硬态干式切削GCr15时的临界硬度

倚天

0 前言
- ^- B6 ]- T' N' R3 r$ ~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。
, C7 e2 [% K& C) Y5 y% w表2 切削用量取值
8 V2 ?. a. \6 G切削用量
切削速度v
0 h+ M2 Y' a& Q+ k( fm/min
: z$ b2 M6 e, B# m进给量f
mm/r
背吃刀量ap
, a1 Z5 h9 _) ymm
取值
75
110
5 Y( B& C1 @2 y& u160
, A7 b% \) X7 t, c: W8 W5 A6 Z200
0.08
4 X0 g, n$ U/ z6 N2 k0.15
2 M0 V9 Q0 |3 ~6 \! O0.24
9 a7 D* c1 R2 Q( Q- V5 b7 p0.10
  {3 `( b1 v7 T+ q7 D; q0.25
0.50
0.80
# h! |2 @7 r, A1 切削试验
: X) N# P0 t7 |/ A4 Y试验方法及条件
5 }3 @0 D' x+ @! \0 S) c! g. U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。
  Y- E4 r0 q* Y6 p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。

f=0.24mm/r ap=0.5mm
; k$ I4 A* I8 S5 l图1 v-HRC变化时的切削力曲面

9 }0 B. W- i5 I" Fv=110m/min ap=0.5mm
7 E2 E" A4 g: W2 A4 \7 ^: _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

! _5 k- w! K& k7 _( v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

5 l6 `. D. `- X' l8 {1 a* D* _# N切削条件：v=200m/min f=0.15mm/r ap=0.5mm 40HRC
图6 带状切屑照片 ×120

切削条件：v=200m/min f=0.15mm/r ap=0.5mm 60HRC
" Q+ [1 e# C) Y2 ?) t6 v! U$ \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
9 P0 n* H8 h( Y& J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。
- m/ u4 w# O5 Q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。

图8 工件材料硬度与相应切属的硬度对比
  N+ E, ^" N( s. g5 K& E
- N$ T- X8 v* p  B: w0 |. Q# \切削条件：v=200m/min f=0.15mm/r ap=0.5mm
" X, D( X; {' e8 d2 U图9 各种硬度下的变形系数
! R% q  ]* T: b7 ]) m( d; ^! H
! f. ]% t4 k* e2 K切削条件：v=200m/min f=0.15mm/r ap=0.5mm
图10 不同硬度下后刀面磨损
8 V  j$ f) x2 P# I
% f% P) Q2 C/ T+ G4 s- d切削条件：v=200m/min f=0.15mm/r ap=0.5mm
! D  J  T3 `: e图11 不同硬度下月牙洼宽度