新型電磁強化技術對銑刀刀粒銑削性能的影響

季文 吳瑤 王恒 董杰祥 袁建強 馬雷

摘 要：本文利用新型電磁強化技術處理了進口日立JP4020銑刀刀粒，通過磨損量測試和加工壽命測試，研究了其對銑削性能的影響，并從殘余應力角度解釋了這一測試結果產生的原因。結果表明：電磁強化技術通過磁脈沖作用下位錯重新分布均勻化，可以降低刀具基體殘余應力;在相同銑削工況下，經電磁強化處理后刀具平均磨損量降低29.3%，刀具加工壽命提高41%-76%;不同電磁強化工藝對刀具性能的影響規律，仍需要開展大量銑削實驗進行研究和驗證，以獲得“電磁強化工藝+刀具種類+銑削工藝”的優化組合。

關鍵詞：電磁強化技術;殘余應力;磨損量測試;加工壽命測試

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.030

0 前言

在加工和成型過程中，材料會發生一定的形變或者性能的不均勻化從而導致殘余應力的產生。殘余應力的存在通常會影響工件或結構的服役狀況，特別對于脆性開裂、疲勞壽命、耐腐蝕能力、尺寸精度等產生直接和重要的影響[1，2]。通過特定磁場處理方法來改變金屬材料中殘余應力的分布，從而極大的提高和改善材料的機械性能是一種新近研究的處理方法。

1 試驗過程

試驗機床為1#斗山臥式銑削加工中心，試驗刀具為日立銑刀刀粒（S/SDNW120420R JP4020），銑削參數：吃刀深度0.6mm，轉速750r/min，走刀4500-5850，冷卻方式為氣冷。銑削試樣為MGF160122-00301，1.2738HH材質，硬度HRC 38.9-42。

利用手持式電子顯微鏡測試刀具磨損量。在加工參數與時長一致時，比較刀具磨損量，評價刀具耐磨性;在加工參數一致，刀具磨損量較一致時，比較刀具的使用壽命。

利用聚焦離子束掃描電子顯微鏡（FIB-SEM）對刀具進行形貌和能譜分析，具體方法為：先用超聲清洗刀片表面，再用液壓鉗夾開挑選內部且形狀較規整斷口，最后做退磁處理。

利用μ-X360型X射線殘余應力分析儀測量刀具殘余應力。測試過程共選擇10片新刀具，分別測試其未處理及強化處理后刀具表面殘余應力，每個刀具選擇相同的位置，在該位置順時針（或逆時針）依次旋轉90°共測試3個不同的方向，每個方向測試5組數值求其平均值。

2 試驗結果

2.1 成分及晶粒度測試

掃描電鏡分別在5kx和20kx電鏡下對刀具進行形貌分析和能譜分析（共測2個點）。刀具晶粒大小相對較均勻。能譜分析得出，刀具主要成分為W、Co、C元素，W質量分數為88.40%，Co質量分數為10.17%，該刀具為典型的鎢鈷類硬質合金刀具。

2.2 磨損量測試

在相同加工參數和加工時長下，比較處理前后刀具磨損量的情況。同一批次刀具磨損量測試結果可以看出：不同編號強化處理后的刀具磨損量均小于未處理刀具;1#～5#刀具磨損量分別降低24.2%、11.9%、44.7%、18.5%、47.2%，平均磨損量降低29.3%。以上數據表明，在相同銑削工況下，經電磁強化處理后刀具磨損量較小，電磁強化技術能夠改善刀具性能，進而提高刀具使用壽命。

2.3 加工壽命測試

在相同加工參數，相近的加工程序（相近加工程序可認為工況一致，如未處理項目編號1中KC25/KC26與強化處理項目1中KC27/KC28）和磨損量的情況下，比較處理前后刀具加工時長，測試共分為3項，并分別進行對比。刀具加工壽命測試結果如表1所示。

從表中可以看出，3種項目類型強化處理刀具加工時長均大于未處理刀具，且加工時長增加較明顯，分別提升了41.6%、75.9%和59.5%，平均時長增加達到了59.0%。

以上結果表明，強化處理后刀具加工時長顯著提高，刀具壽命提高41%～76%。因此，電磁強化技術可以明顯改善刀具性能，延長刀具壽命。

3 分析和討論

在相同加工參數和加工時長下，相比未處理刀具，電磁強化處理后刀具平均磨損量降低了29.3%;在相同加工參數和磨損量的情況下，相比未處理刀具，電磁強化處理后刀具平均加工時長增加了59.0%。以上結果表明，在相同銑削工況下，電磁強化技術可以較明顯改善刀具性能，提高刀具壽命，從而達到降本增效的目的。

電磁強化技術主要是通過動態磁場與金屬等材料的相互作用從而達到改善工件中殘余應力分布的新方法，具有高效、便捷、效果顯著而又不會引起組織轉變等優點[3]。在相同的測試環境下，相比未處理刀具，強化處理刀具殘余壓應力均降低，降低幅度為40～71MPa。從而說明，電磁強化技術可以降低刀具內部殘余應力。然而，不同電磁強化工藝對刀具性能的影響規律，仍需要開展大量銑削實驗進行研究和驗證，以獲得“電磁強化工藝+刀具種類+銑削工藝”的優化組合。

4 結論

（1）在相同銑削工況下，經電磁強化處理后刀具磨損量較小，平均磨損量降低29.3%;（2）在相同銑削工況下，強化處理后刀具加工時長顯著提高，刀具壽命提高41%～76%;（3）不同電磁強化工藝對刀具性能的影響規律，仍需要開展大量銑削實驗進行研究和驗證，以獲得“電磁強化工藝+刀具種類+銑削工藝”的優化組合。

參考文獻：

[1]張定銓，何家文.材料中殘余應力的X射線衍射分析和作用[M].西安：西安交通大學出版社，1999.

[2]D拉達伊（熊第京，鄭朝云等譯）.焊接熱效應[M].北京：機械工業出版社，1997.

[3]鹿安理，唐非，羅湘軍等.一種降低殘余應力的新方法——脈沖磁處理法[J].中國機械工程，1998，9（04）：40-42.

作者簡介：季文（1991-），女，黑龍江人，碩士，工程師，主要從事焊接及電磁場工藝研發工作。