电磁耦合处理强化YG8硬质合金刀具车削TC4钛合金磨损性能研究

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以TC4为代表的钛合金由于其优良的力学性能、生物相容性能等优势被广泛应用于国民经济、医药卫生与国防军工等重点领域。但由于其导热性差、化学活性高、弹性模量小等特性,切削区域因剧烈摩擦产生较大的温度梯度及高压环境等不利条件会导致刀具加速磨损。因此,对刀具材料提出了很高要求。硬质合金在钛合金切削刀具材料中一直占据重要地位,而我国高端刀具质量与进口产品存在很大差距,替代性极低。高端刀具自主技术创新,进而实现国产化、替代进口是我国迈向制造强国的必然趋势。在此背景下,相比重新开发适用于钛合金切削加工的高端刀具材料,寻求一种操作简易、切实可行且兼具经济性与环保性质的硬质合金处理方法用以改善其切削钛合金的性能有十分重要的意义。本文基于电磁耦合处理技术,对YG8硬质合金车刀刀片进行了强化处理。通过对比经过电磁耦合处理与未处理的YG8硬质合金车刀的力学性能、摩擦性能、导热性能、抗氧化性能的变化,分析得出电磁耦合处理对YG8硬质合金刀具对其理化性能的影响规律;再通过车削试验,采集切削加工过程中产生的切削力、切削温度、刀具耐用度及钛合金工件表面粗糙度等物理量数据,分析得出电磁耦合处理对YG8硬质合金刀具切削TC4钛合金的切削行为影响规律;最后,通过采用介观研究手段对切削加工磨损的YG8硬质合金刀片进行检测,分析得出了电磁耦合处理对YG8硬质合金的磨损形式与磨损原因的影响规律。经过上述研究分析,得到以下结论:(1)经过电磁耦合处理的YG8硬质合金刀片的刀具耐用度、切削力、切削温度及工件表面粗糙度都有不同程度改善。在本文的试验研究中,电磁耦合处理参数为Tool-2(磁场强度1.5T,电场强度1.2V)的刀片的表现性能最好,具体为:刀具后刀面磨损量下降50%;切削合力平均值下降38%;切削温度下降50%;表面粗糙度Ra由6.3下降至1.6;(2)电磁耦合处理可以明显减小YG8刀片后刀面的摩擦系数、提升基体材料的导热性能。通过减少加工环节中热的产生,改变热分配比例,增加刀具基体的传、散热能力来减小切削温度,改善加工环境。(3)电磁耦合技术处理后的YG8基体材料在氧化过程中,形成氧化层的气孔等间隙减少,表层形成Co WO4氧化膜更加致密,可以很好的阻止O2向硬质合金内部的继续渗入,从而使其的抗氧化性能得到提升。(4)经过电磁耦合处理与未经过电磁耦合处理的两类YG8硬质合金刀片在车削TC4钛合金的刀具磨损类型有后刀面磨损、前刀面磨损、边界磨损、微崩刃及表面附着,电磁耦合处理能有效降低YG8硬质合金刀片的各项磨损形式。(5)在刀具稳定磨损阶段:电磁耦合处理通过降低切削温度,从而抑制扩散、粘结磨损。但进入到接近剧烈磨损阶段,切削温度剧烈上升,此时电磁耦合处理后YG8硬质合金的抗氧化性能等到体现,氧化磨损得到了削弱,但扩散、粘结磨损比例上升。
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