铁基粉末冶金零件车削试验研究.pdf

2 0 1 2年 5月 第 4 0卷 第 l 0期 机床与液压 MACHI NE T O0L HYDRAUL I C S Ma v 2 01 2 Vo 1 ． 4 0 No ．1 0 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 1 0 ． 0 0 7 铁基粉末冶金零件车削试验研究 郭丽波 ， 李传红 ， 1 ．莱芜职业技术学院，山东莱芜 2 7 1 1 0 0； 2 ．山东轻_ Y -,_ lk 学院，山东济南 2 5 0 3 5 3 摘要采用硬质合金类刀具和陶瓷刀具进行铁基粉末冶金零件的车削对 比试验，研究切削速度、切削深度以及进给速 度与加工表面粗糙度的关系，得出如下结论 车削铁基粉末冶金零件时，陶瓷刀具的刀具耐用度以及加工表面粗糙度均优 于硬质合金类刀具，适合于加工铁基粉末冶金零件。 关键词 粉末冶金 ；刀具 耐用度 ；表面粗糙度 中图分类号T G 5 1 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 J 1 0 0 2 2 3 Ex pe r i me nt a l Re s e a r c h o n Tur n i ng I r o n Ba s e d Po wd e r M e tal l u r g y Pa r t s GU0 Li b o ． L I Ch u a n h o n g ’ 1 ． L a i w u P r o f e s s i o n a l T e c h n o l o g y I n s t i t u t e ， L a i w u S h a n d o n g 2 7 1 1 0 0 ，C h i n a ； 2 ． S h a n d o n g P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y ， J i n a n S h a n d o n g 2 5 0 3 5 3 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e t u r n i n g c o n t r a s t e x p e r i me n t s o f i r o n b a s e d p o w d e r me t a l l u r g y p a r t s we r e c a r r i e d u s i n g c e me n t e d c a r b i d e t o o l s a n d c e r a mi c t o o 1 ． T h e r e l a t i o n s h i p s b e t we e n c u t t i n g s p e e d， f e e d r a t e ，c u t t i n g d e p t h a n d s u r f a c e r o u g h n e s s we r e r e s e a r c h e d ．T h e c o n c l u s i o n i s t h a t t h e t o o l l i f e a n d s u r f a c e r o u g h n e s s o f t h e c e r a mi c c u t t i n g t o o l s a r e b e t t e r t h a t t h o s e o f c e me n t e d c a r b i d e t o o l s ．I t i s s u i t a b l e f o r ma c h i n i n g i r o n b a s e d p o wd e r me t a l l u r gy p a r t s ． Ke y wo r d s P o w d e r me t all u r gy ；T o o l l i f e ；S u r f a c e r o u g h n e s s 近年来，由于采用粉末冶金工艺制造的零件具有 成本低 、使用性能改进、零件质量减轻及保护环境等 优点 ，并且粉末冶金技术可以生产用普通熔炼法无法 生产 的具有某些特殊性能 的材料和零件 ，粉末冶金零 件的残余多孔结构使其具有自润滑性和隔音性等重要 独特的特性 ，它逐渐取代部分传统的锻铸材料在机 械 、航天、农机，特别是汽车工业 中得到广泛的应 用 ，制造像汽车齿轮、齿类零件 如带轮、链轮和 齿毂 等 和 凸轮轴等 几何 形状 复 杂 、加工 困难 或加 工成 本高的部件 。 粉末冶金工业 的初衷之 一是消 除所有 的机加 工 ， 但是这个 目标还没有达到 ，受 到粉末冶金零件成型工 艺的制约，大多数零件是 “ 接近最终形状” ，一些无 法成型的槽 、孔或达不到规定的尺寸精度和粗糙度要 求的成型形状 ，仍然需要采用切削加工以获得要求的 形状及精度。但是 由于粉末 冶金材料 的多孔性 以及微 观组织中存在硬质相，从而导致了在实际生产中存在 刀具磨损失效严重、加工效率很低、刀尖钝化严重、 加工质量不稳定等问题，严重制约了粉末冶金的应 用。为了解决铁基粉末冶金实际生产中切削加工的刀 具耐用度、加工质量等问题 ，作者精选4种刀具进行 了车削工艺试验，优选出适合车削试验材料的刀具并 分析表面粗糙度与切削用量之间的关系，以便为生产 提供理论依据 。 1 刀具材料的优选试验 刀具材料 的切削性能关系着刀具 的耐用度 和生产 率 ，目前常用于切削粉末冶金的刀具材料有普通硬质 合金 、涂层 刀具 、细 晶硬质合金刀具 、陶瓷刀具 和立 方氮化硼刀具等 ，不同材料 的刀具对粉末冶金零件 的 加工能力有很大差异。根据粉末 冶金零件 的难切削性 及生产实际，作者选用 Y T 1 5 、Y W2 、Y G 6 X硬质合 金 刀具 、Y L I O 0陶瓷刀具来进行切削试验 ，以确定 比 较适合试验条件的切削刀具。 1 ． 1 试验 条件 1 试验材料 采用某厂生产的摩 托车变 速箱低速从动齿轮 ，主 要成分为铁、铜、镍 、石墨粉末冶金材料，经压制一 烧结一去齿面毛刺一抛 丸处理一整形一热处理一 齿面 清理一车 内孔一 珩齿一检验一 成 品等生产 工艺而 成 ， 其密度及性能见表 1 ，其金相组织如图 1 所示。 收稿 日期 2 0 1 1 0 4 0 6 基金项 目 山东省科学技术发展计划项 目 2 0 1 0 Y D 0 2 0 2 9 作者简介 郭丽波 1 9 7 0 一 ，女 ，硕士 ，副教授 ，主要从事金属加工技术方面 的研究。Em a i l s d l w g l b s i n a ． e o m。 第 1 0期 郭丽波 等 铁基粉末冶金零件车削试验研究 2 3 表 1 齿轮材料规格 图 1 齿轮金相组织 2 试验刀具 采用 Y G 6 X、Y W2 、Y T 1 5硬质合金刀具和 Y L 1 0 0 陶瓷刀具进行切削对比试验，刀具材料的主要性能指 标如表2 。为便于灵活掌握刀具的几何参数 ，采用焊接 式刀具 ，卷屑槽为圆弧型 ，4 种刀具几何角度见表 3 。 表 2 刀具材料的主要性能指标 表 3 几种刀具材料的切削性能对比 3 试验机床及测试工具 本试验 采用 机 床 型 号 为 C A X 6 1 4 0的 普 通 车 床 ， 表面粗糙度 的测量使用 2 2 0 5型表面粗糙度测量仪 。 1 ． 2 试 验结 果分析 切削试验 采用干切 削，以后刀面平 均磨损量 V B 0 ． 2 m m作为磨钝标准，在切削参数相同的条件 下 ，对几种材料 的刀具进行 了车削对 比试验 ，试验条 件与结果见表 3 。从表 中可知 ，当刀片后 刀面最 大磨 损量 馏 ⋯达到规定 磨钝 标准 时 ，陶瓷 刀具耐 用度 优 于 硬 质 合 金 刀 具 ，约 为 硬 质 合 金 刀 具 耐 用 度 的 1 ． 4～1 ． 5 倍 。由三种 刀 具 的磨损 量 监 测 数据 分 析 可 知 所选 Y L 1 0 0陶瓷刀具耐用度最优 ，Y T类硬质合 金次之 ，Y G类 最低 。 2 车削铁基粉末冶金零件表面粗糙度试验 2 ． 1试 验 方法 采用单因素法进行试验 ，即每次只改变某一切削 参数 ，其余切削参数保持不变 ，用 2 2 0 5型表面粗糙 度测量仪分别测量 Y L 1 0 0陶瓷刀具和 Y T 1 5硬 质合金 刀具所加工表面的表面粗糙度 R a值 ，结果如表 4 5 所示 每个数值点均为 1 0次测量结果的平均 。 表 4 不 同切 削速 度时的表 面粗糙度 切削深 度0 。 -- 0 ． 1 l l l l n ，lf 0 ． 1 mm ／ r } 切削速度v o ／ 实测粗糙度R a ／ m m m i n Y T 1 5 Y L 1 0 0陶瓷刀具 表 5 不 同的进给量 时的表面粗糙度 Ⅱ 。 0 ． 1 m m， 。 1 0 0 m ／ mi n 进给量_厂 ／ 实测粗糙度 R a ／ p m mm r Y T 1 5 Y L 1 0 0陶瓷刀具 2 ． 2 试验 结 果分析 1 切削速度 与表面粗糙度的关系 采用不同刀具材料及不同切削速度车削试件时的 2 4 机床与液压 第4 O卷 试验结 果见表 4 。 根 据表 4得到切削速度对表 面粗糙度影响 曲线见 图 2 。 一YT1 5硬质合 金 刀具 1 ． 8 1 ． 6 量 1 ． 4 0 , 4 0 ． 2 0 图 2 切削速度对 表面粗糙度 的影响 Ⅱ 。 0 ． 1 m m， ， 0 ． 1 mm ／ r 试验结果表明车削该试件时 R n值随 值增加 而下降。 2 进给量 -厂 与表面粗糙度 的关 系 采用不同刀具材料及进给量车削试件时的试验结 果见表5 。根据该表得到如图3所示进给量对表面粗 糙度的影响曲线 。 YT1 5硬 质合 金 刀具 1 ． 8 1 ． 6 量1 ． 4 嚏 0 ． 6 秣 0 ． 4 0． 2 0 图3 进给量对表面粗糙度的影响 切削 深度 n P 0 ． 1 m m， 1 0 0 m ／ m i n 从 以上试 验结果 可知 进 给量． 厂 对 尺 n值影 响很 大 ，随工件进 给量 的增加 ，加工表面粗糙度值升高 。 3结 论 1 陶瓷 刀具 由于具 有很 高 的硬度 、耐磨性 及 良好 的高温力学性 能、与金属的亲和力小 、不易与金 属产生粘结、化学稳定性好等优点，在所选的4种刀 具中，其耐用度优于其他刀具，并且性价比高 ，较合 适加工铁基粉末冶金材料零件。 2 所选 的 陶瓷 刀具 车削试 件 的表面粗 糙度 明 显优于 Y T类硬质合金刀具加 工表面粗糙度 。其 原 因 为 Y L 1 0 0陶瓷刀具 的化学稳定性优于 Y T 1 5硬质合金 刀具 ，并且其 与工件 的亲和性及摩擦 因数较小 ，因而 加工表面质量较好 。采用 同一刀具切削加工粉末 冶金 零件 时 ，进给量，对表面粗糙度影 响最大 ，减 小进给 量可 以减小表面粗糙度值 。 3 在试 验过 程 中 ，在工 具 显微镜 下 观察 切 屑 和陶瓷刀具的磨损发现 切屑成短螺旋形 和 c形 ， 其外表呈锯齿形；刀具磨损主要是月牙洼磨损和轻度 的后刀面磨损 。 参考文献 【 1 】 朱从容， 王魄， 王春涛． 粉末冶金零件的车削加工[ J ] ． 机械工程师 ， 2 0 0 3 7 2 5 2 7 ． 【 2 】 辛民， 王西彬 ， 康运江， 等． 高速干切削铁基粉末冶金零 件时细晶粒硬质合金刀具的切削性能研究 [ J ] ． 工具技 术 ， 2 0 0 6 6 1 7 2 0 ． 【 3 】朱从容， 王魄． 粉末冶金零件的切削加工[ J ] ． 现代制造 工程 ， 2 0 0 3 1 2 6 1 6 2 ． 【 4 】陈成英， 林育阳， 杨聪斌 ， 等． 粉末冶金机械零件的切削 加工[ J ] ． 装备制造技术 ， 2 0 0 9 8 1 4 41 4 5 ． 中国机床工业 具备三方面良好基础 当前，中国的经济稳定健康发展，国家宏观调控和应对复杂局面的能力明显提高，国民经济各行业的结构 调整与产业升级将 导致制造装备 的更新 ，为机床行业提供持续 的发展机遇和空间 。还有国家装备制造业 的 “ 调 整 与振兴 ” 、“自主创新 ” 出台的一系列政 策 ，以及科 技重大专项 和国家培育和发展 战略性 新兴产业 等一 系列 方针政策 的实施 ，为机床行业的可持续发展提供 了良好 的政策环境和市场机遇。 在这样 的一个大好环境 中，中国也正在努力 向制造强 国迈进 ，这不仅要求机床产业整体转 型升级 ，而且要 加快原始创新的步伐。 目前，中国机床工业在几个方面拥有了良好的基础 一 是，国务院 “ 高档数控机床与基础制造装备”重大专项的出台是国家层面为促进中国机床产业跨越式发 展 的重大举措和部署 ，通过核心技术突破和资源集成 ，以完成 重大战略产 品 、关键共性 技术和重 大工程 。 “ 专 项 ”指 出了当前制造技术 的瓶颈和机床产品创新的主要方向。 二是 ，中国许 多机床集 团都 已经建立 了研究院或技术 中心 ，并在 国内外设立 了研究分支机构 ，积聚 了一批 科 研人才 、添置 了必要 的试验设备 和测试手段 ，正在承担 国家项 目、开展 有关研究 。例如 ，沈 阳机床集 团除设 计研究院外，在德国、北京和上海设立了分中心，分别从事高档数控机床开发、飞机零件加工技术和机床共性 技术 的研究 。 三是 ，不少高等 院校建立 了与机床有关 的国家 、部委和地方 的重点 实验室 和工程 中心 。例 如 ，湖南大学 的 国家高效磨削工程技术研究中心，上海理工大学的上海市高端机床测试中心等。 内容来源中华机械网