CN110987701A

CN110987701A - 一种铣削刀具涂层磨损性能检测方法

Info

Publication number: CN110987701A
Application number: CN201911311091.XA
Authority: CN
Inventors: 章伟; 黄威武; 刘敏; 陈响明; 王春秀
Original assignee: Zhuzhou Cemented Carbide Cutting Tools Co Ltd
Current assignee: Zhuzhou Cemented Carbide Cutting Tools Co Ltd
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2020-04-10

Abstract

本发明公开了一种铣削刀具涂层磨损性能检测方法，包括以下步骤：制作带待检测涂层的圆柱形刀具；将圆柱形刀具安装至铣床上，安装测试工件，并将测试工件与测力装置连接；设置圆柱形刀具的切削参数，逐渐将圆柱形刀具在凹槽所在侧面与测试工件接触，并在圆柱形刀具和测试工件之间加载径向力Fy；当径向力Fy等于设定正压力值Fn时，记录初始时间为t1，并启动圆柱形刀具按所设置的切削参数开始旋转与线性运动；保持Fy＝Fn，通过测力装置检测测试工件所受到的切削力Fx；当切削力Fx逐渐增加并达到一个接近设定无涂层切削力fn的稳定值时，停止圆柱形刀具动作，并记录测试时间为tn，得出涂层磨损性能指标Tn＝tn‑t1，稳定可靠、效率高且成本低。

Description

一种铣削刀具涂层磨损性能检测方法

技术领域

本发明涉及金属切削加工领域，尤其涉及一种铣削刀具涂层磨损性能检测方法。

背景技术

现有技术中，铣削刀具涂层的磨损性能检测多采用摩擦磨损试验机在设定压力下，与磨片/磨盘/磨球平面接触进行连续相对旋转或线性摩擦运动以进行检测，这种检测方式存在以下不足：一、相对运动摩擦方式与实际铣削过程存在较大差异，实际铣削过程中，涂层的磨损为非连续的、回转与平移复合运动；二、磨片/磨盘/磨球为砂轮、高硬度氧化铝等材质，与实际工件性能差异大，在指定温度与压力条件下，这种方法仅反映涂层磨粒磨损、氧化磨损，未考虑粘结磨损和涂层与工件之间的亲和性导致的扩散磨损等，因此，这种检测方式仅可以作为一个参考，与实际应用中的磨损性能相差较大。

为了检测结果更加贴近实际铣削加工过程，通常还是以实际铣削测试为准，即制作标准的铣削刀具，涂覆待测涂层类型，针对特定的工件材料，进行实际的铣削加工试验，但制造标准铣刀试验品周期更长，成本更高，为完成一个新开发的刀具涂层不同加工条件下的磨损性能，切削试验测试将消耗大量的工件材料，成本极高，且铣削为断续加工，加工过程中冲击引起的涂层剥落、刃口崩缺等现象，导致同一涂层刀具样品切削寿命存在一定的偶然性与分散性，无法单独评价涂层的耐磨损性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种稳定可靠、效率高且成本低的铣削刀具涂层磨损性能检测方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种铣削刀具涂层磨损性能检测方法，包括以下步骤：

S1、制作带待检测涂层的圆柱形刀具，在测试工件侧面上开设平行于上表面的凹槽，凹槽至上表面的厚度为b；

S2、将所述圆柱形刀具安装至铣床上，安装所述测试工件，并将测试工件与测力装置连接；

S3、设置所述圆柱形刀具的转速N、进给速度fz、切宽Ae、切深Ap等切削参数，逐渐将所述圆柱形刀具在所述凹槽所在侧面与所述测试工件接触，并在圆柱形刀具和测试工件之间加载径向力Fy；

S4、当径向力Fy等于设定正压力值Fn时，记录初始时间为t1，并启动圆柱形刀具按所设置的切削参数开始旋转与线性运动；

S5、保持Fy＝Fn，通过测力装置检测测试工件所受到的切削力Fx；

S6、当切削力Fx逐渐增加并达到一个接近设定无涂层切削力fn的稳定值时，停止圆柱形刀具动作，并记录测试时间为tn，得出涂层磨损性能指标Tn＝tn-t1。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述圆柱形刀具的直径为d，在所述步骤S3中，切宽Ae＝0，切深Ap＝b，且Ap≤d。

所述凹槽深度为a，0mm≤a≤5mm。

所述设定无涂层切削力fn通过不涂层合金棒在所述步骤S3中的切削参数下检测得出。

在所述步骤S5中，通过修正铣削刀具的位置保持Fy＝Fn。

在所述步骤S6中，当-30N≤Fx-fn≤30N时，记录测试时间tn。

在所述步骤S6中，若待检测涂层为多层涂层，在Fx每次增加并达到一个稳定值时，依次记录测试时间为tn1、tn2、……、tnN。

在所述步骤S2中，将测力装置中的测力面板安装至所述测试工件的下表面，将测力面板依次与放大器、数据采集器和数据处理器连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的铣削刀具涂层磨损性能检测方法，模拟铣削加工的走刀方式，并将磨片对象设置为特定的工件材料，可以理想地模拟实际铣削加工中刀具涂层的磨损方式，且采用带待检测涂层的圆柱形刀具，避免了实际铣削刀具铣削过程中断续加工的冲击引起的涂层剥落、刃口崩缺导致的涂层磨损性能测试数据偶然与离散，使检测结果更加稳定可靠，当切削力Fx逐渐增加并达到一个接近设定无涂层切削力fn的稳定值时即可停止刀具的动作，操作简单，效率高，且在整个检测过程中，消耗的工件材料非常少，且不需要制作标准的铣削刀具，大幅降低了检测成本。

附图说明

图1是本发明铣削刀具涂层磨损性能检测方法的检测装置的示意图。

图2是本发明铣削刀具涂层磨损性能检测方法所用的测试工件的主视图。

图3是本发明铣削刀具涂层磨损性能检测方法所用的测试工件的俯视图。

图4是本发明铣削刀具涂层磨损性能检测方法中Fx和Fy变化曲线图。

图中各标号表示：

1、圆柱形刀具；2、测试工件；21、凹槽；31、测力面板；32、放大器；33、数据采集器；34、数据处理器。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明的铣削刀具涂层磨损性能检测方法，采用如图1所示的检测装置实施，包括以下步骤：

S1、制作带待检测涂层的圆柱形刀具1，在测试工件2侧面上开设平行于上表面的凹槽21，凹槽21至上表面的厚度为b；

S2、将圆柱形刀具1安装至铣床上，安装测试工件2，并将测试工件2与测力装置连接；

S3、设置圆柱形刀具1的转速N、进给速度fz、切宽Ae、切深Ap等切削参数，逐渐将圆柱形刀具1在凹槽21所在侧面与测试工件2接触，并在圆柱形刀具1和测试工件2之间加载径向力Fy；

S4、当径向力Fy等于设定正压力值Fn时，记录初始时间为t1，并启动圆柱形刀具1按所设置的切削参数开始旋转与线性运动；

S5、保持Fy＝Fn，通过测力装置3检测测试工件2所受到的切削力Fx；

S6、当切削力Fx逐渐增加并达到一个接近设定无涂层切削力fn的稳定值时，停止圆柱形刀具1动作，并记录测试时间为tn，得出涂层磨损性能指标Tn＝tn-t1。

本发明的铣削刀具涂层磨损性能检测方法，模拟铣削加工的走刀方式，并将磨片对象设置为特定材料的测试工件2，可以理想地模拟实际铣削加工中刀具涂层的磨损方式，且采用带待检测涂层的圆柱形刀具1，避免了实际铣削刀具铣削过程中断续加工的冲击引起的涂层剥落、刃口崩缺导致的涂层磨损性能测试数据偶然与离散，使检测结果更加稳定可靠，当切削力Fx逐渐增加并达到一个接近设定无涂层切削力fn的稳定值时即可停止刀具的动作，并通过tn-t1得出涂层磨损性能指标Tn，操作简单，效率高，在整个检测过程中，消耗的工件材料非常少，且不需要制作标准的铣削刀具，大幅降低了检测成本。

本实施例中，将检测装置具体设置如下：铣床采用成都托普数控有限责任公司的三轴铣削中心VMC1000S，铣床功率18.5kw，圆柱形刀具1的刀柄采用BT50，圆柱形刀具1样品采用硬质合金棒料，直径d＝6mm，长度l＝80mm，检测时的悬长L＝65mm，待检测涂层为TiAlN涂层，测试工件2结构如图2和图3所示，其中，a＝5mm，b＝6mm。测力面板31采用了Kistler公司9257B型三向测力仪，放大器32采用了5070A型，数据采集器33采用了DynoWare Type5697型，数据处理器34为DynoWare。

在步骤S3中，设置转速N＝2000r/min，进给速度fz＝0.01mm，切宽Ae＝0，切深Ap＝6mm，即切深Ap＝b，圆柱形刀具1与测试工件2仅在凹槽21上方与测试工件2的侧面接触，可以避免刀具底面与测试工件2的干涉，减小切削振动。

在测试过程中，直径d小而切深Ap大，则刀具相对刚度低，刀具旋转过程中易发生颤振，在试验过程中，刀具更容易发生折断现象，本实施例中，圆柱形刀具1的直径为d，在步骤S3中，且Ap≤d，保持刀具切削稳定，并避免刀具折断。

本实施例中，设定无涂层切削力fn通过不涂层合金棒在步骤S3中的切削参数下检测得出。

本实施例中，在步骤S5中，由于圆柱形刀具1和测试工件2的微小变形以及圆柱形刀具1的磨损，需通过修正铣削刀具1的位置保持Fy＝Fn，实际操作中，保持Fy值在3000N±50N之间即可。

本实施例中，指定Fn＝3000N，当t1＝154s时，Fy＝Fn，此时，启动圆柱形刀具1按所设置的切削参数开始旋转与线性运动，此时Fx＝153～189N，随着试验的进行，涂层逐渐磨损，在tn＝9577s时，Fx值变化为fn＝223～287N时，判定涂层磨穿，结束测试，并记录测试时间tn＝9577s，Tn＝tn-t1＝9423s为该工况条件下，涂层磨损寿命指标，取下圆柱形刀具1在超景深显微镜下观察检测涂层磨损情况，确定涂层磨穿。

本实施例中，考虑到测力仪检测精度，测试过程其它因素干扰的影响，在步骤S6中，当-30N≤Fx-fn≤30N时，记录测试时间tn。

本实施例中，在步骤S2中，将测力装置中的测力面板31安装至测试工件2的下表面，将测力面板31依次与放大器32、数据采集器33和数据处理器34连接。

上述实施例中，待检测涂层仅为一层，若待检测涂层为多层涂层，在步骤S6中，在Fx每次增加并达到一个稳定值时，依次记录测试时间为tn1、tn2……tnN，分别得到不同层涂层的磨损性能指标：如图4所示，在测试过程中，当Fy值上升至等于Fn时，此时，记录初始时间t1，此后Fy值保持不变，根据不同层涂层磨穿时的Fx，记录tn1、tn2和tn3，得到不同层涂层的磨损性能指标。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种铣削刀具涂层磨损性能检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、制作带待检测涂层的圆柱形刀具(1)，在测试工件(2)侧面上开设平行于上表面的凹槽(21)，凹槽(21)至上表面的厚度为b；

S2、将所述圆柱形刀具(1)安装至铣床上，安装所述测试工件(2)，并将测试工件(2)与测力装置连接；

S3、设置所述圆柱形刀具(1)的转速N、进给速度fz、切宽Ae、切深Ap等切削参数，逐渐将所述圆柱形刀具(1)在所述凹槽(21)所在侧面与所述测试工件(2)接触，并在圆柱形刀具(1)和测试工件(2)之间加载径向力Fy；

S4、当径向力Fy等于设定正压力值Fn时，记录初始时间为t1，并启动圆柱形刀具(1)按所设置的切削参数开始旋转与线性运动；

S5、保持Fy＝Fn，通过测力装置检测测试工件(2)所受到的切削力Fx；

S6、当切削力Fx逐渐增加并达到一个接近设定无涂层切削力fn的稳定值时，停止圆柱形刀具(1)动作，并记录测试时间为tn，得出涂层磨损性能指标Tn＝tn-t1。

2.根据权利要求1所述的铣削刀具涂层磨损性能检测方法，其特征在于：所述圆柱形刀具(1)的直径为d，在所述步骤S3中，切宽Ae＝0，切深Ap＝b，且Ap≤d。

3.根据权利要求1所述的铣削刀具涂层磨损性能检测方法，其特征在于：所述凹槽(21)深度为a，0mm≤a≤5mm。

4.根据权利要求1所述的铣削刀具涂层磨损性能检测方法，其特征在于：所述设定无涂层切削力fn通过不涂层合金棒在所述步骤S3中的切削参数下检测得出。

5.根据权利要求1所述的铣削刀具涂层磨损性能检测方法，其特征在于：在所述步骤S5中，通过修正铣削刀具(1)的位置保持Fy＝Fn。

6.根据权利要求1所述的铣削刀具涂层磨损性能检测方法，其特征在于：在所述步骤S6中，当-30N≤Fx-fn≤30N时，记录测试时间tn。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的铣削刀具涂层磨损性能检测方法，其特征在于：在所述步骤S6中，若待检测涂层为多层涂层，在Fx每次增加并达到一个稳定值时，依次记录测试时间为tn1、tn2、……、tnN。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的铣削刀具涂层磨损性能检测方法，其特征在于：在所述步骤S2中，将测力装置中的测力面板(31)安装至所述测试工件(2)的下表面，将测力面板(31)依次与放大器(32)、数据采集器(33)和数据处理器(34)连接。