铍铜合金断续切削过程后刀面粘结磨损行为研究

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铍铜合金具有高强度、高硬度和高弹性极限等诸多优异特性,普遍应用在弹簧、齿轮、阀门以及各种元件的制造,已经逐步发展为一类必不可少的工业材料。但是由于铍铜合金材料自身存在较强的粘附特性,断续切削时产生的高温使得工件材料受热软化容易与刀具发生粘结现象造成刀具磨损,严重影响工件的加工质量。因此研究断续切削过程的刀具温度变化及其对刀具粘结现象、涂层剥落和刀具磨损的影响显得至关重要。本文考虑断续车削过程“受热-冷却-受热”交替变化的特点,创建了断续切削的刀具温度理论模型,并采用试验验证模型的准确性,分析热源变化频率和速率对刀具温度的影响,以及不同的温度幅值对刀具磨损失效的影响。搭建了仿铣削加工的断续车削实验平台,采用热电偶法测量了断续切削过程的后刀面温度,利用光学显微镜和带有能谱仪(EDS)的扫描电镜(SEM)观测后刀面的磨损程度和形貌,并分析后刀面磨损区域的粘结程度和元素组成,阐述了切削参数对刀具温度和刀具磨损的影响程度、影响显著性和影响规律,以及后刀面温度和刀具磨损之间的联系。最后,提出了基于铍铜合金粘结效应的后刀面磨损理论,研究Ti Al N涂层硬质合金刀具断续切削过程的后刀面磨损机理。研究结果表明,断续切削中的切削过程与非切削过程的时间之比降低、热源变化速率减小时,可以降低刀具温升。切削参数对刀具温度和刀具磨损的影响程度为:切削速度>进给量>背吃刀量,在v=200m/min,f=0.15mm/r,ap=0.75mm参数组合得到的刀具温度最低、磨损最轻微,切削速度、进给速度对刀具温度和刀具磨损的影响高度显著。刀具温度和刀具磨损受切削参数影响的变化趋势相同,刀具温度的变化主要和切削参数不同导致的热源改变密不可分,刀具磨损程度的大小取决于刀具温度变化引起的后刀面粘结程度,温度越高,后刀面磨损越严重。涂层剥落和粘结磨损是引发铍铜合金断续切削过程涂层刀具后刀面磨损的两种主要形态。铍铜合金材料较强的粘附特性和断续切削过程刀具持续性地经受“负载-卸载”、“升温-降温”产生的高温、冲击和加工环境的不稳定性是引起粘结现象、涂层剥落和刀具磨损的主要原因。温度越高,铍青铜材料和刀具表面受温度影响程度越高,后刀面粘结现象越严重,导致的涂层剥落和粘结磨损越严重。
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