外文翻譯--切削側(cè)表面刀具的磨損高速干切削.doc

附錄1外文譯文第四章切削側(cè)表面刀具的磨損高速干切削4.1前言許多不同類型的切削刀具都存在著不同程度的磨損，無論是在側(cè)面、凹面或凸面。側(cè)面磨損技術(shù)源于平面技術(shù)在新興邊緣摩擦工作面的發(fā)展；主要原因是摩擦表面的數(shù)字顯示見圖4-1。它可以測量側(cè)面磨損的寬度(VB).對于凹面磨損來說由于存在磨粒磨損及其擴展于黏附。因此凹面磨損需測量凹陷的深度(KT)。凸面磨損與側(cè)面磨損的原理基本相同。一般經(jīng)常用到的是磨損寬度VB和凹陷深度KT(見圖4-2)因為他們可以比較清楚的反映出加工工件的路徑。然而,凸面則顯得更難以測量。在機械工程發(fā)展的過程中側(cè)面磨損被廣泛的用于大量測量磨損的標準。圖4-2顯示了機械磨損的結(jié)果，這表明了側(cè)面磨損技術(shù)標志著一個新的切削時代的到來。最初的高速磨損經(jīng)常發(fā)生在切削過程的開始階段。第二個區(qū)域也是比較好的一個區(qū)域它處于一個穩(wěn)定或接近穩(wěn)定的磨損率，其磨損率主要取決于切削速度和切削刃。第三個區(qū)域也是最后一個區(qū)域，在這個區(qū)域里磨損率將迅速增長他將導(dǎo)致切削刃毀滅性的破壞。對這一現(xiàn)象的解釋是,側(cè)面與工作面的摩擦而導(dǎo)致溫度的升高，從而引起連鎖反應(yīng)使得溫度迅速升高。4.1.1碳化鐵自從碳化鐵被用于刀具的原材料以來它就大量的作為刀具生產(chǎn)的原料。這種材料的制作是通過粉末冶金技術(shù)的微粒燒結(jié)和加如金屬粘合擠而成的高硬度碳化物。與高速鋼相比，這種碳化鐵提供了較好的硬度和在較高溫度下的熱化學穩(wěn)定性。作為金屬粉末產(chǎn)品，這種碳化鐵可以生產(chǎn)出不同檔次的產(chǎn)品以應(yīng)用于不同領(lǐng)域。這種技術(shù)可以加工各種不同幾何形狀的工件，當然也可以用特制的刀具夾頭或較昂貴的黃銅手柄放在上面。這種化學膠結(jié)碳化物的組成通常包括碳化鎢(WC)，碳化鈦(TiC)和碳化鉭(TaC)且用鈷作為粘合擠。對于上述化學物質(zhì)每個公司都有自己的混合比例。就碳化鐵的機械特性來說，如可延展性和韌性取決于其中所含碳化物的等級和密度。此外,碳化鐵的硬度及抗壓強度在1100C時如能達到800MPa則TiC的含量將達到12%，如要使其硬度在800C達到1.5GPa時則合金的比例分配將是TiC19%，TaC16%和Co9.5%。圖4-1刀具的磨損圖4-2切削過程中側(cè)面的磨損狀況4.2涂層從70年代初涂層技術(shù)開始引進以來導(dǎo)致了硬質(zhì)合金涂層生產(chǎn)的極大提高。此后這種涂層技術(shù)幾乎應(yīng)用于各種切割刀具。涂層就像一堵屏障以防止切削碎片和原料的工作表面發(fā)生相互作用。到目前為止已經(jīng)開發(fā)出了各種不同類型的涂層材料，包括氮化鈦（TiN）,碳化鈦（TiC），三氧化二鋁（AL2O3）和氮化鋯（ZrN）。一般來說,其硬度高于200VDH并在鐵的參合下溶解性極低。在機械設(shè)備中的鋼和鐵都存在銹蝕和脫落的問題，這些涂層能夠使延長他們的使用壽命。但是涂層技術(shù)并不能應(yīng)用于防止切削刀具的折斷與破損。在刀具上應(yīng)用涂層TiN,TiCN和A12O3顯示了其具有阻礙和降低刀具表面的磨損的作用。以下是常用的涂層技術(shù)：4.2.1單層涂層這種技術(shù)是將TiC以化學蒸汽的形式沉積到硬質(zhì)合金表面上而提出的。然而,在使用這個過程中的缺點是硬質(zhì)合金上的涂層會帶走金屬表面的碳。這將打破化學平衡和刀具成分的變化從而使涂層和刀具本體的分界層變的比較脆，這將使刀具在切入工件時在刀具邊緣出現(xiàn)容易斷裂的結(jié)果。4.2.2多層涂層這種類型涂層技術(shù)的提及被稱為“三明治”涂層，根據(jù)涂層材料的不同而有不同的組合最多可顯示多達8層以上涂層。這種“三明治”涂層技術(shù)的最后一層厚度能達到10-15微米，它遠遠大于進行涂層過程中的第一層涂層。但是，第一涂層將是最佳結(jié)合性能單一涂層。多層涂層技術(shù)一般由TiN/TiCN/AL2O3涂層，TiN/AL2O3/TiC/TiCN涂層或者它們之間的組合。另一方面，涂層中也引進了一些張力與壓力的概念以提高刀具抗拒機械沖擊的過程。在側(cè)面磨損與凹面磨損之間有著不同類型的涂層。TiN涂層用于凹面的抗磨性比TiC涂層好而在側(cè)面上用TiC涂層將比TiN涂層的抗磨性好。但是，在側(cè)面或凹面上采用涂層AL2O3的抗磨效果幾乎是相同的，就像在側(cè)面上采用碳化物涂層及在凹面上采用氮化物涂層一樣。最近報道顯示，塑料在抗變形能力上將比其他材料要優(yōu)越的多因而在抗磨性上有取代鋁化物涂層的趨勢。4.3干燥條件下機械磨損的研究關(guān)于刀具的使用壽命實驗數(shù)據(jù)在第三章已加以論述，機械磨損的研究將在4.4節(jié)、4.5節(jié)和4.6節(jié)加以論述。通過這幾節(jié)的論述將加深對涂層技術(shù)研究的理解提供有益的啟示，優(yōu)化機械操作和對涂層材料及涂層技術(shù)的改進提供必要的知識。因為磨削類型的分類是根據(jù)切削速度來進行的，所以對微小磨削非傳統(tǒng)切削速度（即HSM）的研究將是非常必要的。通過這次實驗將首次對磨削壽命及高速干切削條件下的微型機械磨削進行研究。對于非傳統(tǒng)切削速度的重要性是他能縮短生產(chǎn)時間、增加盈利及減少機械故障。4.4碳化鐵機械磨損的實驗觀察干燥條件下的機械切削在這一節(jié)中將對碳化鐵刀具切入4140鋼時的微型機械磨削進行實驗和觀察。根據(jù)圖4-3A顯示切削刀具在達到最大磨損極限時的切削速度通常是180m/min。它顯示了滑移磨損出現(xiàn)在刀具工作表面的側(cè)面位置，即滑移產(chǎn)生在工件表面和刀具切入的側(cè)面?？梢钥闯鲈趥?cè)面磨損中切入深度達到最大時的磨削深度。然而將側(cè)面進行放大1500倍后，如圖4-3B，則能看見微小的滑痕。在對鎢化鐵刀具進行實驗時其結(jié)論也幾乎是相同的。隨著切削速度的增加，在切削速度達到180m/min時溫度可增加到1115；從而導(dǎo)致硬度的急劇下降。圖4-3B顯示了機械磨損的微小滑痕，這在鈷作為切入材料的粘合劑時得到了證實，碳的顆粒將在側(cè)面上產(chǎn)生而粘在粘合劑上。因此，它的結(jié)論是在切削速度達到180m/min時，滑移和微小滑痕都將出現(xiàn)。圖4-4A顯示了在干燥條件下切入時切削速度達到150m/min的滑移磨損現(xiàn)象。切入側(cè)面的邊緣出現(xiàn)了典型的相互平行的滑移磨損溝槽。它類似于碳化鎢的滑痕半徑30微米。（A）切削速度在180m/min時的滑移磨損顯微圖（B）切削速度在180m/min時的滑痕顯微圖圖4-3切速180m/min時的放大圖（A）切削速度在180m/min時的滑移磨損顯微圖（B）切削速度在180m/min時的滑痕顯微圖其它類型的機械微小磨