微織構(gòu)對階梯鉆磨損的影響研究

肖月美

摘 要：本文對M35高速鋼階梯鉆進(jìn)行了鉆削試驗，研究了微織構(gòu)對刀具磨損的影響。結(jié)果表明，微織構(gòu)可以提高階梯鉆的耐磨性能。

關(guān)鍵詞：M35高速鋼;微織構(gòu);磨損

中圖分類號：TG711文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）05-0140-02

Abstract： In this paper， a drilling test was performed on the M35 high-speed steel step drill and the effect of microtexture on tool wear was studied. The results show that microtexture can improve the wear resistance of step drills.

Keywords： M35 high-speed steel;microtexture;wear

刀具在使用過程中與工件之間產(chǎn)生劇烈的擠壓、摩擦，刀具磨損是影響加工效率、質(zhì)量和成本的重要因素。表面微織構(gòu)是指通過一定的加工技術(shù)在摩擦副表面加工出具有一定尺寸和均勻分布的微小凹坑或凸包等圖案[1]，研究發(fā)現(xiàn)，合理的表面微織構(gòu)對切削過程中刀具的摩擦狀況能夠起到改善作用，從而有效地減緩刀具的磨損，這給刀具與工件表面的減摩提供了新的研究方向[2-5]。本文研究了微織構(gòu)對M35高速鋼階梯鉆磨損的影響。

1 試驗材料及方法

試驗刀具選用的是揚州某刀具企業(yè)生產(chǎn)的M35高速鋼標(biāo)準(zhǔn)階梯鉆。本研究采用臺式光纖激光打標(biāo)機(jī)，在階梯鉆主切削刃上加工出槽寬0.1 m、間隙0.1 mm的溝槽型微織構(gòu)。

鉆削試驗在立式加工中心進(jìn)行，通常在評定刀具切削性能時，以后刀具刀面的磨損量作為磨鈍的衡量標(biāo)準(zhǔn)[5]。使用DC6000X型體視式顯微鏡測定VB值，使用XL30型環(huán)境掃描電子顯微鏡對刀具表面磨損形貌進(jìn)行觀察，并進(jìn)行EDS分析。

2 試驗結(jié)果和分析

2.1 階梯鉆鉆削試驗結(jié)果分析

無織構(gòu)和微織構(gòu)階梯鉆進(jìn)行鉆削不銹鋼后，階梯鉆刀具后刀面的磨損情況如圖1所示。

由圖1可見，后刀面的磨損量會隨著鉆孔數(shù)量的增加而不斷增加，對于無織構(gòu)和微織構(gòu)階梯鉆來說，在鉆削60個孔后，刀具的磨損值VB均未達(dá)到刀具的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)0.3 mm。

無織構(gòu)和微織構(gòu)刀具的磨損值VB變化趨勢相近，在鉆削20個孔之前，后刀面的磨損較快;鉆削20～30個孔，后刀面磨損相對較慢，鉆削30個孔后，圖中磨損曲線明顯上升，刀具后刀面進(jìn)入了快速磨損階段;無織構(gòu)刀具后刀面的磨損量總體上比微織構(gòu)刀具快。微織構(gòu)刀具的后刀面磨損量明顯降低。

2.2 后刀面的磨損形貌

圖2是鉆削了120個孔后的微織構(gòu)刀具后刀面的磨損形貌。由圖2可見，微織構(gòu)刀具的主切削刃有明顯的崩刃現(xiàn)象，但是微織構(gòu)區(qū)域崩刃情況較輕，無織構(gòu)區(qū)域情況嚴(yán)重。圖3為局部微織構(gòu)區(qū)域放大圖，由圖3可以看到，后刀面上積聚有大量的粘結(jié)物，由于微織構(gòu)可以捕捉粘結(jié)物，從而分散并減小了粘結(jié)區(qū)域面積，因此溝槽微織構(gòu)可以明顯地減輕刀具粘結(jié)情況。

2.3 磨損機(jī)理

在金屬切削過程中，由于高溫、高壓的切削環(huán)境，刀具的前刀面和后刀面與切屑、工件材料接觸并發(fā)生相對滑動和摩擦，造成刀具的磨損。由圖3可知，刀具微織構(gòu)的邊緣有大量的粘結(jié)物，EDS分析可知，粘結(jié)物有Ni元素，可以推斷粘結(jié)物應(yīng)是來自被鉆削的不銹鋼材料。在鉆削過程中，部分切削熱通過切屑排出，但由于鉆孔時鉆頭與工件之間形成半封閉的切削環(huán)境，加上鉆頭螺旋槽的排屑結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致切屑排出容易受阻，切削熱不易排出。高速鉆削產(chǎn)生的熱量多，熱量不易排出，導(dǎo)致刀具和工件局部溫度升高，刀具和工件材料屈服強(qiáng)度降低，刀具切削刃附近表面更容易粘結(jié)大量的工件材料，還容易引起刀具表面剝落，并引起更加嚴(yán)重的粘結(jié)磨損[5]。

圖4為刀具的磨粒磨損形貌圖，其中有明顯典型磨粒磨損特征的犁溝狀劃痕。造成刀具磨粒磨損的主要物質(zhì)是切削過程中工件材料產(chǎn)生的細(xì)小切屑、工件材料中存在的硬質(zhì)相以及從刀具表面粘結(jié)剝落的細(xì)微硬質(zhì)顆粒，這些物質(zhì)在鉆削過程中與刀具表面反復(fù)接觸、摩擦，在刀具表面留下一道道溝紋方向與切屑流動方向一致的犁溝狀劃痕，從而形成刀具磨粒磨損。

對于切削過程中產(chǎn)生的切屑，通常，邊緣形狀是不規(guī)則的，在摩擦過程中容易形成更小的磨粒，劃傷刀具表面。在鉆削過程中，切屑主要與刀具前刀面接觸，因此前刀面附近是發(fā)生刀具磨粒磨損的主要區(qū)域，而刀具后刀面是與光滑的工件表面接觸，磨粒磨損的情況較少發(fā)生，所以后刀面上磨粒磨損的痕跡不明顯。

3 結(jié)語

本文研究并討論了微織構(gòu)對M35高速鋼階梯鉆磨損的影響，在本試驗條件下，微織構(gòu)可以提高階梯鉆的耐磨性能。

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