CN109187253A - 一种刀具材料与被加工材料匹配性的测试方法 - Google Patents

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Abstract

一种刀具材料与被加工材料匹配性的测试方法，按以下步骤进行：将刀具材料制成刀具及块体材料，检测刀具主切削刃表面粗糙度；制成块体表面磨削后检测表面粗糙度；根据两个粗糙度的检测结果选择后续步骤；采用刀具对被加工材料切削加工，测得切削温度和压痕载荷数值；块体材料和被加工材料分别加热至切削温度，进行维氏压痕硬度测试；比较上述两种维氏压痕硬度；判断刀具材料与被加工材料的匹配性。本发明的方法通过刀具材料硬度和被加工材料硬度的对比，可以准确的进行刀具适用性的判断。

Description

一种刀具材料与被加工材料匹配性的测试方法
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与被加工材料匹配性的测试方法。
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。
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。
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；目前针对硬质合金材料性能的测试主要是在常温下进行，测量内容包括硬度、强度、弹性模量等。
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与被加工材料匹配性的测试方法，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，在一定切削温度下对刀具材料进行硬度的测试，获得加工过程中刀具材料的硬度，判断刀具材料与被加工材料的匹配性。
本发明的方法包括如下步骤：
1、准备刀具材料；
2、采用工具磨床对刀具材料进行刀具制造，制成刀具；记录加工参数，并检测刀具主切削刃的表面粗糙度，获得刀具表面粗糙度；所述的加工参数为砂轮类型、磨削速度和磨削深度；
3、将刀具材料制成块体材料，并采用刀具制造过程中的加工参数，对块体材料进行表面磨削，检测表面磨削后的块体材料的表面粗糙度，获得块体表面粗糙度；
4、比较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；当两者相差>10％，则调整刀具制造和表面磨削时的加工参数，重复步骤2和3，直至块体表面粗糙度与刀具表面粗糙度的数值相差≤10％；
5、采用所述的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；根据切削力计算压痕载荷数值；所述的切削加工为钻削加工、车削加工或铣削加工；当采用钻削加工时，压痕载荷数值为切削轴向力的80％；当采用车削加工或铣削加工时，压痕载荷数值为切削力合力的50％，切削合力其中FX、FY、FZ为三个方向上的切削力；
6、将表面磨削后的块体材料加热至所述的切削温度，并采用所述的压痕载荷数值在其表面进行维氏压痕硬度测试，测得刀具材料的维氏压痕硬度；
7、将被加工材料加热至所述的切削温度，并采用所述的压痕载荷数值在其表面上进行维氏压痕硬度测试，测得被加工材料的维氏压痕硬度；
8、比较上述两种维氏压痕硬度；若刀具材料的维氏压痕硬度H1小于被加工材料的维氏压痕硬度，则该刀具材料制备的刀具不适用于该被加工材料的切削加工；若刀具材料的维氏压痕硬度大于被加工材料的维氏压痕硬度H2的两倍以上，则该刀具材料制备的刀具适用于该被加工材料的切削加工；若刀具材料的维氏压痕硬度大于被加工材料的维氏压痕硬度，但不大于被加工材料的维氏压痕硬度的两倍以上，则判断该刀具材料制成的刀具能够用于该被加工材料的切削加工但使用寿命较短。
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；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。
本发明的方法在刀具表面粗糙度和测试块体表面粗糙度一致的基础上，通过对刀具材料和被加工材料硬度的测试，可以得到加工过程中材料的硬度，并通过刀具材料硬度和被加工材料硬度的对比，可以准确的进行刀具适用性的判断。
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
选择硬质合金YG6X作为刀具材料；
采用工具磨床对刀具材料进行刀具制造，制成刀具；记录加工参数，并检测刀具主切削刃的表面粗糙度，获得刀具表面粗糙度Ra值0.4μm；加工参数中砂轮为金刚石砂轮，砂轮直径φ110mm，转速8000r/min，磨削深度0.01mm；
将硬质合金YG6X制成块体材料，并采用刀具制造过程中的加工参数，对块体材料进行表面磨削，检测表面磨削后的块体材料的表面粗糙度，获得块体表面粗糙度Ra值0.38μm；
刀具表面粗糙度和块体表面粗糙度的数值相差≤10％，直接进行下一个步；
采用所述的刀具对被加工材料钛合金进行钻削加工，加工时的主轴转速为600r/min，进给速度为55mm/min，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℃；
将表面磨削后的块体材料加热至250℃，并采用所述的压痕载荷数值在其表面进行维氏压痕硬度测试，测试中所选择的压痕载荷按600N×80％＝480N，测得刀具材料的维氏压痕硬度为HV950MPa；
将被加工材料加热至250℃，并采用所述的压痕载荷数值在其表面进行维氏压痕硬度测试，测试中所选择的压痕载荷按600N×80％＝480N，测得被加工材料的维氏压痕硬度为HV844MPa；
刀具材料的维氏压痕硬度大于被加工材料的维氏压痕硬度，但不大于被加工材料的维氏压痕硬度的两倍以上，则判断该刀具材料制成的刀具能够用于该被加工材料的切削加工但使用寿命较短。

Claims (3)

1.一种刀具材料与被加工材料匹配性的测试方法，其特征在于按以下步骤进行：
(1)准备刀具材料；
(2)采用工具磨床对刀具材料进行刀具制造，制成刀具；记录加工参数，并检测刀具主切削刃的表面粗糙度，获得刀具表面粗糙度；所述的加工参数为砂轮类型、磨削速度和磨削深度；
(3)将刀具材料制成块体材料，并采用刀具制造过程中的加工参数，对块体材料进行表面磨削，检测表面磨削后的块体材料的表面粗糙度，获得块体表面粗糙度；
(4)比较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；当两者相差>10％，则调整刀具制造和表面磨削时的加工参数，重复步骤2和3，直至块体表面粗糙度与刀具表面粗糙度的数值相差≤10％；
(5)采用所述的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；根据切削力计算压痕载荷数值；所述的切削加工为钻削加工、车削加工或铣削加工；当采用钻削加工时，压痕载荷数值为切削轴向力的80％；当采用车削加工或铣削加工时，压痕载荷数值为切削力合力的50％，切削合力其中FX、FY、FZ为三个方向上的切削力；
(6)将表面磨削后的块体材料加热至所述的切削温度，并采用所述的压痕载荷数值在其表面进行维氏压痕硬度测试，测得刀具材料的维氏压痕硬度；
(7)将被加工材料加热至所述的切削温度，并采用所述的压痕载荷数值在其表面上进行维氏压痕硬度测试，测得被加工材料的维氏压痕硬度；
(8)比较上述两种维氏压痕硬度；若刀具材料的维氏压痕硬度H1小于被加工材料的维氏压痕硬度，则该刀具材料制备的刀具不适用于该被加工材料的切削加工；若刀具材料的维氏压痕硬度大于被加工材料的维氏压痕硬度H2的两倍以上，则该刀具材料制备的刀具适用于该被加工材料的切削加工；若刀具材料的维氏压痕硬度大于被加工材料的维氏压痕硬度，但不大于被加工材料的维氏压痕硬度的两倍以上，则判断该刀具材料制成的刀具能够用于该被加工材料的切削加工但使用寿命较短。
2.根据权利要求1所述的一种刀具材料与被加工材料匹配性的测试方法，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与被加工材料匹配性的测试方法，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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