| 1引言
高速切削加工不僅顯著提高了零件的加工效率，而且可使工件的加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到更高的水平，是機(jī)械制造領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。高速車銑加工技術(shù)是以代替，通過工件旋轉(zhuǎn)和高速旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)體零件高速切削的一種先進(jìn)加工技術(shù)。切削時(shí)，工件不需高速轉(zhuǎn)動(dòng)。因此對(duì)實(shí)現(xiàn)大型和薄壁回轉(zhuǎn)體工件的高速、精密加工更具獨(dú)特意義。此外，高速車銑加工是間斷切削，每一在刀具每轉(zhuǎn)中的實(shí)際切削時(shí)間不會(huì)超過1/Z(Z為銑刀齒數(shù))。非切削階段，刀片可得到有效的冷卻，可望在干切削條件下實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)體零件的高速切削，有利于實(shí)現(xiàn)綠色制造。但干切削條件下高速車銑鋼類工件時(shí)尚有許多問題有待于從理論和實(shí)驗(yàn)上予以研究。對(duì)于車削加工來說，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大、動(dòng)平衡較銑削主軸要困難得多，切削速度的提高受到一定限制。而且在高速車削鋼類零件時(shí)，高溫切屑沿前刀面連續(xù)流出，切削區(qū)溫度高，刀具極易磨損。為此，我們選擇在鋼材切削加工中性能優(yōu)良的金屬陶瓷刀具，進(jìn)行了高速車銑實(shí)驗(yàn)，對(duì)其切削D60鋼時(shí)的磨損特性和磨損機(jī)理進(jìn)行了研究。
 (a)后刀面
 (b)前刀面
圖2 干式高速車銑D60鋼時(shí)金屬陶瓷刀具磨損形態(tài)
 圖3 干式高速車銑D60鋼時(shí)金屬陶瓷刀具的磨損曲線
從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，水溶性冷卻液澆注冷卻條件下，高速車銑 D60鋼時(shí)，經(jīng)過18min的切削，金屬陶瓷刀具后刀面磨損量、VBmax就達(dá)0.55mm。而干式高速車銑D60鋼時(shí)，經(jīng)過160min的切削，后刀面磨損量VRmax達(dá)0.5mm，耐磨性較水溶性冷卻液澆注冷卻的濕式高速車銑要高得多。干式高速車銑D60鋼時(shí)刀具后刀面磨損曲線如圖3所示。與常規(guī)切削速度下刀具磨損規(guī)律類似，刀具磨損過程由初期磨損、正常磨損及劇烈磨損三個(gè)階段組成。顯微鏡觀察表明，在初期磨損階段，刀具后刀面磨損較均勻，磨損量、舊約為0.03mm。在正常磨損和劇烈磨損階段，后刀面磨損區(qū)外觀逐漸呈現(xiàn)倒駝峰形，而且沿切削速度方向形成較多磨損溝痕。
掃描電鏡對(duì)刀具后刀面磨損區(qū)的觀察結(jié)果表明，在后刀面磨損區(qū)有微裂紋存在，如圖4所示。但與濕式高速車銑相比，干式高速車銑時(shí)后刀面磨損區(qū)微裂紋分布密度要低得多。這是由于干式高速車銑時(shí)，雖然在刀具磨損區(qū)表層由于刀具切削過程和切出后的溫度變化存在高頻交變熱應(yīng)力，但刀具磨損區(qū)表層溫度變化遠(yuǎn)低于濕式切削時(shí)的溫度變化。所以十式切削時(shí)，作用于刀具表層的高頻交變熱應(yīng)力較小。因此，在刀具磨損區(qū)形成的裂紋幅度和分布密度較小。
 圖4 金屬陶瓷刀具后刀面磨損區(qū)的微裂紋
 圖5 硬質(zhì)相脫落后在刀具磨損表面形成的微小凹坑
從圖4可以看出，刀具后刀面沿切削速度方向的磨痕寬度與刀具中硬質(zhì)相(如TiC)顆粒尺寸相當(dāng)。進(jìn)一步，我們?cè)诟叻糯蟊稊?shù)條件下用掃描電鏡對(duì)磨損區(qū)表面進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)在磨損區(qū)表面有大量硬質(zhì)顆粒脫落而留下的微小凹坑，如圖5所示。
干式高速車銑D60鋼時(shí)，雖然在刀片非切削階段溫度有一定下降，但由于刀具轉(zhuǎn)速高，非切削時(shí)間很短，因此刀片在整個(gè)切削過程中的平均溫度較高。在高溫條件下，金屬陶瓷刀片中的粘結(jié)相Ni、Co發(fā)生軟化，其對(duì)硬質(zhì)相的粘結(jié)強(qiáng)度下降，在切削過程中，由于機(jī)械摩擦力的作用，硬質(zhì)相脫落而造成刀具磨損。此外，日本金尺工業(yè)大學(xué)的千德英一曾用金屬陶瓷刀具以 300m/min的切削速度進(jìn)行過鋼的高速車削實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為金屬陶瓷刀具前刀面磨損的主要原因是熱擴(kuò)散磨損。可以認(rèn)為，干式高速車銑切削，由于每一刀片在刀具每轉(zhuǎn)中對(duì)工件切削時(shí)間不超過1/Z，因此工件材料中的Fe向刀具表層擴(kuò)散，或刀具表層元素向工件、切屑中擴(kuò)散的可能性不大。但由于在于式條件下高速車銑 D60鋼的切削過程中刀片平均溫度較高，長時(shí)間切削時(shí)，刀片里層粘結(jié)相可向表面擴(kuò)散，并在后續(xù)切削過程中被帶走，這也是造成刀具表層硬質(zhì)相粘結(jié)強(qiáng)度下降以及硬質(zhì)相顆粒脫落的原因之一。
4 結(jié)論
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圖1 高速正交車銑局部照片