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(wú)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(jiàn)圖4-1。它可以測(cè)量側(cè)面磨損的寬度(VB).對(duì)于凹面磨損來(lái)說(shuō)由于存在磨粒磨損及其擴(kuò)展于黏附。因此凹面磨損需測(cè)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(jiàn)圖4-2)因?yàn)樗麄兛梢员容^清楚的反映出加工工件的路徑。然而,凸面則顯得更難以測(cè)量。在機(jī)械工程發(fā)展的過(guò)程中側(cè)面磨損被廣泛的用于大量測(cè)量磨損的標(biāo)準(zhǔn)。圖4-2顯示了機(jī)械磨損的結(jié)果，這表明了側(cè)面磨損技術(shù)標(biāo)志著一個(gè)新的切削時(shí)代的到來(lái)。最初的高速磨損經(jīng)常發(fā)生在切削過(guò)程的開(kāi)始階段。第二個(gè)區(qū)域也是比較好的一個(gè)區(qū)域它處于一個(gè)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(gè)區(qū)域也是最后一個(gè)區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域里磨損率將迅速增長(zhǎng)他將導(dǎo)致切削刃毀滅性的破壞。對(duì)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(lái)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(guò)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(xué)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(dāng)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(xué)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(duì)于上述化學(xué)物質(zhì)每個(gè)公司都有自己的混合比例。就碳化鐵的機(jī)械特性來(lái)說(shuō)，如可延展性和韌性取決于其中所含碳化物的等級(jí)和密度。此外,碳化鐵的硬度及抗壓強(qiáng)度在1100C時(shí)如能達(dá)到800MPa則TiC的含量將達(dá)到12%，如要使其硬度在800C達(dá)到1.5GPa時(shí)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(guò)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(kāi)始引進(jìn)以來(lái)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(kāi)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(lái)說(shuō),其硬度高于200VDH并在鐵的參合下溶解性極低。在機(jī)械設(shè)備中的鋼和鐵都存在銹蝕和脫落的問(wèn)題，這些涂層能夠使延長(zhǎng)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(xué)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(gè)過(guò)程中的缺點(diǎn)是硬質(zhì)合金上的涂層會(huì)帶走金屬表面的碳。這將打破化學(xué)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(shí)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(dá)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(dá)到10-15微米，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于進(jìn)行涂層過(guò)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(jìn)了一些張力與壓力的概念以提高刀具抗拒機(jī)械沖擊的過(guò)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(bào)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(shì)。4.3干燥條件下機(jī)械磨損的研究關(guān)于刀具的使用壽命實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在第三章已加以論述，機(jī)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(guò)這幾節(jié)的論述將加深對(duì)涂層技術(shù)研究的理解提供有益的啟示，優(yōu)化機(jī)械操作和對(duì)涂層材料及涂層技術(shù)的改進(jìn)提供必要的知識(shí)。因?yàn)槟ハ黝愋偷姆诸愂歉鶕?jù)切削速度來(lái)進(jìn)行的，所以對(duì)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(guò)這次實(shí)驗(yàn)將首次對(duì)磨削壽命及高速干切削條件下的微型機(jī)械磨削進(jìn)行研究。對(duì)于非傳統(tǒng)切削速度的重要性是他能縮短生產(chǎn)時(shí)間、增加盈利及減少機(jī)械故障。4.4碳化鐵機(jī)械磨損的實(shí)驗(yàn)觀察干燥條件下的機(jī)械切削在這一節(jié)中將對(duì)碳化鐵刀具切入4140鋼時(shí)的微型機(jī)械磨削進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和觀察。根據(jù)圖4-3A顯示切削刀具在達(dá)到最大磨損極限時(shí)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(dá)到最大時(shí)的磨削深度。然而將側(cè)面進(jìn)行放大1500倍后，如圖4-3B，則能看見(jiàn)微小的滑痕。在對(duì)鎢化鐵刀具進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)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(dá)到180m/min時(shí)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(jī)械磨損的微小滑痕，這在鈷作為切入材料的粘合劑時(shí)得到了證實(shí)，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(dá)到180m/min時(shí)，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(shí)切削速度達(dá)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(shí)的滑移磨損顯微圖（B）切削速度在180m/min時(shí)的滑痕顯微圖圖4-3切速180m/min時(shí)的放大圖（A）切削速度在180m/min時(shí)的滑移磨損顯微圖（B）切削速度在180m/min時(shí)的滑痕顯微圖其它類型的機(jī)械微小磨