百奧氏體不銹鋼具有良好的耐腐蝕、耐酸、耐堿等特性,在許多領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用。在機械加工中,奧氏體不銹鋼具有高溫強度高、熱導(dǎo)率低、加工硬化現(xiàn)象嚴(yán)重等特點,因此在鉆削加工時存在排屑困難、切削力大、切削溫度較高、刀具磨損嚴(yán)重等問題。
高速鋼涂層鉆頭具有高硬度、高強度、高韌性、高耐磨性的優(yōu)點,已廣泛應(yīng)用于機械加工領(lǐng)域。最初應(yīng)用的TiN涂層由于其較低的耐氧化性以及較低的硬度,已不能適應(yīng)高強度耐熱合金材料的生產(chǎn)加工。TiAlN涂層化學(xué)穩(wěn)定性好,高溫抗氧化磨損性能好,可應(yīng)用于高速切削加工。TiCN涂層較TiAlN涂層具有更小的摩擦因數(shù)。
航空科學(xué)基金資助項目(04H57001)在低溫時具有更高的硬度,因此更適合于中低速切削的應(yīng)用場合。在難加工材料的切削中,TiAlN和TiCN涂層刀具有逐漸取代TiN涂層刀具的趨勢h21.本文應(yīng)用自行開發(fā)的TiN、TiAlN和TiCN涂層高速鋼專用麻花鉆對1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼進行鉆削試驗,對比這三種鉆頭的刀具壽命以及刀具的磨損情況,得出了這三種涂層鉆頭的磨損機理,對實現(xiàn)奧氏體不銹鋼的高效率、高精度鉆削具有指導(dǎo)意義。
1試驗條件主要試驗裝置有DMU70V高速加工中心、Kistler9272型測力儀、Nikon顯微鏡及拍照系鉆削條件為:切削速度12 0.12~0.16mm/r,切削液為乳化液。加工工件材元素CSiMnCoP質(zhì)量分?jǐn)?shù)表2 M35高速鋼成分元素CMnPSSi質(zhì)量分?jǐn)?shù)表3TiN、TiAlN.TiCN涂層主要特性涂層特性TiNTiAlNTiCN維氏硬度(常溫)(GPa)23.825.127.7氧化溫度(°c)620840720摩擦因數(shù)0.650.700.45晶體結(jié)構(gòu)面心立方晶體面心立方晶體面心立方晶體TiNTiAINTiCN涂層鉆頭磨損曲線2.2鉆削力與變形系數(shù)研究三種涂層鉆頭鉆削1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼的鉆削力和扭矩如所示,切屑的變形系數(shù)如所示。由可以看出,在加工初期(第20孔),T遇涂層鉆頭切削力較大,而TiAlN、TiCN涂層鉆削力相差不大。
由可以看出,在加工初期TiN涂層鉆頭切屑的變形系數(shù)最大,TiCN涂層鉆頭切屑的變形系數(shù)最小。通過研究發(fā)現(xiàn),軸向鉆削力的變化趨勢與變形系數(shù)的變化層鉆頭各一支,使用 在切削過程中,以后刀面磨損帶最大寬度的平均磨損量作為刀具壽命評判的依據(jù)。本試驗選取上述三種涂層鉆頭在切削過程中加工至不同孔數(shù)的后刀面形貌進行拍照,通過專用軟件測量得到其后刀面磨損量,繪制的加工孔數(shù)一后刀面磨1.軸向力2.扭矩加工初始階段(第20孔)切屑變形系鉆削力。扭矩對比圖數(shù)對比圖趨勢較為接近,變形系數(shù)的變化能夠近似地反映軸向鉆削力的變化。
在加工初始,由于涂層對刀具基體的保護作用,三種涂層鉆頭的切削力以及扭矩差別不大,因此,三種涂層鉆頭加工奧氏體不銹鋼產(chǎn)生的切屑的變形系數(shù)差別也不大。隨著切削過程的進行,TiN涂層鉆頭切屑的變形系數(shù)迅速增大。這是由于TiN涂層抗磨損能力最弱,隨著涂層的剝落,鉆頭前刀面基體暴露出來,切屑與前刀面之間的摩擦系數(shù)增大,阻礙了切屑從螺旋槽中排出,隨著新切屑的生成,對原有切屑產(chǎn)生嚴(yán)重的擠壓作用,導(dǎo)致了嚴(yán)重的二次變形,使得切屑的變形系數(shù)迅速增大。