硬态干式切削GCr15时的临界硬度

倚天

0 前言
; g7 [3 g7 k) c; P5 w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。
' ~. L  a( B; {8 f0 X6 g表2 切削用量取值
切削用量
+ K' R& N0 Q1 d" f5 I, B+ Z7 J切削速度v
m/min
进给量f
+ w: V8 E: K/ \& I& [  \# emm/r
背吃刀量ap
mm
取值
- z  u! ~! M* I$ c  S75
. u3 h2 j; p- r110
$ ?$ ]" w* n6 ~5 K$ l" n160
200
& K" d$ i- C  c" o6 z0.08
" L+ ^6 D/ q- k$ u/ m1 f! y* _0.15
0.24
0.10
6 t2 h- [1 h: x: F; Y6 \6 w0.25
0.50
+ d  i/ N7 m, y1 ]" f, |& [0.80
1 切削试验
试验方法及条件
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。
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。
" J" Z( O8 q  D' y$ W$ _+ I
' m9 }# R1 M; z1 _5 m& y8 `  D+ Ff=0.24mm/r ap=0.5mm
图1 v-HRC变化时的切削力曲面
% Y9 Z2 c# l+ H' V
v=110m/min ap=0.5mm
图2 f-HRC变化时的切削力曲面

v=110m/min f=0.24mm/r
图3 ap-HRC变化时的切削力由面

图4 为不同硬度下的表面粗糙度对比
* q1 N& O5 q0 ~( x
图5为不同硬度下的硬化深度对比
4 C" W1 G5 F) c" ]
6 m( |3 G3 h. x+ I. M切削条件：v=200m/min f=0.15mm/r ap=0.5mm 40HRC
图6 带状切屑照片 ×120
! I8 g! W; H5 j  t
) d) S" @, B% n! X! g* L9 U. t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
, f% J# e1 b  R( f0 F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。
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。
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。
7 L: j6 ]9 r+ S3 v/ i8 ?
) P* l' b; B# h% u图8 工件材料硬度与相应切属的硬度对比

切削条件：v=200m/min f=0.15mm/r ap=0.5mm
9 n" s# ~) |$ W' C- `图9 各种硬度下的变形系数

切削条件：v=200m/min f=0.15mm/r ap=0.5mm
) Z6 {- n4 v3 N  W" c; o! D图10 不同硬度下后刀面磨损
6 Z( k: @: N0 H/ X+ ~4 i1 i, Z
$ S% X! \" ~, Z; @! V' G" }* K切削条件：v=200m/min f=0.15mm/r ap=0.5mm
图11 不同硬度下月牙洼宽度