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机械网--硬质合金刀具扩散磨损机理研究

发布时间:2021-11-18 11:55:20 阅读: 来源:泳裤厂家

1 前言采取硬质合金工模具(包括塑性成形模具和切削加工的刀具)加工金属制品是提高模具使用寿命的主要途径。目前,硬质合金模具和刀具已在生产中广泛利用,并取得明显的效果,例如用于纯铝和紫铜冷挤压的硬质合金模具寿命已到达200万次,用于钢零件挤压的硬质合金模具寿命也到达10万次以上。用于多工位级进模的硬质合金冲裁凸凹模寿命1般可达1亿次,最高可达3亿次。用于铝合金切削加工的刀具耐用度可达180~200分钟(以已加工表面粗糙度到达Ra0.63&mirco;m作为刀具失效标准)。为了深入了解硬质合金的磨损特性及其与加工对象和加工条件的关系,充分发挥硬质合金工模具的抗磨损性能,本文针对硬质合金刀具的分散磨损机理,通过实验进行研究。 2 硬质合金工模具的分散磨损机理硬质合金工模具加工金属制品时,会产生摩擦磨损、粘结磨损、边界磨损、相变磨损、分散磨损等各种磨损。分散磨损就是工件在加工进程中,工模具与工件表面在高温或高压下,相互紧密贴合,并产生相互吸引和粘着,致使工模具与工件表面的材料产生相互分散,造成表面合金元素的贫化或富化,导致工模具表面与基体的成分产生差异,弱化了工模具表面的抗磨损性能,加快了磨损速度,从而降落了工模具寿命。具体对硬质合金而言,则是硬质合金中的粘结相原子向工件材料分散,硬质碳化物部分分解并分散到工件表面,使硬质合金材料表层产生更多微孔,粘结强度降落。同时,工件材料中的原子(例如铝质工件中的铝原子)分散到工模具表层搬迁什么情况可以强拆,改变了工模具表面层的物理机械性能,从而导致工模具表层材料的剥落,加速工模具的磨损。 3 实验条件为了研究硬质合金刀具的分散磨损机理,进行了硬质合金刀具切削铝质工件的实验。选用湖南省株洲硬质合金厂生产的4种牌号硬质合金刀片。1号刀片YD05和2号刀片YM051是以钴为粘结相并添加1些其他硬质碳化物或氧化物的WC—C0系列超细晶粒硬质合金;3号刀片YN05和4号刀片YN10则是以镍为粘结相并添加部分碳化钨和稀土元素碳化物(TaC,NbC等)的碳化钛(TiC)基硬质合金(各刀片的几何角度见表1)。在HY—025型高精度专用车床上进行高速薄切削铝合金(LY12R)实验。实验中采取干切削,取进给量f =0.1mm/s,切削厚度aP=0.1mm,1~3号刀片的切削速度为300m/min,4号刀片的切削速度为200m/min,并以已加工表面粗糙度Ra=0.63µm作为刀具失效的标准,测定了各刀片的耐用度(即从开始削到刀具失效的时间),详见表1。表1 不同切削条件的刀具耐用度刀片号 前角(°) 主后角(°) 副后角(°) 主偏角(°) 副偏角(°) 刃倾角(°) 切削时间(min) 耐用度(min) 1 7 6 6 15 5 0 215 140 2 10 8 6 45 5 0 455 120 3 7 6 6 10 5 0 87 45 4 9 6 5 7 5 0 80 40

实验所用工件材料为铝合金LY12R高铁拆房赔偿多少钱一平方,即铝与铜、镁、锰的合金,其化学成份详见表2。表2 工件材料LY12R的化学成份(%)元素 铜 镁 锰 杂质 铝 质量分数 3.8~4.9 1.2~1.3 0.3~0.9 在检查已加工表面粗糙度,证实所用刀具失效后,仔细清洗了各刀面的污物或粘屑,利用扫描电子显微镜检查了其主后刀面的化学成份,详见表3。表3 刀具切削前后主后刀面的化学成份质量百分数w与原子数百分数x 刀片号 1 2 3 4 切削前 切削后 切削前 切削后 切削前 切削后 切削前 切削后 w(Al) 0 3.02 0 12.30 0 6.09 0 13.51 x(Al) 0 16.41 0 45.25 0 20.51 0 26.40 w(Mg) 0 0 0 0 0 0 0 0.92x(Mg) 0 0 0 0 0 0 0 1.99 w(Cu) 0 0 0 0.85 0 0 0 0x(Cu) 0 0 0 1.33 0 0 0 0 w(Co) 3.46 2.64 2.62 3.76 0.84 2.07 0.17 0.10 x(Co) 12.94 6.56 7.4 6.34 1.07 3.10 0.21 0.09 w(Ni) 0.55 0.36 0.17 0 8.37 1.78 13.36 8.33 x(Ni) 1.53 0.89 0.46 0 8.42 2.75 14.14 7.48 w(Ta) 0 0 0 0.37 1.05 1.48 0.10 7法院如何认定强拆违法.73 x(Ta) 0 0 0 0.20 1.51 0.74 0.25 2.25 w(W) 95.26 92.27 94.94 81.28 18.30 66.95 27.80 17.93 x(W) 84.10 73.45 84.97 43.89 5.64 33.11 9.40 5.14 w(Nb) 0.63 1.71 0.15 0 1.14 1.50 0 0 x(Nb) 1.10 2.69 0.27 0 0.69 1.46 0 0 w(Ti) 0.10 0 2.12 1.44 69.94 20.14 58.57 51.48 x(Ti) 0.33 0 6.88 2.99 82.66 38.23 76.00 56.65

根据表3中刀片切削前后刀具主后刀面化学成份含量的变化,可按下式计算出各刀片在切削后刀具主后刀面各化学成份的原子分散量,计算结果详见表4。

式中:a1——切削后刀具主后刀面的原子分散量(%) x1——切削后刀具主后刀面的原子数百分数 x2——切削后刀具主后刀面的原子数百分数表4 刀具分散磨损中分散元素的原子分散量(%)刀片号 分散元素 钴 镍 钛 钽 钨 铌 1 49.30 41.83 100.00 0 12.66 0 2 14.44 100.00 56.54 0 48.35 100.00 3 0 67.34 53.75 50.99 0 0

5 结果的讨论从表3可以看出,硬质合金刀具切削铝合金后,各刀片主后刀面的铝含量重量百分比到达3%以上,铝原子数量百分比达16%以上,而刀具材料中的钴(Co)、镍(Ni)、钛(Ti)、钽(Ta)、钨(W)、铌(Nb)等含量都有所降落,因此,完全可以肯定刀具材料与工件的化学元素产生了相互分散,因此造成刀具与切屑粘结层性能和刀具材料性能的改变,使刀具产生分散磨损。从表3还可以看出,铝(Al)原子与镁(Mg)原子相比,工件材料中铝(Al)原子向刀具分散较严重,镁(Mg)原子向刀具分散较少。而刀具材料向工件分散的化学元素则随刀具材料的不同而稍有不同,YD05刀具向工件分散的是钴(Co)、镍(Ni)、钛(Ti)、钨(W)等4种原子,YM051刀具是钴(Co)、镍(Ni)、钛(Ti)、钨(W)、铌(Nb)等5种原子,YN05刀具是镍(Ni)、钛(Ti)、钽(Ta)等3种原子,YN10刀具是钴(Co)、镍(Ni)、钛(Ti)、钨(W)等4种原子。从表4可以看出,4种刀具材料在分散磨损进程中刀具中各种原子分散量也各不相同。超细粒硬质合金YD05、YM051是以钴(Co)为粘结相并添加1些其他硬质碳化物或氧化物的WC—CO系列硬质合金;YN05、YN10则是以镍(Ni)为粘结相并添加部分碳化钨(WC)和稀土元素碳化物(TaC、NbC等)的碳化钛(TiC)基硬质合金。从表4可以看出,刀具失效后,刀具材料中的粘结相及主要成份元素的原子分散量较大,YD05刀片的钴(Co)原子分散量为49.30%,钨(W)原子分散量为12.66%;YM051刀片的钴(Co)原子分散量为14.44%,钨(W)原子分散量为48.35%;YN05刀片的镍(Ni)原子分散量为67.34%,钛(Ti)原子分散量为53.75%;YN10刀片的镍(Ni)原子分散量为47.10%,钛(Ti)原子分散量为25.46%。由于硬质合金是1种通过粘结相粘结硬度高、强度高的碳化物(WC,TiC等),采取粉未冶金方法制造而成的,其中粘结相对硬质合金刀具的硬度和强度有很大影响。 6 结论硬质合金刀具薄切削铝合金时,由于刀具后刀面同已加工表面磨擦和挤压而产生高温,刀具与工件之间相对运动速度高(由于切削速度高),硬质合金材料中粘结相原子(Co或Ni)向工件材料分散,硬质碳化物(WC,TiC等)部分分解并向工件材料分散,从而加速了刀具的磨损,使刀具后刀面磨损加重;另外1方面,由于粘结相原子(Co 、Ni)向工件材料分散,使硬质合金材料中出现更多的微孔,合金内部粘结强度降落,因此极易造玉成部碳化物(TiC,WC)颗粒的脱落,也就加速了刀具后刀面的磨损。以上通过切削加工实验证实的分散磨损现象及规律,1样也会在塑性成形的硬质合金模具表面产生。本文的实验分析与论证1样适用于冲压、镦锻和挤压模具寿命的探讨。(end)资讯分类行业动态帮助文档展会专题报道5金人物商家文章