CN108972151B - 一种刀具材料使用性能的对比方法 - Google Patents

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Abstract

一种刀具材料使用性能的对比方法，按以下步骤进行：(1)准备不同刀具材料；(2)按相同制造参数分别制成刀具；检测主切削刃的表面粗糙度；(3)不同刀具材料分别制成块体材料，按制造参数进行表面磨削并检测表面粗糙度；(4)比较表面粗糙度，根据比较结果选择进行后续步骤；(5)对被加工材料进行切削加工，测得切削温度和切削力，计算压痕载荷值；(6)将经过表面磨削的不同块体材料分别加热切削温度，进行维氏压痕硬度测试，选择数值最大的材料作为适用刀具材料。本发明的方法对不同刀具材料进行硬度的测试，得到加工过程中不同刀具材料的硬度，可以准确判断不同刀具材料的适用性。

Description

一种刀具材料使用性能的对比方法
技术领域
本发明属于刀具技术领域，具体讲是涉及一种刀具材料使用性能的对比方法。
背景技术
刀具材料种类繁多，以硬质合金、高速钢等材料最为常见。硬质合金具有较高的强度、硬度以及断裂韧性，是一种可靠的工具材料，因此硬质合金刀具广泛应用于复合材料、钛合金、高温合金等材料的切削加工领域。
以硬质合金为例，硬质合金是以高硬度难熔金属的碳化物(WC、TiC)微米级粉末为主要成分，以钴(Co)或镍(Ni)、钼(Mo)为粘结剂，在真空炉或氢气还原炉中烧结而成的粉末冶金制品；因粘结剂的含量和成分的不同、碳化物种类和粒度的不同，硬质合金材料种类繁多。
通常硬质合金的测试环境与实际使用过程中的环境差别较大，特别是环境温度存在显著区别；在硬质合金刀具使用过程中，切削温度可达到700℃甚至更高；在如此高的切削温度下，硬质合金的性能可能产生较大的变化，因此常温下所测得的材料性能可能已不再适用。
发明内容
本发明的目的是提供一种刀具材料使用性能的对比方法，针对目前刀具材料难以准确选择的现状，在刀具材料与测试块体表面粗糙度一致的基础上，在一定切削温度下，通过对不同刀具材料进行硬度的测试，获得加工过程中不同刀具材料的硬度，判断不同刀具材料的适用性。
本发明的方法包括如下步骤：
1、准备不同刀具材料；
2、采用工具磨床将不同刀具材料按相同制造参数分别进行刀具制造，获得不同刀具；所述的制造参数为砂轮类型、磨削速度和磨削深度，记录刀具制造过程中的制造参数，并对各刀具的主切削刃进行表面粗糙度的检测，获得各刀具的刀具表面粗糙度；
3、采用不同刀具材料分别制成块体材料，并采用刀具制造过程中的制造参数，对块体材料进行表面磨削；并对表面磨削后的各块体材料进行表面粗糙度的检测，获得不同块体表面粗糙度；
4、对于同种刀具材料，比较其刀具表面粗糙度和块体表面粗糙度；当两者数值相差≤10％，则进行步骤5；当两者数值相差>10％，则调整块体材料加工时的制造参数，直至获得的刀具材料的块体表面粗糙度与刀具表面粗糙度的数值相差≤10％；
5、使用不同刀具中一种刀具对被加工材料进行切削加工，测得切削温度和切削力的数值；所述的切削加工为钻削加工、车削加工或铣削加工；根据切削力计算出压痕载荷值；其中采用钻削加工时，压痕载荷值为钻削轴向力的80％；若切削加工为车削加工或铣削加工时，压痕载荷值为切削力合力的50％，切削合力
Figure BDA0001759879590000021
其中FX、FY、FZ为三个方向上的切削力；
6、将经过表面磨削的不同块体材料分别加热至所述的切削温度，然后按所述的压痕载荷值，进行维氏压痕硬度测试，测得不同块体材料的维氏压痕硬度；对比各块体材料的维氏压痕硬度数值，选择数值最大的块体材料所对应的刀具材料，作为适用刀具材料。
上述的刀具材料选用高速钢、硬质合金、聚晶金刚石、CBN或陶瓷。
上述的被加工材料选用不锈钢、钛合金、45#钢、复合材料、高温合金或铝合金。
在对硬质合金刀具材料进行选择时，往往根据常温下测得的材料性能进行判断，导致实际使用过程中产生刀具崩刃、磨损过快等问题；因此，必须结合刀具的实际切削过程对刀具性能进行测试，才能得到较准确的刀具切削性能；选择何种型号的硬质合金材料作为刀具，对于保证加工质量、刀具寿命等至关重要；因此需要对硬质合金进行性能测试，确定其适用性；另外，新型刀具材料如聚晶金刚石、立方氮化硼等不断涌现，如何对不同刀具材料进行准确的性能判断，确定合适的刀具材料是进行刀具设计的重要因素。
硬度是衡量材料综合性能的指标之一；通常情况下，刀具的硬度需高于被切削材料的硬度，且硬度差异越大，刀具的切削性能越优良；目前针对刀具材料的选择大多依靠经验或者通过试制的方法；依据经验的选择往往人为因素影响较大，而试制的方法周期长、成本高；如何通过快速准确的刀具材料性能对比，针对不同被加工材料的切削情况选择合适的刀具材料是困扰刀具选择的重要因素；本发明在一定切削温度等条件下，对不同刀具材料进行硬度的测试，得到加工过程中不同刀具材料的硬度，进而可以判断不同刀具材料的适用性。
具体实施方式
本发明实施例中采用Kistler9257B三向测力仪测量切削力。
本发明实施例中采用TR240粗糙度仪测量表面粗糙度。
本发明实施例中维氏压痕硬度测试采用的测量方法按《CFRP/钛合金叠层材料制孔刀具磨损机理的研究》(印文典)。
实施例1
准备硬质合金YG6X和聚晶金刚石分别作为刀具材料01和刀具材料02；
采用工具磨床进行刀具制造，获得硬质合金YG6X刀具和聚晶金刚石刀具；刀具制造过程中采用的砂轮为金刚石砂轮、砂轮直径φ110mm，转速8000r/min，磨削深度0.01mm；
对硬质合金材料YG6X刀具和聚晶金刚石刀具的主切削刃分别进行表面粗糙度的检测，测得硬质合金YG6X刀具表面粗糙度Ra值0.4μm；聚晶金刚石刀具表面粗糙度Ra值为0.2μm；
采用硬质合金YG6X和聚晶金刚石分别制成块体材料01(硬质合金YG6X块体)和块体材料02(聚晶金刚石块体)，并采用的砂轮进行表面磨削的，砂轮为金刚石砂轮、砂轮直径φ110mm，转速8000r/min，磨削深度0.01mm；并对表面磨削后的块体材料01和块体材料02分别进行表面粗糙度的检测；获得硬质合金YG6X块体表面粗糙度Ra值0.38μm；聚晶金刚石块体表面粗糙度Ra值0.22μm；
两个刀具材料所制备的刀具及块体材料的粗糙度值均≤10％，直接进行下一步骤；
使用硬质合金YG6X刀具对钛合金进行钻削加工试验，钻削加工时的主轴转速为600r/min，进给速度为55mm/min，采用三向测力仪测量切削力，采用热电偶测量切削温度，测的轴向力为600N，切削温度为250℃；
将经过表面磨削的的硬质合金YG6X块体和聚晶金刚石块体加热至切削温度250℃，并进行维氏压痕硬度测试；维氏压痕硬度测试中所选择的载荷按600N×80％＝480N；测的硬质合金YG6X块体的维氏压痕硬度为HV950MPa，聚晶金刚石块体的维氏压痕硬度为HV8200MPa；选择聚晶金刚石材料作为加工钛合金的适用刀具材料。

Claims (3)

1.一种刀具材料使用性能的对比方法，其特征在于按以下步骤进行：
（1）准备不同刀具材料；
（2）采用工具磨床将不同刀具材料按相同制造参数分别进行刀具制造，获得不同刀具；所述的制造参数为砂轮类型、磨削速度和磨削深度，记录刀具制造过程中的制造参数，并对各刀具的主切削刃进行表面粗糙度的检测，获得各刀具的刀具表面粗糙度；
（3）采用不同刀具材料分别制成块体材料，并采用刀具制造过程中的制造参数，对块体材料进行表面磨削；并对表面磨削后的各块体材料进行表面粗糙度的检测，获得不同块体表面粗糙度；
（4）对于同种刀具材料，比较其刀具表面粗糙度和块体表面粗糙度；当两者数值相差≤10%刀具表面粗糙度，则进行步骤5；当两者数值相差>10%刀具表面粗糙度，则调整块体材料加工时的制造参数，直至获得的刀具材料的块体表面粗糙度与刀具表面粗糙度的数值相差≤10%刀具表面粗糙度；
（5）使用不同刀具中一种刀具对被加工材料进行切削加工，测得切削温度和切削力的数值；所述的切削加工为钻削加工、车削加工或铣削加工；根据切削力计算出压痕载荷值；其中采用钻削加工时，压痕载荷值为钻削轴向力的80%；若切削加工为车削加工或铣削加工时，
压痕载荷值为切削力合力的50%，切削合力
Figure 432980DEST_PATH_IMAGE002
，其中F X 、F Y 、F Z 为三个方 向上的切削力；
（6）将经过表面磨削的不同块体材料分别加热至所述的切削温度，然后按所述的压痕载荷值，进行维氏压痕硬度测试，测得不同块体材料的维氏压痕硬度；对比各块体材料的维氏压痕硬度数值，选择数值最大的块体材料所对应的刀具材料，作为适用刀具材料。
2.根据权利要求1所述的一种刀具材料使用性能的对比方法，其特征在于所述的刀具材料选用高速钢、硬质合金、聚晶金刚石、CBN或陶瓷。
3.根据权利要求1所述的一种刀具材料使用性能的对比方法，其特征在于所述的被加工材料选用不锈钢、钛合金、45#钢、复合材料、高温合金或铝合金。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113182567B (zh) * 2021-03-31 2022-05-10 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种数控铣削刀具快速试切及切削参数优选方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0002782A2 (en) * 1977-12-22 1979-07-11 KEARNEY & TRECKER CORPORATION Unmanned machining center with tool checking
CN1671507A (zh) * 2002-07-30 2005-09-21 西铁城时计株式会社 机床上的刀具选择方法及控制装置以及数值控制车床
CN101625298A (zh) * 2009-08-20 2010-01-13 北京航空航天大学 一种切削刀具材料快速选择方法
CN104267671A (zh) * 2014-09-25 2015-01-07 江南大学 一种数控加工刀具智能选择方法及其系统
CN104942349A (zh) * 2015-06-30 2015-09-30 哈尔滨理工大学 淬硬钢铣刀的优选方法、车门铣削方法及凸曲面试件
CN107976956A (zh) * 2017-11-22 2018-05-01 沈阳机床股份有限公司 数控机床的多目标切削数据生成算法及切割参数优化方法
CN108362590A (zh) * 2018-02-06 2018-08-03 沈阳航空航天大学 一种面向难加工材料切削的刀具材料选择方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0002782A2 (en) * 1977-12-22 1979-07-11 KEARNEY & TRECKER CORPORATION Unmanned machining center with tool checking
CN1671507A (zh) * 2002-07-30 2005-09-21 西铁城时计株式会社 机床上的刀具选择方法及控制装置以及数值控制车床
CN101625298A (zh) * 2009-08-20 2010-01-13 北京航空航天大学 一种切削刀具材料快速选择方法
CN104267671A (zh) * 2014-09-25 2015-01-07 江南大学 一种数控加工刀具智能选择方法及其系统
CN104942349A (zh) * 2015-06-30 2015-09-30 哈尔滨理工大学 淬硬钢铣刀的优选方法、车门铣削方法及凸曲面试件
CN107976956A (zh) * 2017-11-22 2018-05-01 沈阳机床股份有限公司 数控机床的多目标切削数据生成算法及切割参数优化方法
CN108362590A (zh) * 2018-02-06 2018-08-03 沈阳航空航天大学 一种面向难加工材料切削的刀具材料选择方法

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