有良好的延展性，易于焊接及加工成形，在醫(yī)療、運輸、石化及國防領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[3-4]。作為一種性能優(yōu)異的金屬材料，在工業(yè)生產(chǎn)中大量使用的同時，也對現(xiàn)有的切削刀具及制造裝備提出了較大的挑戰(zhàn)。由于奧氏體不銹鋼的韌性及塑性高、可加工性差，在制造時通常會生成較大的切削力及大量的切削熱[5-6]，該過程會促使工件材料軟化，加劇斷屑困難現(xiàn)象，增大刀具與切屑材料之間黏結(jié)磨損（積屑瘤）及擴散磨損的發(fā)生幾率，同時也引起加工區(qū)域材料硬化率上升，致使刀具磨損程度增大，并嚴(yán)重影響工件制造精度[7-9]。

為改善奧氏體不銹鋼的低效率切削現(xiàn)狀，提升材料加工性，國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者均針對其加工難點開展了廣泛研究。Dolinek[10]全面分析了奧氏體不銹鋼加工硬化現(xiàn)象的產(chǎn)生機理及影響，并對加工區(qū)域工件材料向切屑的轉(zhuǎn)化過程進(jìn)行了系統(tǒng)研究，建立了切屑形成模型。Sultan等[11]利用MQL冷卻工況，分別選取TiAlN及TiSiN 2種涂層材料鉆頭進(jìn)行奧氏體不銹鋼加工試驗，發(fā)現(xiàn)TiSiN涂層材質(zhì)鉆頭的耐用度更高。Wang等[12]分別采用TiN、TiAlN 2類高性能物質(zhì)沉積于刀具表面，制作具有自潤滑性能的麻花鉆，并在無冷卻液工況下與未涂層鉆頭開展了鉆削奧氏體不銹鋼試驗，發(fā)現(xiàn)TiAlN自潤滑涂層鉆頭的切削壽命及加工孔壁質(zhì)量均優(yōu)于其他2類麻花鉆。Arif等[13-14]綜合分析了奧氏體不銹鋼鉆削過程中工件材料應(yīng)變硬化率、切削力及切屑的形成過程，并對鉆尖刃口結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)切削刃圓化過大時，加工阻力大幅度提升，斷屑更困難，并且工件層的硬化率也相應(yīng)上升。Hao等[15]使用納米織構(gòu)、微織構(gòu)及無織構(gòu)硬質(zhì)合金刀具對加工不銹鋼過程中刀具的切削性能及摩擦機理進(jìn)行了試驗研究。結(jié)果顯示，在MQL潤滑工況下，微/納米溝槽可減輕刀具前刀面的阻力，促進(jìn)切削熱擴散，并改善加工區(qū)域劇烈擠壓、摩擦的狀態(tài)。He等[16]為優(yōu)選適于加工奧氏體不銹鋼的刀具基體與涂層，深入分析了采用PVD、CVD方法沉積涂層的3種高性能刀具的使用狀況。結(jié)果顯示，含TiC的硬質(zhì)基體與化學(xué)沉積法搭配可增大材料斷裂強度，顯著提升刀具的壽命。姜超[17]利用前刀面制備溝槽的刀具開展了奧氏體不銹鋼對比加工試驗。結(jié)果顯示，前刀面溝槽可有效改善工件與刀具的加工狀態(tài)，延緩刀具磨損速率。王進(jìn)[18]在低溫及MQL工況下，研究了刀具加工奧氏體不銹鋼的失效形式及工件表面完整性。結(jié)果顯示，低溫條件下冷卻介質(zhì)能有效減輕工件材料的黏結(jié)程度，并提升工件表面質(zhì)量。

綜合上述研究現(xiàn)狀可知，相關(guān)學(xué)者研究不銹鋼加工領(lǐng)域的重點主要集中在優(yōu)化斷屑性能、改善切削區(qū)域刀-屑摩擦狀態(tài)及降低化學(xué)磨損程度、促進(jìn)切削熱量擴散等方面，具體措施包括采用紅硬性好的硬質(zhì)合金基體、優(yōu)選耐磨性及熱穩(wěn)定性良好的表面涂層、改善麻花鉆刃口結(jié)構(gòu)、織構(gòu)化刀具前刀面、低溫或MQL加工等方法，而關(guān)于使用高表面質(zhì)量涂層麻花鉆加工奧氏體不銹鋼的研究較少。相關(guān)研究表明[19-21]：優(yōu)質(zhì)的表面拋光處理工藝對于延緩加工過程中刀具的磨損、改善刀-屑接觸區(qū)域的切削狀態(tài)具有較大的積極作用，表面質(zhì)量高的刀具可促進(jìn)加工區(qū)域切屑排出，降低刀-屑接觸表面的摩擦因數(shù)，延長刀具耐用度。

為提升奧氏體不銹鋼鉆孔加工的效率，改善普通涂層硬質(zhì)合金麻花鉆的切削性能，本研究采用刀具基體及涂層前沿表面拋光處理技術(shù)，分別按照涂層前拋光及涂層前、后均拋光的不同工藝路線制備測試刀具。選取上述2種不同拋光涂層處理的試驗刀具與未經(jīng)過拋光工藝處理的涂層硬質(zhì)合金麻花鉆開展鉆削奧氏體不銹鋼試驗，對比涂層前、后拋光處理工藝對涂層硬質(zhì)合金麻花鉆耐用度、磨損形貌及磨損機理的影響趨勢，為工業(yè)生產(chǎn)中奧氏體不銹鋼的制造提供一定的實踐指導(dǎo)。

1 試驗

1.1 工件力學(xué)性能信息及涂層表面質(zhì)量對比

試驗材料選用的不銹鋼類型為1Cr18Ni9Ti，屬于奧氏體熱強鋼，在國民制造領(lǐng)域廣泛使用。材料性能參數(shù)為：抗拉強度b≥520 MPa，屈服強度s≥200 MPa，伸長率5≥40%。主要元素構(gòu)成如表1所示。

樣刀選用株洲鉆石切削刀具股份有限公司新推出的UD05C-0600新型內(nèi)冷麻花鉆（超細(xì)晶粒刀具材質(zhì)，90%WC+10%Co，質(zhì)量分?jǐn)?shù)），刀具規(guī)格為6×44×6×82，螺旋角為30°，并搭配高性能復(fù)合涂層，其物質(zhì)分布及厚度如圖1b所示。涂層麻花鉆制備完成后，首先采用掃描電鏡（SEM）分別對拋光前、后刀具涂層表面放大1 000倍進(jìn)行觀測，如圖1a、圖1c所示；然后選取激光電子顯微鏡對麻花鉆槽前刀面粗糙度進(jìn)行測量及表面輪廓三維合成，如圖1d、圖1e所示。結(jié)果顯示：刀具涂層表面不規(guī)則劃痕及涂層過程中殘留液滴脫落后所造成的微觀孔隙等缺陷均被大幅度清除，槽前刀面的平均粗糙度由10.77 μm降低為5.09 μm，降低幅度達(dá)52.7%，涂層表面質(zhì)量顯著提升。

表1 工件材料的主要元素構(gòu)成

Tab.1 Main element composition of workpiece material　wt.%

圖1 拋光前、后涂層綜合質(zhì)量對比及復(fù)合涂層物質(zhì)分布

1.2 方案

為保證研究因素的一致性，本試驗采用相同硬質(zhì)合金基材與涂層制備而成的3種涂層麻花鉆開展加工1Cr18Ni9Ti不銹鋼對比測試。按照難加工材料切削要求[6]，設(shè)定鉆頭第一后刀面磨損量大于0.2 mm或切削刃發(fā)生崩缺作為失效標(biāo)準(zhǔn)，試驗參數(shù)為：=5 000 r/min，=0.12 mm/r，=30 mm。測試設(shè)備為MIKRON UCP1000加工中心，采用內(nèi)冷工況下盲孔鉆削方式，刀具實物如圖2所示。試驗時加工相同數(shù)量的孔后，使用HiROX型顯微鏡觀測鉆尖第一后刀面的磨損量，分析不同類型麻花鉆后刀面磨損量隨加工長度的演變趨勢。最后采用SEM及EDS研究上述麻花鉆的失效形貌及機理，綜合對比拋光處理工藝對涂層麻花鉆加工過程中耐用度及磨損形式的影響規(guī)律。

圖2 涂層前、后均拋光麻花鉆

2 結(jié)果與分析

2.1 涂層麻花鉆的耐用度分析

在試驗初始階段，當(dāng)切削長度達(dá)到18.63 m時，3種刀具鉆尖后刀面便出現(xiàn)了不同程度的磨損，涂層前、后均拋光鉆頭及涂層前拋光鉆頭的磨損程度較為輕微，鉆尖后刀面磨損量分別為64.7、75.5 μm，而未經(jīng)拋光處理的涂層鉆頭磨損量則為167.5 μm，與前2種鉆頭相差懸殊，如圖3所示。隨著試驗的繼續(xù)進(jìn)行，未經(jīng)拋光處理的涂層鉆頭在切削長度達(dá)到37.26 m后，因鉆尖后刀面磨損量達(dá)到208.01 μm而失效，此時涂層前、后均拋光鉆頭及涂層前拋光鉆頭后刀面的磨損量僅分別為106.9、100.2 μm。相較之下，在該單位切削區(qū)間內(nèi)，涂層前、后均拋光鉆頭及涂層前拋光鉆頭的磨損量分別比未拋光涂層鉆頭降低了48.6%、51.8%。隨著試驗的持續(xù)進(jìn)行，由于奧氏體不銹鋼的材料特性，鉆削時槽前刀面與工件材料之間的擠壓進(jìn)一步加劇，致使黏結(jié)的切屑顯著增加，同時工件材料的應(yīng)變硬化程度也逐步提升，該過程會極大程度地加劇刀具切削刃及后刀面的磨損[22-23]，因此2種經(jīng)過拋光工藝處理的涂層鉆頭磨損速率也逐漸加快，但涂層前、后均拋光鉆頭的磨損速率明顯低于涂層前拋光鉆頭。在切削長度達(dá)到76.8 m時，涂層前拋光鉆頭因刀尖區(qū)域劇烈磨損而失效，而涂層前、后均拋光鉆頭則在切削長度達(dá)到93.15 m后才因周刃微崩而失效。

經(jīng)過對上述3種涂層鉆頭磨損量及切削壽命的變化趨勢進(jìn)行分析，可知涂層前、后均拋光鉆頭及涂層前拋光鉆頭單位切削區(qū)間內(nèi)的磨損量均小于未拋光涂層鉆頭，涂層前、后均拋光鉆頭及涂層前拋光鉆頭的耐用度分別比未拋光涂層鉆頭提升了150%、106.1%，涂層前、后均拋光鉆頭的耐用度比涂層前拋光鉆頭提升了21.3%。試驗分析表明，拋光處理技術(shù)對普通涂層硬質(zhì)合金麻花鉆加工不銹鋼過程中磨損速率的降低、耐用度的提升具有較好的促進(jìn)作用。

圖3 鉆頭第一后刀面磨損量的變化趨勢

2.2 涂層麻花鉆的磨損狀態(tài)分析

2.2.1 未拋光涂層麻花鉆的磨損狀態(tài)分析

未拋光涂層麻花鉆的失效原因為刀尖區(qū)域大面積月牙洼磨損、刀尖崩缺及切屑黏結(jié)，如圖4a所示。月牙洼、工件材料黏結(jié)是刀具加工奧氏體不銹鋼的兩種顯著損傷形式，其中前刀面月牙洼的產(chǎn)生原因較為復(fù)雜，通常是由于加工區(qū)域產(chǎn)生的氧化、黏結(jié)及擴散磨損等多種因素相互作用的結(jié)果[24]。黏結(jié)磨損則是由于鉆削加工時，刀-屑接觸界面產(chǎn)生的高溫促使切屑軟化，同時又由于奧氏體不銹鋼強度、韌性高，斷屑困難，大量切屑堆疊在刀尖區(qū)域所致[8]。此外，綜合圖4b、圖4d磨損形貌及元素分析可知，C區(qū)發(fā)現(xiàn)了麻花鉆刀具基體W、C、Co元素，不銹鋼工件成分Cr、Fe，而沒有發(fā)現(xiàn)涂層元素Al、N，表明該區(qū)域在加工時，由于切屑流出與刀具表面的劇烈摩擦已致使涂層脫落，同時鑒于該檢測區(qū)域無明顯切屑黏結(jié)，可推斷該區(qū)域在涂層脫落后可能還發(fā)生了擴散磨損。結(jié)合圖4c、圖4e磨損形貌及能譜分析可知，D區(qū)檢測結(jié)果主要以不銹鋼工件元素為主，可確認(rèn)該區(qū)域發(fā)生大面積切屑黏結(jié)，但還發(fā)現(xiàn)該部位有較高含量的O元素，說明鉆削奧氏體不銹鋼雖然為半封閉工況，但未能及時擴散的熱量還是會造成工件或鉆尖產(chǎn)生氧化現(xiàn)象。

2.2.2 涂層前拋光麻花鉆的磨損狀態(tài)分析

涂層前拋光麻花鉆的失效原因為較大面積月牙洼、周刃磨粒磨損及涂層脫落，如圖5a所示。在奧氏體不銹鋼鉆削過程中，加工區(qū)域的高溫、高壓極易引起黏結(jié)磨損/月牙洼磨損的形成，同時大量黏結(jié)的工件材料會導(dǎo)致積屑瘤的產(chǎn)生，由于積屑瘤的穩(wěn)定性差，脫落后通常會形成硬質(zhì)點，致使鉆尖主切削刃及后刀面發(fā)生溝槽磨損[25-26]。而槽前刀面部位月牙洼凹坑形成后，麻花鉆內(nèi)部新的基體顆粒與切屑在流出時直接發(fā)生劇烈摩擦，該過程循環(huán)往復(fù)將導(dǎo)致鉆尖基體顆粒脫落，增大其損傷程度。綜合圖5b、圖5d磨損形貌及能譜分析可知，E區(qū)除了發(fā)現(xiàn)涂層大量脫落外，還發(fā)現(xiàn)刀具基體由于工件材料附著引起的黏結(jié)層裂紋及片狀脫落，同時結(jié)合G區(qū)檢測數(shù)據(jù)，不僅發(fā)現(xiàn)了麻花鉆基材元素及不銹鋼工件成分，還檢測到O元素，表明該區(qū)域發(fā)生了涂層脫落、擴散磨損及氧化磨損。由于E區(qū)位于月牙洼凹坑的邊緣，結(jié)合該區(qū)域刀具表面磨損形貌，可推斷該處為黏結(jié)磨損向月牙洼磨損的過渡階段。若鉆削繼續(xù)進(jìn)行，產(chǎn)生裂紋的工件黏結(jié)層在后續(xù)切削中會大概率掉落，進(jìn)而加劇月牙洼磨損程度。結(jié)合圖5c、圖5e磨損形貌及能譜分析可知，H區(qū)檢測到了大量的硬質(zhì)合金、涂層、工件元素及O元素，結(jié)合F區(qū)表面磨損形貌，可推斷該區(qū)域涂層正處于脫落的臨界狀態(tài)，在發(fā)生了氧化磨損的同時，還可能發(fā)生了黏結(jié)磨損或擴散磨損。由涂層前拋光麻花鉆的磨損形貌及磨損機理對比分析可知，雖然失效形式與未拋光涂層麻花鉆相近，但槽前刀面月牙洼凹坑大小及粘屑程度顯著降低，說明麻花鉆經(jīng)拋光工藝處理后，有利于切屑流出，并減輕刀具損傷程度。

圖4 未拋光涂層麻花鉆的磨損狀態(tài)

圖5 涂層前拋光麻花鉆的磨損狀態(tài)

2.2.3 涂層前、后均拋光麻花鉆的磨損狀態(tài)分析

涂層前、后均拋光麻花鉆的主要失效原因為周刃刀尖區(qū)域微崩、涂層脫落及切屑黏結(jié)，磨損形式較前2種涂層麻花鉆少，并且損傷程度也更輕微，如圖6a所示。結(jié)合圖6b、圖6d磨損形貌與能譜分析可知，該部位僅發(fā)生了較輕微的切屑黏結(jié)，K區(qū)能譜顯示檢測到大量麻花鉆基體及工件材料元素成分，但無明顯切屑?xì)埩?，表明該部位涂層已?jīng)脫落，可能存在黏結(jié)或擴散磨損。結(jié)合圖6c、圖6e磨損形貌及能譜分析可知，J區(qū)周刃部位產(chǎn)生了工件材料層裂紋，若黏結(jié)層脫落，將會導(dǎo)致麻花鉆崩刃或切削刃基體材料撕裂；而L區(qū)能譜分析顯示，該區(qū)域檢測到的結(jié)果均為PVD涂層元素，表明該部位涂層尚存在，沒有完全脫落。通過涂層前、后均拋光麻花鉆的磨損狀態(tài)分析顯示：月牙洼、氧化磨損及刀具基體材料層片狀脫落等惡劣損傷形式不是其主要失效原因，該結(jié)果進(jìn)一步驗證了硬質(zhì)合金麻花鉆基體及涂層經(jīng)拋光工藝處理后，能有效促進(jìn)鉆削過程中切屑的流出及切屑熱的擴散[21]，大幅度減少切削區(qū)域發(fā)生氧化、黏結(jié)及月牙洼磨損的幾率，顯著提升涂層麻花鉆加工奧氏體不銹鋼的切削性能。

圖6 涂層前、后均拋光麻花鉆的磨損狀態(tài)

綜合上述3類涂層麻花鉆加工奧氏體不銹鋼的磨損狀態(tài)分析可知：相較于未拋光涂層麻花鉆、涂層前拋光麻花鉆，涂層前、后均拋光麻花鉆的綜合性能得到了大幅度提升，不僅無月牙洼磨損形式，而且工件材料黏結(jié)、涂層脫落損傷程度也顯著降低；同時鑒于涂層前拋光麻花鉆的月牙洼磨損、粘屑程度也均比未拋光涂層麻花鉆輕微，表明針對奧氏體不銹鋼等難加工材料的鉆削加工領(lǐng)域，硬質(zhì)合金刀具基體及涂層拋光處理技術(shù)對延長普通涂層麻花鉆耐用度、改善其綜合性能的優(yōu)勢較為顯著。

3 結(jié)論

1）普通麻花鉆涂層表面經(jīng)拋光工藝處理后，不規(guī)則劃痕及涂層過程中殘留液滴脫落后所造成的微觀孔隙等缺陷均被大量清除，槽前刀面的平均粗糙度由10.77 μm降低為5.09 μm，降幅達(dá)52.7%。

2）在相同切削工況下，經(jīng)過拋光工藝處理的涂層麻花鉆單位切削區(qū)間內(nèi)的磨損量均小于未拋光涂層麻花鉆；涂層前、后均拋光麻花鉆及涂層前拋光麻花鉆的耐用度比未拋光涂層麻花鉆分別提升了150%、106.1%；涂層前、后均拋光麻花鉆的耐用度比涂層前拋光麻花鉆提升了21.3%。

3）未拋光涂層麻花鉆的失效原因為月牙洼磨損、刀尖崩缺及切屑黏結(jié)。涂層前拋光麻花鉆的失效原因為月牙洼、周刃磨粒磨損及涂層脫落，但損傷程度較前者輕微。涂層前、后均拋光麻花鉆的主要失效原因為周刃微崩、涂層脫落及輕微切屑黏結(jié)，無其他惡劣磨損形式，磨損程度最輕微。

[1] 梁劍雄, 劉振寶, 楊志勇. 高強不銹鋼的發(fā)展與應(yīng)用技術(shù)[J]. 宇航材料工藝, 2013, 43(3): 1-11.

LIANG Jian-xiong, LIU Zhen-bao, YANG Zhi-yong. Development and Application of High Strength Stainless Steel[J]. Aerospace Materials & Technology, 2013, 43(3): 1-11.

[2] 劉振寶, 梁劍雄, 蘇杰, 等. 高強度不銹鋼的研究及發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 金屬學(xué)報, 2020, 56(4): 549-557.

LIU Zhen-bao, LIANG Jian-xiong, SU Jie, et al. Research and Application Progress in Ultra-High Strength Stainless Steel[J]. Acta Metallurgica Sinica, 2020, 56(4): 549-557.

[3] 王元清, 袁煥鑫, 石永久, 等. 不銹鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和研究現(xiàn)狀[J]. 鋼結(jié)構(gòu), 2010, 25(2): 1-12.

WANG Yuan-qing, YUAN Huan-xin, SHI Yong-jiu, et al. A Review of Current Applications and Research of Stainless Steel Structure[J]. Steel Construction, 2010, 25(2): 1-12.

[4] 王耘濤, 布茂東. 低鎳和無鎳奧氏體不銹鋼的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展[J]. 金屬熱處理, 2013, 38(1): 15-20.

WANG Yun-tao, BU Mao-dong. Present Research and Progress on Low-Nickel and Nickel-Free Austenitic Stai-n-less Steels[J]. Heat Treatment of Metals, 2013, 38(1): 15-20.

[5] 李學(xué)崑, 陳澤彪, 陳明, 等. 涂層鉆頭加工不銹鋼磨損機理研究[J]. 中國機械工程, 2006, 17(4): 354-357.

LI Xue-kun, CHEN Ze-biao, CHEN Ming, et al. Research on Wear Mechanism of Coated HSS Drills during Machi-ning Stainless Steel[J]. China Mechanical Engineering, 2006, 17(4): 354-357.

[6] 鄭文虎. 難切削材料加工技術(shù)[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2008.

ZHENG Wen-hu. Machining Technology of Hard Cutting Materials[M]. Beijing: National Defense Industry Press, 2008.

[7] NAYAK S K, PATRO J K, DEWANGAN S, et al. Multi- Objective Optimization of Machining Parameters during Dry Turning of AISI 304 Austenitic Stainless Steel Using Grey Relational Analysis[J]. Procedia Materials Science, 2014, 6: 701-708.

[8] DINIZ A E, MACHADO á R, CORRêA J G. Tool Wear Mechanisms in the Machining of Steels and Stainless Steels[J]. The International Journal of Advanced Manu-fac-turing Technology, 2016, 87(9-12): 3157-3168.

[9] CORRêA J G, SCHROETER R B, MACHADO á R. Tool Life and Wear Mechanism Analysis of Carbide Tools Used in the Machining of Martensitic and Supermar-ten-sitic Stainless Steels[J]. Tribology International, 2017, 105: 102-117.

[10] DOLIN?EK S. Work-Hardening in the Drilling of Austenitic Stainless Steels[J]. Journal of Materials Processing Tech-no-logy, 2003, 133(1-2): 63-70.

[11] SULTAN A Z, SHARIF S, NOR F M, et al. Minimum Quantity of Lubricant Drilling of Stainless Steel Using Refined Palm Olein: Effect of Coating Tool on Surface Roughness and Tool Wear[J]. Procedia Manufacturing, 2019, 30: 427-434.

[12] WANG Tao, ZHANG Jia, LI Yan, et al. Self-Lubricating TiN/MoN and TiAlN/MoN Nano-Multilayer Coatings for Drilling of Austenitic Stainless Steel[J]. Ceramics Inter-national, 2019, 45(18): 24248-24253.

[13] ARIF R, FROMENTIN G, ROSSI F, et al. Mechanical Analysis of Local Cutting Forces and Transient State when Drilling of Heat-Resistant Austenitic Stainless Steel[J]. The International Journal of Advanced Manufac-turing Technology, 2019, 104(5-8): 2247-2258.

[14] ARIF R, FROMENTIN G, ROSSI F, et al. Investigations on Drilling Performance of High Resistant Austenitic Stainless Steel[J]. Journal of Manufacturing Processes, 2020, 56: 856-866.

[15] HAO Xiu-qing, LI Han-long, YANG Yin-fei, et al. Experiment on Cutting Performance of Textured Cemented Carbide Tools with Various Wettability Levels[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Techno-logy, 2019, 103(1-4): 757-768.

[16] HE Q, PAIVA J M, KOHLSCHEEN J, et al. An Integra-tive Approach to Coating/Carbide Substrate Design of CVD and PVD Coated Cutting Tools during the Machi-ning of Austenitic Stainless Steel[J]. Ceramics Internatio-nal, 2020, 46(4): 5149-5158.

[17] 姜超. 微織構(gòu)AlCrN涂層刀具的制備與性能研究[D]. 濟南: 山東大學(xué), 2017.

JIANG Chao. Fabrication and Properties of Textured Tools Deposited with AlCrN Coatings[D]. Jinan: Shandong Uni-versity, 2017.

[18] 王進(jìn). 低溫微量潤滑車削304不銹鋼的加工性能及參數(shù)優(yōu)化研究[D]. 成都: 成都理工大學(xué), 2019.

WANG Jin. Study on Machining Performance and Para-meter Optimization of Low Temperature Micro Lubrica-tion Turning 304 Stainless Steel[D]. Chengdu: Chengdu University of Technology, 2019.

[19] YAMAGUCHI H, HENDERSHOT P, PAVEL R, et al. Polishing of Uncoated Cutting Tool Surfaces for Extended Tool Life in Turning of Ti-6Al-4V[J]. Journal of Manu-facturing Processes, 2016, 24: 355-360.

[20] 胡自化, 袁彪, 秦長江, 等. 拋光涂層硬質(zhì)合金刀片加工鈦合金的耐用度分析[J]. 表面技術(shù), 2018, 47(3): 127-134.

HU Zi-hua, YUAN Biao, QIN Chang-jiang, et al. Durabi-lity Analysis of Polished and Coated Cemented Carbide Inserts in Cutting TC4 Titanium Alloy[J]. Surface Tech-nology, 2018, 47(3): 127-134.

[21] HU Zi-hua, QIN Chang-jiang, CHEN Z C, et al. Experi-mental Study of Chemical Mechanical Polishing of the Final Surfaces of Cemented Carbide Inserts for Effective Cutting Austenitic Stainless Steel[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2018, 95(9-12): 4129-4140.

[22] DINIZ A E, MICARONI R, HASSUI A. Evaluating the Effect of Coolant Pressure and Flow Rate on Tool Wear and Tool Life in the Steel Turning Operation[J]. The Inter-na-tio-nal Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2010, 50(9-12): 1125-1133.

[23] NASCIMENTO ROSA S, DINIZ A E, NEVES D, et al. Analysis of the Life of Cemented Carbide Drills with Modified Surfaces[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2014, 71(9-12): 2125-2136.

[24] 朱振國. 涂層刀具切削奧氏體不銹鋼的磨損機理研究[D]. 合肥: 合肥工業(yè)大學(xué), 2012.

ZHU Zhen-guo. Study on Wear Mechanism of Coated Tools when Cutting Austenitic Stainless Steel[D]. Hefei: Hefei University of Technology, 2012.

[25] OLIVEIRA JUNIOR C A, DINIZ A E, BERTAZZOLI R. Correlating Tool Wear, Surface Roughness and Corrosion Resistance in the Turning Process of Super Duplex Stain-less Steel[J]. Journal of the Brazilian Society of Mecha-nical Sciences and Engineering, 2014, 36(4): 775-785.

[26] DE MELO A C A, MILAN J C G, DA SILVA M B, et al. Some Observations on Wear and Damages in Cemented Carbide Tools[J]. Journal of the Brazilian Society of Mech-anical Sciences and Engineering, 2006, 28(3): 269-277.

Cutting Performance of Polished and Coated Twist Drill for Machining Austenitic Stainless Steel

1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2,1,2

(1. Zhuzhou Cemented Carbide Cutting Tools Co., Ltd., Hunan Zhuzhou 412007, China; 2. State Key Laboratory of Cemented Carbide, Hunan Zhuzhou 412007, China)

This work aims to improve the cutting efficiency of coated twist drill for machining austenitic stainless steel. According to different process routes of polishing before coated and polishing before and after coated, the advanced polishing technology of tool substrate and coating was adopted to prepare carbide twist drill. Then, two kinds of the polished and coated twist drills and the coated twist drill which untreated by polishing process were selected to drill austenitic stainless steel, and the influence of the polishing technology before and after coated on the durability, wear morphology and wear mechanism of coated carbide twist drill were analyzed. After the initial surface of the coated carbide twist drill was polished, the average surface roughness of the flute rake face decreased from 10.77 μm to 5.09 μm, and the reduction range reached 52.7%, and the surface quality of the coating was significantly improved. When given the same cutting condition, the durability of twist drill was polished before and after coated and twist drill was polished before coated was 150% and 106.1% higher than that of unpolished twist drill respectively, and the durability of twist drill was polished before and after coated was 21.3% higher than that of twist drill was polished before coated. The failure causes of unpolished coated twist drill were crater wear, tip chipping and chip adhesion. The failure causes of twist drill was polished before coated were crater wear, notch wear around the cutting edge and coating peeling off. The failure causes of twist drill was polished before and after coated were micro chipping, coating peeling off and chip adhesion, and the damage degree of it was the least of all. The polishing technology of tool substrate and coating surface of the common coated twist drill has remarkable advantages in reducing the damage degree of machining austenitic stainless steel and prolonging its cutting life, which can greatly improve the comprehensive performance of the tool.

polished and coated carbide twist drill; austenitic stainless steel (1Cr18Ni9Ti); tool durability; tool wear morphology; tool wear mechanism

TG506

A

1001-3660(2022)04-0292-07

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.04.030

2021-05-17；

2021-07-26

2021-05-17；

2021-07-26

國家科技重大專項（2018ZX04041001）

Supported by the National Science and Technology Major Projects of China (2018ZX04041001)

羅勝（1982—），男，碩士，高級工程師，主要研究方向為精密刀具研發(fā)與應(yīng)用。

LUO Sheng (1982—), Male, Master, Senior engineer, Research focus: research and application of precise cutting tool.

袁彪（1993—），男，碩士，工程師，主要研究方向為先進(jìn)制造技術(shù)與刀具。

YUAN Biao (1993—), Male, Master, Engineer, Research focus: advanced manufacturing technology and cutting tool.

羅勝, 袁彪, 卞玲玲, 等. 拋光涂層麻花鉆加工奧氏體不銹鋼的切削性能研究[J]. 表面技術(shù), 2022, 51(4): 292-298.

LUO Sheng, YUAN Biao, BIAN Ling-ling, et al. Cutting Performance of Polished and Coated Twist Drill for Machining Austenitic Stainless Steel[J]. Surface Technology, 2022, 51(4): 292-298.

責(zé)任編輯：萬長清