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穩(wěn)定性而廣泛應用于切削刀具;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的難題。聚晶立方氮化硼(簡稱PCBN)刀具具有硬度高、化學惰性良好而穩(wěn)定等優(yōu)點，其在加工高硬度材料方面具有明顯的優(yōu)勢，如何正確應用PCBN刀具切削鐵基粉末冶金件以實現(xiàn)其價值最大化顯得尤為重要。本文在概述刀具材料發(fā)展的基礎上針對這些問

2、題進行了以下實驗研究:
　　(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TiC粉末粒度提高Ti(C，N)基金屬陶瓷材料強韌性的機制進行了分析研究。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化，抗彎強度和硬度更高，但微米TiC原始粉末制備的金屬陶瓷中

3、粘結相平均自由程較大，從而韌性高。
　　(2)在測試這兩組Ti(C，N)基金屬陶瓷刀具材料的機械力學性能時，用自制的刀具進行實際切削實驗，切削實驗結果表明:Ti(C，N)基金屬陶瓷刀具切削正火態(tài)45號鋼時，后角α=5°的刀具耐用度最好，刀具的使用壽命最長;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。對Ti(C，N)基金屬陶瓷刀具的磨損形態(tài)和磨損機理進行了進一步的分析研究得出兩種金屬陶瓷刀具的磨損機

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、粘結磨損、擴散磨損和氧化磨損四種磨損形式，其中主要磨損形式是擴散磨損和氧化磨損。
　　(3)利用大型商業(yè)有限元仿真軟件Abaqus對正交金屬切削過程進行建模和數(shù)值仿真計算;借助仿真模型研究前角和切削速度對切削過程的影響，分析復雜的切削過程，并且利用切削試驗，對切削力和剪切角兩個重要仿真參數(shù)進行了驗證。仿真技術更直觀的揭示了切削狀態(tài);為制備工業(yè)上實用的高性能的材料刀具提供了實驗和理

5、論上的指導;為新刀具的開發(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)動機氣門座圈的實驗研究。得出了以下結論:V581鐵基粉末冶金材料在密度、硬度、硬質粒子硬度(HV0.1)和壓潰強度方面均明顯優(yōu)于ZN-1材料;切削三要素中，切削深度對切削力的影響最大，進給量次之，切削速度最小;實驗表明，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、