硬态干式切削GCr15时的临界硬度

倚天

0 前言
; h* l4 p( P1 e  m+ M7 C淬硬零件的最终加工通常由磨削加工方法来完成，而磨别加工使用的切削液给环境带来了污染，并对操作者的健康有所损害，因此，硬态干式切削技术已成为目前切削技术新的研究热点，并可避免环境污染，符合绿色制造、清洁生产模式。国外学者的研究结果表明：硬态条件下的车削加工表面比磨削加工表面更具有完整性，其表面形成的白层可提高使用性能，同时车削加工方法还具有加工效率高。能耗小、无污染等优点。作者的研究表明：高硬度与低硬度条件下的切削机理及切屑的形成机理是不同的，而且在硬态(高硬度)条件下，其切削机理不符合一般的切削理论，因此，就应该存在一个区分普通切削与硬态切削的临界硬度，本文通过试验研究的方法的确定了PCBN刀具硬态于切轴承钢GCr15时的临界硬度。
5 Q0 _4 `; h! w0 ^表2 切削用量取值
% a& K+ G9 ], K; r切削用量
& \( _& W9 Z! @/ b$ v3 _切削速度v
m/min
4 A5 Q0 \3 M/ y* p: E: I5 c进给量f
. Q" [3 [) e( T: g3 hmm/r
% `: C! [% x5 k0 f# |+ A2 a背吃刀量ap
# x8 C& V& c* P" E2 r  J9 J1 dmm
取值
75
110
3 ~' R* A5 a( p( ^160
200
0.08
7 ^$ x& A- S* v+ c% S0.15
1 v3 P" x( o" |5 ]0.24
0.10
0.25
/ v7 b5 @9 M" L& C' X0.50
0.80
% L/ Y$ z* H* v, n! ?1 切削试验
- M5 @8 f  t( w试验方法及条件
' Y5 Z$ i( z; L; P  ~& i在干式切削条件下，通过系统改变切削用量(切削速度、进给量和背吃刀量)和被加工材料硬度，进行切削力、切削温度、已加工表面硬度和已加工表面表层硬化层深度等试验研究，找出被加工材料硬度对上述各量的影响规律。
+ A8 \% c0 U/ M3 ?4 V试验条件：机床为CA6140，配有变频调速装置，用转述表进行切削速度的检测。工件材料为GCr15轴承钢。通过热处理得到30、40、50、60、64HRC等5种硬度的试验用料。刀具为BN500材质的PCBN外圆车刀，其几何参数如表1所示。试验选用的切削用量取值如表2所示。

% Y# \+ l7 R! w4 [1 t) bf=0.24mm/r ap=0.5mm
图1 v-HRC变化时的切削力曲面

, g! X8 X" l- b. P9 Lv=110m/min ap=0.5mm
图2 f-HRC变化时的切削力曲面
  X: ], P+ x* S2 p. t& v. V
3 T. n0 Y: ^0 S* ]v=110m/min f=0.24mm/r
图3 ap-HRC变化时的切削力由面

& a7 E9 G1 L: x5 a2 z$ p图4 为不同硬度下的表面粗糙度对比

图5为不同硬度下的硬化深度对比

切削条件：v=200m/min f=0.15mm/r ap=0.5mm 40HRC
+ ]7 |$ a- A- O$ n; m图6 带状切屑照片 ×120
6 q# Z( ~7 k( U
0 l5 J3 [& G8 s8 P, w切削条件：v=200m/min f=0.15mm/r ap=0.5mm 60HRC
图7 锯齿状切屑照片 ×120
工件硬度与切屑硬度及变形的关系
切屑硬度的变化也是以50HRC为界限的，切削不同硬度GCr15时工件材料硬度与相应的切屑硬度对比如图8所示。由图8可以看出，低于50HRC硬度的工件材料其相应的切屑都提高了硬度，即切削热将切屑淬硬；高于50HRC硬度的工件材料其相应的切屑都降低了硬度，即切削热将切屑回火。有时切削热会使切屑呈熔融状态。
0 H+ x2 p4 w) c$ G8 g3 T( ?在较高的切削热作用下，被切削层金属软化，硬度降低，使切削加工更加易于进行，而刀具也保证了具有较高的寿命，切削淬硬材料的这一特性被称作金属软化效应。PCBN刀具切削硬质材料的作用机理就是使被切削金属层软化的机理。
# T: N( o6 L0 ^5 m& w切削不同硬度材料时的变形系数如图9所示。由图9可以看出随着被加工材料硬度的提高，变形系数是减小的，而且，当工件硬度高于50HRC之后；变形系数开始小于1。切屑变形小，产生的热量就少，这也是工件高硬度时，切削温度降低的原因之一。
6 J! \0 p' d, M8 o  h
图8 工件材料硬度与相应切属的硬度对比
' h+ W& l& v# @
切削条件：v=200m/min f=0.15mm/r ap=0.5mm
9 X1 [* Q/ z. v图9 各种硬度下的变形系数

6 @/ n  e- H+ g# A切削条件：v=200m/min f=0.15mm/r ap=0.5mm
$ [# Y' L/ G) T$ ~图10 不同硬度下后刀面磨损

( r$ G$ n5 W4 e切削条件：v=200m/min f=0.15mm/r ap=0.5mm
: `5 X. H) d$ q0 P) |) {! `! \图11 不同硬度下月牙洼宽度