[發明專利]一種評價刀具切削中氧化擴散磨損的方法

在審

• 申請號: 201710432155.6
• 申請日: 2017-06-09
• 公開（公告）號: CN107350899A
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 李彬;張志航;程廣偉
• 申請（專利權）人: 洛陽理工學院
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙)41120
• 代理人: 苗強

技術領域

本發明涉及到機械切削領域用到的刀具，具體的說是一種評價刀具切削中氧化擴散磨損的方法。

背景技術

刀具作為切削過程的直接執行者，在工件的切削加工過程中不可避免地存在著磨損和破損等現象，特別是在高速切削中，刀具的磨損尤為嚴重。高速難加工材料時，由于切削溫度很高，刀具的擴散磨損成為刀具的主要磨損機理之一。在刀具高速切削過程中，由于切削區域溫度高，且難加工材料切削粘性大，導致刀?屑接觸區域材料互相擴散溶解明顯。隨著刀具不斷與新的難加工材料接觸，不同材料成分的濃度差加劇了擴散溶解進程。從而引發刀具因過早擴散磨損而失效。

磨損后的刀具壽命急劇下降，工件表面粗糙度上升，工件的尺寸往往會超出設計公差。雖然及時換刀可以解決部分工件精度的不足的問題，但對于加工航空航天、新型模具等難加工材料，特別涉及到有國防要求的大型或精密零件，過頻的換刀會增加整體零件的重復定位誤差，達不到設計要求。

目前對刀具切削過程中氧化擴散磨損的評價方法主要靠兩種：一種是直接檢測加工磨損后刀具的前、后刀面擴散情況，主要使用工具磨床將刀具截面緩慢磨至磨損處，然后在截面里觀察切屑與刀具基體的擴散磨損情況，但是由于實際中加工后切屑與刀具連接的剩余部分非常少，在清洗和磨床制樣時非常容易脫落，很難觀測到刀屑接觸面，同時也很難得到能夠在刀具實際切削過程中的氧化擴散磨損的具體程度。第二種是采用數值分析的方法，利用熱力學理論對刀具的氧化擴散磨損進行計算，由于是理論上的計算，有時候和實際差距較大，只能給出一種定性的解釋，無法提供該切削溫度下刀具具體的氧化擴散磨損程度。

發明內容

本發明的目的是提供一種評價刀具切削中氧化擴散磨損的方法，通過該方法可以有效地評價出切削刀具在切削某種材料時的氧化擴散磨損性能，從而為選擇合適的刀具來切削某種材料提供有效的理論依據。

本發明為實現上述技術目的所采用的技術方案為：一種評價刀具切削中氧化擴散磨損的方法，先將刀具材料與工件材料的接觸面進行研磨拋光直至表面無劃痕，而后將兩者的拋光面貼緊裝入夾具中并保持壓力為P的預緊力，再將其連帶夾具送入到電阻爐中加熱X℃并保溫時間N后，對工件材料與刀具材料兩者的接觸面均進行平整拋光以除去氧化層，最后再使用SEM和EDS對工件材料與刀具材料的接觸面進行分析，從而判斷出元素擴散難易度，并以此作為評價刀具氧化擴散磨損的依據。

所述使用SEM和EDS對工件材料與刀具材料的接觸面進行分析的方法有如下三種：

a）對刀具材料和工件材料的接觸界面進行元素的面掃描分析，從而得到整個接觸面上元素的分布圖，并以此為依據判斷出元素擴散難易度；

b）在刀具材料和工件材料的接觸界面兩側進行線掃描分析，觀察不同元素沿該掃描線的含量變化，并以此為依據判斷出元素擴散難易度；

c）在刀具材料和工件材料的接觸界面兩側分別取若干測量點，對每個測量點進行EDS元素定量分析，然后把所有點的某種元素的百分含量繪制在一條曲線上，即得到這種元素在擴散界面兩側的元素溶解-擴散曲線，并以此為依據判斷出該元素擴散難易度。

所述夾具包括兩塊橫向夾板和兩塊縱向夾板，且兩塊橫向夾板和兩塊縱向夾板之間通過緊固螺栓連接，刀具材料和工件材料均為塊狀，且刀具材料的一個側面貼緊其中一塊橫向夾板或縱向夾板，另外的三個側面分別與三塊工件材料緊貼，并由兩塊橫向夾板和兩塊縱向夾板通過緊固螺栓將三塊工件材料壓緊固定在刀具材料的三個側面上。

所述三塊工件材料與刀具材料的三個接觸面的兩側分別設置有熱傳感器，以檢測處于電阻爐內加熱保溫時，三個接觸面兩側的溫度差。

有益效果：本發明通過將刀具材料和工件材料在一定壓力、一定溫度下保溫一定時間，使兩種材料氧化并進行擴散，進而使用SEM和EDS對工件材料與刀具材料的接觸面進行分析，從中分析出兩者間元素的擴散分布，并依此為依據作為評價某種材質的刀具與某工件材料之間氧化擴散磨損速度的指標，從而為加工某種工件材料時刀具的選用提供有效的依據，最后通過選用合適的刀具來盡可能的減小切削刀具的磨損，延長刀具的使用壽命。

附圖說明

圖1為本發明中夾具的結構示意圖；

圖2為實施例1的擴散試樣結合處線掃描圖（400℃）；

圖3為實施例1的擴散試樣結合處面掃描圖（400℃）；

圖4為實施例1的擴散試樣結合處線掃描圖（600℃）；

圖5為實施例1的擴散試樣結合處面掃描圖（600℃）；