張平，王蔓，王建新，張偉，賀鳳寶，胡建中

(1.大連工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，遼寧大連116034;2.南通天工深冷新材料強(qiáng)化有限公司，江蘇南通226000)

近年來深冷處理作為傳統(tǒng)熱處理工藝的擴(kuò)展和延伸，對(duì)于傳統(tǒng)的鋼鐵材料，深冷處理可轉(zhuǎn)變殘余奧氏體，提高工件的硬度，穩(wěn)定工件尺寸;可析出超細(xì)碳化物，提高工件的耐磨性;可細(xì)化晶粒，提高工件的沖擊韌性;可提高馬氏體不銹鋼的抗蝕性，提高工件的拋光性能等［1］，對(duì)于硬質(zhì)合金，實(shí)驗(yàn)表明結(jié)果表明深冷處理提高了硬質(zhì)合金的硬度、抗壓強(qiáng)度和沖擊韌性等力學(xué)性能［2］，但是對(duì)于硬質(zhì)合金鉆頭經(jīng)過深冷處理后切削性能是否產(chǎn)生改變的研究尚未見過相關(guān)報(bào)道。

孔加工在機(jī)械行業(yè)中有著重要的地位，為了提高鉆頭的加工壽命，人們采取了很多的措施，如優(yōu)化刀尖的幾何參數(shù)、鈍化和涂層技術(shù)等。這些技術(shù)大部分是針對(duì)于表面，對(duì)于鉆頭材質(zhì)的優(yōu)化還沒涉及。

實(shí)驗(yàn)選擇3種不同的鉆頭:普通涂層直槽鉆、深冷未涂層直槽鉆和深冷涂層直槽鉆。通過兩組對(duì)比實(shí)驗(yàn)，首先確定深冷處理后刀具能夠加工的可行性，然后再對(duì)3種刀具切削壽命進(jìn)行比較。通過對(duì)比3種鉆頭在相同加工參數(shù)下，加工鑄鐵。觀察刀具的磨損、軸向力、扭矩以及加工孔數(shù)量來分析深冷處理對(duì)刀具切削壽命的影響。

1 實(shí)驗(yàn)方案

1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

通過對(duì)比深冷處理過的涂層階梯鉆、深冷未涂層階梯鉆與普通涂層未深冷處理的階梯鉆，在同一個(gè)加工參數(shù)，加工同一張材料，加工孔數(shù)相同的情況下。觀察刀具磨損量的多少與加工孔質(zhì)量，分析深冷處理對(duì)刀具壽命的影響。

1.2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

三組刀具:(1)普通涂層直槽鉆;(2)深冷未涂層直槽鉆;(3)深冷涂層直槽鉆;(刀具參數(shù):鋒角140°、直徑5 mm/7 mm;后角8°、臺(tái)階長(zhǎng)19 mm等)被加工材料:鑄鐵 (HT200)

機(jī)床:美國(guó)HSS VOP-VF5型加工中心。

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

(1)機(jī)床參數(shù):轉(zhuǎn)速n=3 200 r/min;進(jìn)給量f=0.1 mm/r;

(2)加工深度:h=10 mm;

(3)加工孔數(shù)量:120個(gè)(分別加工40個(gè));

(4)更換新刀重新加工，進(jìn)給量提高一倍，其他參數(shù)不變，進(jìn)行壽命試驗(yàn)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 可行性實(shí)驗(yàn)

(1)加工完40個(gè)孔后觀察刀具的磨損情況，刀具主刃磨損情況如圖1所示。

圖1 f=0.1 mm/r時(shí)，主切削刃磨損情況

明顯可以看到1號(hào)鉆頭 (普通涂層直槽鉆)的主切削刃和后刀面的磨損量最大，其次是2號(hào)，最好的是3號(hào)。

(2)刀具橫刃處磨損如圖2所示。

圖2 f=0.1 mm/r時(shí)，橫刃處磨損情況

1號(hào)鉆頭與2號(hào)鉆頭橫刃的磨損量明顯比3號(hào)鉆頭大，其中2號(hào)刀橫刃處積削瘤嚴(yán)重。

(3)刀具前刀面磨損情況如圖3所示。

調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)。農(nóng)業(yè)是一個(gè)與自然條件密切相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，不同的農(nóng)產(chǎn)品只有在適宜的土壤氣候條件下才能得到理想的品質(zhì)和產(chǎn)量。種養(yǎng)業(yè)要在布局上實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移，即從不適宜區(qū)向適宜區(qū)和最適宜區(qū)轉(zhuǎn)移，從分散產(chǎn)區(qū)向集中規(guī)?；a(chǎn)區(qū)轉(zhuǎn)移。要以科技示范區(qū)為載體，按照市場(chǎng)需求淘汰傳統(tǒng)低劣品種和落后技術(shù)，大力推廣良種工程，把引進(jìn)、選育和推廣優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品作為一項(xiàng)長(zhǎng)期的戰(zhàn)略性任務(wù)。

圖3 f=0.1 mm/r時(shí)，前刀面磨損情況

從圖中可以看出2號(hào)鉆頭前刀面磨損比較大，1號(hào)與3號(hào)磨損基本差不多，表現(xiàn)出涂層對(duì)于刀具前刀面的積極影響。

分析得到:2號(hào)鉆頭的橫刃處明顯出現(xiàn)積削瘤，出現(xiàn)積削瘤的主要原因是在鄰近橫刃的鉆芯部分，雖然切削速度很低，但由于負(fù)前角很大，切削溫度相當(dāng)高，常形成較高的積削瘤［3］。1號(hào)和3號(hào)鉆頭的積削瘤相對(duì)比較少，可見涂層抑制了積削瘤的產(chǎn)生。

綜合分析，通過上述可行性實(shí)驗(yàn)得到，經(jīng)過深冷處理后的鉆頭能夠進(jìn)行切削。而且在耐磨性方面要比沒有深冷處理過的鉆頭要強(qiáng)?？衫^續(xù)進(jìn)行壽命試驗(yàn)。

2.2 壽命實(shí)驗(yàn)

更換新鉆頭，繼續(xù)在同一機(jī)床上加工同一種材料。將進(jìn)給量提高一倍即f=0.2 mm/r，連續(xù)加工，1號(hào)鉆頭 (普通涂層直槽鉆)在加工到第136個(gè)孔的時(shí)候，出現(xiàn)斷刀的情況。由于被加材料數(shù)量有限，2號(hào)鉆頭 (深冷未涂層直槽鉆)加工了247個(gè)孔，3號(hào)鉆頭 (深冷涂層直槽鉆)加工了284個(gè)孔。其中3號(hào)鉆頭在加工最后一個(gè)孔的時(shí)候由于意外情況出現(xiàn)斷刀，因?yàn)殂@頭加工到了原來的孔上了，沒有對(duì)心兩個(gè)主刃產(chǎn)生了切削不平衡，從而使鉆頭被扭斷。

(1)鉆頭主刃磨損情況如圖4所示。

圖4 f=0.2 mm/r時(shí)，主切削刃磨損情況

(2)鉆頭橫刃處的磨損如圖5所示。

圖5 f=0.2 mm/r時(shí)，橫刃磨損情況

可以看到2號(hào)鉆頭 (深冷未涂層直槽鉆)橫刃處的積削瘤依然明顯，光亮處較為分散，積削瘤的產(chǎn)生保護(hù)了橫刃。3號(hào)鉆頭 (深冷涂層直槽鉆)看到橫刃有一條光亮的線，說明是磨損產(chǎn)生的。沒有積削瘤的產(chǎn)生。沒有崩刃，正常磨損。

(3)鉆頭前刀面如圖6所示。

圖6 f=0.2 mm/r時(shí)，前刀面磨損情況

由于為干式切削，前刀面出現(xiàn)不同程度的積削瘤和灼燒情況。主刃相對(duì)比較完整，沒有崩刃的現(xiàn)象。

(4)軸向力分析

經(jīng)測(cè)力儀測(cè)得的軸向力如圖7所示。

圖7 最大軸向力折線圖

從最大軸向力折線圖分析，1號(hào)和3號(hào)刀的最大軸向力總體的趨勢(shì)是增大的，軸向力主要是由于橫刃產(chǎn)生的，說明它們的橫刃有不同程度的磨損和積削瘤。3號(hào)刀的最大軸向力是最穩(wěn)定的，除了幾個(gè)奇異值以外。說明3號(hào)刀的耐磨性比較強(qiáng)，阻礙了軸向力的增大。

(5)扭矩分析

由圖8分析，由于1號(hào)刀提前斷刀，所以重點(diǎn)比較一下2號(hào)和3號(hào)刀。它們的扭矩總體的趨勢(shì)是逐漸增大的，但是2號(hào)刀的波動(dòng)比較明顯，3號(hào)刀相對(duì)比較穩(wěn)定。

圖8 最大扭矩折線圖

3 結(jié)論

綜合分析，1號(hào)鉆頭 (普通涂層直槽鉆)在相同的加工條件下，加工到136個(gè)孔的時(shí)候出現(xiàn)斷刀。主要是由于硬質(zhì)合金本身的機(jī)械性能決定的，其硬度高、韌性差和疲勞強(qiáng)度低。經(jīng)過深冷處理過的鉆頭，硬度、抗彎強(qiáng)度、耐磨性及斷裂韌性均有較大幅度的提高［4］。主要是因?yàn)樵谏罾涮幚碇蟀l(fā)生了比較完全的粘結(jié)相Co的α→ε轉(zhuǎn)變，這是一種多型性的馬氏體轉(zhuǎn)變，ε相塑性較好［5］。所以經(jīng)過深冷處理過的2號(hào)和3號(hào)鉆頭沒有出現(xiàn)斷刀和崩刃的情況。其綜合力學(xué)性能得到了優(yōu)化。提高了刀具的壽命也就相應(yīng)地提高了生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)成本。

［1］楊梅，郭智興，熊計(jì).深冷處理對(duì)硬質(zhì)合金的影響［J］.硬質(zhì)合金，2010，27(3):186 －192.

［2］樊戀.頂錘用 YL20.3硬質(zhì)合金深冷處理研究［D］.長(zhǎng)沙:湖南大學(xué)，2010.

［3］倪志福，陳壁光.群鉆［M］.上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1999:8－9.

［4］劉勁松，蒲玉興，譚目發(fā).硬質(zhì)合金的深冷處理工藝及其研究進(jìn)展［J］.材料熱處理技術(shù)，2012，42(6):184－186.

［5］劉亞俊，李勇，首志新，等.YW1硬質(zhì)合金深冷增強(qiáng)機(jī)理的研究［J］.機(jī)械工程師，2001(4):33－34.