基于铁基粉末冶金机械零件的车削刀具性能研究.pdf

总第2 1 1 期2023年第8 期经验交流基于铁基粉末冶金机械零件的车削刀具性能研究尚金龙（河钢集团唐钢公司检修分公司，河北唐山0 6 3 0 0 0）摘要：刀具磨损严重是铁基粉末冶金零件在切削加工过程所面临的一大问题，在铁基粉末冶金机械零件加工过程中,选择有效的刀具和刀具破损的预防十分重要。基于此，首先分析了切削铁基粉末冶金所用刀具的种类；然后对刀具在加工过程中常出现的问题、刀具破损的原因以及刀具破损的预防措施进行了深入地探索。关键词：铁基粉末冶金机械零件；刀具性能；车削中图分类号：TF370引言随着我国科学技术不断发展，我国的铁基粉末冶金技术的发展进步飞速。同时我国的加工工艺与制造技术也越来越成熟，粉末冶金在信息、交通、电子以及新能源等领域都得到了有效地利用。粉末冶金的广泛应用主要归功于其优良稳定的性能以及其较低的材料损耗性，在粉末冶金技术不断发展的背景下，粉末冶金材料在工业发展当中的应用性不断提高，逐渐成为了主导材料之一 1 。1铁基粉末冶金机械零件车削刀具的种类为了使粉末冶金材料的切削性能够得到充分展现，需要在研究粉末冶金材料性能的同时，做好刀具的选择工作。从实际情况来说,铁基粉末冶金材料性能具有很大的局限性，任何种类、材料的刀具在加工过程中都会出现一定的问题，而粉末冶金材料必须要在机械加工后才能投入使用，因此必须进行仔细考量，选择出合适的刀具。在实际选择过程中，可以从刀具的制作材料、表面涂层类型、几何参数等条件人手，而刀具的材料是最主要的因素。就当前来说,硬质合金刀具、硬质合金涂层刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具等类型是铁基粉末冶金机械零件车削常用刀具。1.1硬质合金刀具在机械加工过程中,最常用的刀具类型就是硬质合金刀具。硬质合金刀具相对来说具有价格较低、硬度较高的优点，且由于硬质合金材料是在粉末冶金材料粘结后烧结形成的,其还具有耐高温的性能。在切削速度相同的条件下，硬质合金的寿命远远高于高速钢,甚至是高速钢的几十倍。西方发达国家的工业生产中，硬质合金刀具的应用也占有很大比重，且呈现上升趋势。硬质合金材料的优质性能使其成为了复杂刀具制造的常用材料也是主要材料之一。1.2硬质合金涂层刀具硬质合金涂层刀具，就是在硬质合金刀具基体上涂制了一层化合物涂层，以此提高刀具的性能。在硬收稿日期：2 0 2 3-0 3-2 2作者简介：尚金龙（1 9 8 8 一)，男，河北唐山人，硕士研究生，毕业于燕山大学机械工程专业，工程师，从事机械设计及制造工作。山西冶金ShanxiMetallurgy文献标识码：A质合金涂层刀具中，涂层的材料一般为TiC、T i N、A12O，和TiAIN等等。常见的硬质合金涂层刀具种类有TiC涂层硬质合金刀具、TiN涂层硬质合金刀具、Al2O，涂层硬质合金刀具、TiAIN涂层硬质合金刀具。其中，TiC涂层硬质合金刀具具有良好的硬度与耐磨性，在切削过程中也很少产生积屑瘤，适合精车削；TiN涂层硬质合金刀具在加工过程中表现出较强的抗黏结性，与铁基材料的摩擦性也比较小,还能有效地降低切削温度，增加刀具寿命；A12O，涂层硬质合金刀具具有良好的化学稳定性与抗氧化性，同时韧性较高，不容易崩刃；TiA1N涂层硬质合金刀具主要应用于高精度切削刀具，其表层的材料具有耐磨性好、摩擦小、硬度高、耐高温等特点。1.3陶瓷刀具陶瓷刀具主要有三种类型，氧化铝基陶瓷刀具、氮化硅基陶瓷刀具、氮化硅氧化铝复合陶瓷刀具。陶瓷刀具具有耐磨性强、硬度高的特点，在钢材的加工过程中，陶瓷刀具的耐磨性能远高于硬质合金刀具。但同时陶瓷刀具也具有很明显的弊端,存在脆性大、抗冲击能力不强等问题，因此相较于其他材料的刀具而言，陶瓷刀具在实际加工过程中更容易出现破损问题。1.4立方氮化硼刀具立方氮化硼刀具就是通过高温高压的条件之下将立方氮化硼与少量结合剂结合而成的,其硬度远远高于其他材料的刀具，与金刚石刀具统称为超硬刀具。就导热性能来说，立方氮化硼刀具是硬质合金刀具的13倍,导热性能良好,化学性能也十分稳定。因此,立方氮化硼刀具适合加工难加工材料。聚晶立方氮化硼刀具的硬度、热与化学稳定性、导热性、耐磨性、摩擦性等性能都十分稳定，但立方氮化硼刀具的缺点在于价格不低，因此在国内的刀具占有量并不高。2加工过程中刀具存在的问题及预防措施2.1刀具在加工过程中常出现的问题在铁基粉末冶金机械零件加工过程中,正常的刀Total 211No.8,2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.08.099文章编号：1 6 7 2-1 1 52(2 0 2 3)0 8-0 2 52-0 22023年第8 期具磨损情况之外,还可能会出现刀具破损的问题，一旦刀具出现破损，将会对加工件的质量、加工效率产生直接影响，甚至直接导致加工件无法使用，对企业带来极大的负面影响。常见的刀具破损类型有以下几类：1)崩刃。在硬质合金刀具加工过程中,最常见的刀具破损类型就是崩刃，刀具在进行铁基粉末冶金机械零件加工时，在刀尖处常常会出现各种缺口，尺寸不一，切口较小时属于微崩刃,还可以继续使用，不影响继续加工，而等到刀具出现的缺口过大，而对加工产生实质影响时，刀具破损现象就会转变为其他形式。2)剥落。常见的刀具剥落现象是在高速加工的过程中，刀具会在刀尖处出现的台阶式剥落。如果刀具剥落的面积不大,那么后期刀具还可以进行刃磨并进行正常的加工工作，但如果刀具产生了厚度较深、面积较大的剥落现象，这就会对刀具后续的加工与刃磨产生很大影响。剥落现象在陶瓷刀具或硬质合金刀具的加工过程中经常发生，这主要是由于刀具在加工过程中出现的振动与冲击所导致的。3)碎断。刀具的加工过程就可以看作是微观断续切削的过程，在这一过程中，刀尖不可避免地会出现大块破损或断裂,这就是刀具的碎断。在碎断程度较轻的情况下，刀具经过刃磨后还可以继续使用，但如果碎断现象较为严重,那么刀具就会直接失效。一般情况下，刀具出现碎断现象的原因在于铁基粉末冶金零件的加工过程中刀具的不规则振动。4)裂纹。多孔性是铁基粉末冶金材料的显著特征,虽然空隙是可控制的，但是要想达到均匀要求较难,而且在实际的材料加工过程中,无法避免地会参入各种杂质。在这种情况下，铁基粉末冶金材料在加工时就很容易受到不稳定的振动和冲击，长此以往刀具就会出现疲劳裂纹情况。同时由于在加工过程中会产生热量，刀具材料的温度会反复变化，在冷热交替中会不断地进行膨胀与收缩，刀具就更容易会产生裂纹。在这种情况下加上外界的不断冲击，久而久之就会产生断裂。2.2刀具破损的原因刀具破损是非正常的磨损，刀具破损是在加工过Research on the Performance of Turning Tools Based on Iron Based Powder Metallurgy(Maintenance Branch of HBIS Group Tangsteel Company,Tangshan Hebei 063000,China)Abstract:Severe tool wear is a major problem faced by iron-based powder metallurgy parts during the cutting process.In the machiningprocess of iron-based powder metallurgy mechanical parts,it is important to choose effective tools and prevent tool damage.Based on this,the types of cutting tools used for cutting iron-based powder metallurgy were first analyzed.Then,in-depth exploration was conducted on thecommon problems that occur during the machining process,the reasons for tool damage,and the preventive measures for tool damage.Key words:iron-based powder metallurgy mechanical parts;tool performance;turning尚金龙：基于铁基粉末冶金机械零件的车削刀具性能研究2.3刀具破损的预防措施要想有效提高刀具加工质量，就必须采用有效的刀具破损预防措施，常见的刀具破损预防措施：首先是做好刀具材料的选择工作，根据实际情况来说，在一般的铁基粉末冶金机械零件加工中,最佳的选择便是硬质合金刀具。其次是进行刀具几何参数的选择。一般以刀尖的圆角为选择对象,所用圆角为0.4 mm和0.8 mm。第三是选择合理的切削参数。一般情况下刀具制造厂商会在加工时提供一个切削参数范围，加工师傅根据实际情况选择合理切削参数。第四是选择稳定的刀具质量。在刀具的选择中，一要考虑刀具的价格，二要考虑刀具的稳定性，以保证刀具质量与价格的稳定。第五是对被加工件的工艺性能进行提高。例如可以对同步器锥环的压制均匀性进行提高，以此减少不均匀空隙，使刀具在加工时受力更加稳定，从而减少破损。第六是降低刀具的不稳定载荷承受。可以采用提高原材料精度、减少杂质等方法。最后是进行高精度的工件夹具选择。3结语本文主要对于铁基粉末冶金机械零件车削刀具性能进行了研究，在铁基粉末冶金机械零件的车削加工过程中,刀具出现磨损是无法避免的。先分析了切削铁基粉末冶金所用的不同刀具种类，然后就加工过程中刀具存在的问题及预防措施进行了研究，希望能给相关厂商提供一定的参考价值。参考文献1何荣,胡业奇，许龙山.粉末冶金零件生坏切削加工性能研究进展J.稀有金属与硬质合金，2 0 1 3,4 1(1)：6 0-6 5.2康运江，王西彬，辛民，等.陶瓷刀具车削铬钼镍耐磨粉末冶金零件的研究 J.新技术新工艺，2 0 0 4（4)：1 7-1 9.(编辑：苗运平）Mechanical PartsShang Jinlong253程中突然发生的，具有不可预测的特性，破损发生后对于刀具本身以及加工件都会产生影响。根据破损发生的时间,将破损分为早期破损与后期破损两种。后期破损相较于早期破损，可以提前预判，对于刀具的影响相对来说也较小。刀具出现破损的原因主要受车削性质、刀具材料、对刀具负倒棱的刃磨、车削温度因素的影响。