本發(fā)明屬于機械加工領域，涉及一種原位成型不同形貌微織構陶瓷刀具干切削45鋼的方法。

背景技術：

山東大學的鄧建新及日本的kawasegin等人研究表明：在刀具前刀面垂直于流屑方向激光加工微織構能夠一定程度上減小切削力、切削溫度以及前刀面磨損，提高切削性能。分別見鄧建新.performanceofcarbidetoolswithtexturedrake-facefilledwithsolidlubricantsindrycuttingprocesses[j].山東大學，2011和kawasegin,sugimorih,morimotoh,moritan,horii.developmentofcuttingtoolswithmicroscaleandnanoscaletexturestoimprovefrictionalbehavior[j].precisionengineering2009,33:248–54。

中國專利“申請?zhí)枺篶n201210003617.x”報道了一種微池石墨自潤滑陶瓷刀具的制備工藝。該工藝是在微池石墨壓頭加工出一定尺寸凸起，通過熱壓燒結制備出具有自潤滑功能的微池陶瓷刀具?；诖斯に嚕栽怀尚头ㄖ苽涑鲎詽櫥δ艿奈⒖棙嬏沾傻毒?，原理是設計并制備用以原位成型微織構的固體潤滑劑凸模，陶瓷刀具燒結時，利用凸模在基體中的占位，一次性制備出硬質耐磨相與軟質潤滑相交替共存的微織構自潤滑刀具。

目前，在干切削條件下，利用原位成型微織構陶瓷刀具，不同形貌微織構陶瓷刀具對車削45號鋼切削工藝研究尚為空白。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了彌補現(xiàn)有技術的不足，探究不同微織構方向陶瓷刀具對車削45號鋼的影響，提供了一種切削性能好、加工成本低的原位成型不同形貌微織構陶瓷刀具干切削45號鋼方法。

技術方案：

本發(fā)明的一種原位成型不同形貌微織構陶瓷刀具干切削45號鋼方法，其特征在于：以原位成型法制備縱向織構、橫向織構陶瓷刀具，并以同樣方法制備傳統(tǒng)無織構刀具為對比試驗，探究切削性能，切削參數(shù)為:切削速度90m/min、120m/min、150m/min、180m/min、210m/min，進給速度0.102mm/r，切削深度0.5mm。

采用測力儀測量無織構、橫向織構和縱向織構刀具在不同切削速度下的切削力；采用測溫儀測量無織構、橫向織構和縱向織構刀具在不同切削速度下的切削溫度。

采用edx化學元素分析儀檢測三種刀具面積相同的區(qū)域范圍內（覆蓋磨損區(qū)域）fe元素含量，因刀具基體材料為al2o3/tic，本身不含有fe元素，故可通過分析前刀面磨損區(qū)域fe元素含量表示前刀面粘結磨損程度，前刀面fe元素越多，粘結磨損越嚴重。

有益效果：通過切削實驗發(fā)現(xiàn)，原位成型微織構陶瓷刀具與激光加工微織構刀具相比，同樣具有減小切削力、切削溫度和前刀面磨損的優(yōu)點；其中橫向織構刀具切削性能最佳，與無織構刀具相比主切削力降低4.3%-12.5%，徑向力降低5.9%-12.6%，進給力降低25%-29.5%，切削溫度降低10.1%-12.3%，前刀面磨損最輕。

說明書附圖：

圖1為橫向織構刀具示意圖；

圖2為縱向織構刀具示意圖；

圖3是本發(fā)明不同切削速度下切削45號鋼的刀具主切削力變化趨勢；

圖4是本發(fā)明不同切削速度下切削45號鋼的刀具徑向力變化趨勢；

圖5是本發(fā)明不同切削速度下切削45號鋼的刀具進給力變化趨勢；

圖6是本發(fā)明不同切削速度下切削45號鋼的刀尖溫度變化趨勢；

圖中：1.前刀面，2.橫向織構，3.縱向織構。

具體實施方式：

本發(fā)明將氧化鋁復合陶瓷刀具與原位成型微織構加工技術結合，切削45號鋼，通過切削試驗，測量三向切削力和溫度，觀察前刀面磨損情況，得到最佳微織構陶瓷刀具，從而在保證加工質量的前提下，節(jié)約加工成本，為實際應用提供理論依據(jù)。

本發(fā)明根據(jù)已有的參考文獻，工件材料的切削切削性能及設備的使用性能，在保證工件表面質量的前提下，減少試驗時間，選擇了固定的進給量0.102r/min、背吃刀量0.5mm。

實驗1：在切削速度為90m/min、120m/min、150m/min、180m/min、和210m/min下，測量無織構、橫向織構及縱向織構刀具的切削力和切削溫度。

實驗2：在切削速度為150m/min條件下，無織構、橫向織構及縱向織構刀具分別切削5min，刀具前刀面磨損狀況。

試驗設備如下:

（1）車床：大連車床廠cde6140c；

（2）測力儀：kistler9129aa測力儀；

（3）測溫儀：flir紅外熱像儀；

（4）edx元素分析設備；

（5）工件：45號鋼，硬度小于hrc28；

（6）刀具：以al2o3/tic為基體材料的原位成型微織構自潤滑陶瓷刀具，微織構形貌為無織構、橫向織構及縱向織構，型號為sngn120408，刀具幾何角度為前角γ0=-8°，后角α0=8°，刃傾角λs=0°，主偏角κr=45°，負倒棱角度寬0.2mm，負倒棱角度-20°，刀尖圓弧半徑r=0.8mm。

體試驗步驟如下：

（1）根據(jù)試驗1參數(shù)進行干切削45號鋼試驗，在不同的切削速度下測量三種刀具的主切削力、徑向力、進給力和切削溫度；

（2）根據(jù)試驗2參數(shù)進行干切削45號鋼試驗，每種刀具切削5min后停止試驗，分析三種刀具前刀面fe含量。

試驗1中，通過圖3、圖4、圖5和圖6發(fā)現(xiàn)，橫向織構刀具的主切削力、徑向力、進給力及切削溫度最小，縱向織構次之，無織構刀具最大。

試驗2中，通過edx元素化學分析發(fā)現(xiàn)，相同區(qū)域范圍內（覆蓋磨損區(qū)域），橫向織構刀具所含fe元素最少，約占36.52%；縱向織構刀具次之，約占52.19%；無織構刀具最多，約占76.04%。

試驗1中切削力和切削溫度最小，說明橫向織構刀具在切削時，對刀具的損害最小；試驗2中橫向織構刀具磨損區(qū)域內的fe元素最少，說明橫向織構刀具的前刀面粘結磨損最小，因此切削過程中橫向織構刀具磨損最小，壽命最長。

通過試驗結果可以得到，干切削條件下，以al2o3/tic為基體材料的原位成型微織構自潤滑陶瓷刀具的最佳微織構形貌是橫向織構。

技術特征：

技術總結
本發(fā)明公開了一種原位成型不同形貌微織構陶瓷刀具干切削45鋼方法，其特征在于：以原位成型法制備縱向織構、橫向織構陶瓷刀具，并以同樣方法制備的傳統(tǒng)無織構刀具為對比試驗，探究切削性能，切削參數(shù)為:切削速度90?210m/min，進給速度0.102mm/r，切削深度0.5mm。通過切削實驗，以每個刀片切削過程中的切削力、切削溫度，以及特定速度下切削5min后前刀面的粘結情況為刀具切削性能評價指標，優(yōu)選出用于切削45號鋼最佳織構形貌的原位成型微織構陶瓷刀具。

技術研發(fā)人員：馮益華;張記云;王麗;張文泉;孔雪;田園
受保護的技術使用者：齊魯工業(yè)大學
技術研發(fā)日：2017.05.08
技術公布日：2017.07.21