纳米氧化锆增韧氧化铝基陶瓷刀具切削实验

1、纳米氧化诰增韧氧化铝基陶瓷刀具切削实验摘要：本文研究了纳米氧化错增韧氧化铝基陶瓷刀具:a20z(c+m)和a15zc切削灰 铸铁的切削性能，在改变切削深度，低速和高速两种情况下进行切削实验。目的 在于探索a20z(c+m)和a15zc两种陶瓷刀具的最适合切削深度。关键词：纳米复合陶瓷刀具；切削性能；切削深度abstract： this paper has researched the cutting performance of nano-scale zro2 toughening ai2o3 matrix ceramics tool materials, such as a15zc and

2、a20z(c+m), in machining the cast iron ht200. under the low and high speed condition, researching the cutting performance of a15zc and a20z(c+m) in four cutting depth . and explored the most suitable cutting depth.keyword： nano-composite ceramic tools, cutting performance, cutting depth1.1实验条件车床：ca61

3、40车床实验刀具：a20z(c+m)和a15zc工具材料：ht200 (57.5hrc)刀具几何角度：前角yo= -7° ,后角a 0=5° ,刃倾角入0=-5° ,主偏角k r=45° ,倒棱宽度bri= 0.2 mm，倒棱角yoi =20° ,刀尖圆弧半径y e=0.5 mm a切削用量：切削速度v=84.5m/min(低速)和206.5m/min(高速)，进给量仁0.1 mm/r , 切削深度 a p=0.1 mmx 0.2mm> 0.3mm、0.4mm。切削方式：干切削1.2实验结果分析图11是a20z(c+m)和a15zc在不同

4、切削速度、特定进给量和切削深度a 情况下切削灰铸铁时的后刀面磨损量与切削距离关系。从图上可以看 出，当进给量、切削速度一定，切削深度给定时，a15zc的后刀面磨损量在每个 切削距离测量点都小于或则等于a20z(c+m)的后刀面磨损量，说明a15zc刀具 材料在切削铸铁时比a20z(c+m)有更好的耐磨性；当改变切削深度时,a15zc和 a20z(c+m)的后刀面磨损量都增大，从图12可以看出，a20z(c+m)随切削深 度的增大，后刀面的磨损量的增大程度大于a15zc的后刀面磨损量。0. 30切削距离/m图11低速切削灰铸铁ht200时刀具后刀面磨损量(v=84.5m/min)图12是a20z

5、(c+m)切削灰铸铁时，切削速度v=84.5m/min,在四个切削深 度下的后刀而磨损量。a20z(c+m)后刀而磨损量随切削深度的增大而增大，切削 深度a p=0.3mm、0.4mm时，后刀面磨损量急剧增大，达到了 0.15左右，相比a p二0.1mm、0.2mm吋磨损量增大了不少。在切削深度a p=0.3mm、0.4mm条件下, 切削672m后磨损量开始增大的比较明显，最大达到0.15mm,相对来说磨损量 不算太大。说明a20z(c+m)陶瓷刀在低速下切削灰铸铁受切削深度的影响不大。22444867283611201944切削距离/mxspo.2 ao.4o apo.3 3f=0. 1图1

6、-2 a20z(c+m)低速切削灰铸铁ht200时刀具后刀面磨损(v=84.5m/min)图1-3是a15zc低速v=84.5m/min切削灰铸铁时，在四个切削深度下的后 刀面磨损量。后刀面磨损量随着切削深度的增大急剧增大，ap=0.3mm、0.4mm 时的后刀而磨损量在切削1120m后没有明显差异。比较图12和图13,可以看 出，当切削速度为低速，切削深度相同时，a15zc后刀面磨损量比a20z(c+m) 要小一些，说明a15zc陶瓷刀适合在小的切削深度下低速切削灰铸铁，且在切 削灰铸铁时，a15zc较a20z(c+m)耐磨一些。同样，a15zc在低速下切削灰铸铁, 切削深度对后刀面的磨损量

7、影响比较小。2244486728961120 1 叫4切削距离/m图2-4 a2oz(c+m)高速切削灰铸铁ht200时刀具后刀面磨损(v=2o6.5m/min)图25是a15zc在高速下切削灰铸铁吋的后刀面磨损量，切削深度分别为a p=o.lmm、0.2mm> 0.3mm、0.4mm。从图中可以看出，随着切肖ll深度的增大， 后刀面的磨损量都没有明显的增大，切削深度为0.4mm时的后刀面磨损量只有 0.21mm,对比图24 可以看出，高速切削灰铸铁时，a20z(c+m)的后刀面磨损 量比a15zc要大。a15zc在高速切削灰铸铁时，切削深度对后刀面的磨损量比 较小，可以用较大的切削深度

8、。2244486728961120144切削距裔/m03020 015图1-5 a15zc高速切削灰铸铁ht200时刀具后刀面磨损(v=206.5m/min)1.3刀具磨损形态及磨损机理分析图 1-6 (a)、(b)、(c)、(d)和图 1-7 (a)、(b)、(c)、(d)是 a15zc 在切削速度 v二84.5m/min,切肖!j深度分别为 a p二o.lmm、o.2mm、o.3mm、 0.4mm,切削灰铸铁ht200时刀尖和前刀面的激光扫描图。从图16 (a)、(b)、(c)、(d)可以看到，在四个切削深度条件下，a15zc在低切削速度v=84.5m/min切削灰铸铁时的刀尖处均有不同程

9、度的前刀 面磨损和少许的边界磨损。对比图1-7 (a)、(b)、(c)、(d)前刀面的磨损形貌，可以看到四个切削深度条件下均有不同程度的材料剥落，这是由于灰铸 铁属于脆性材料，在切削时会产生脆性断裂。03xoao. 2 at=0.4 apo. 3 a»=0.10202244 4 86 7289611201 叫4切削距裔/m图1-3 a15zc低速切削灰铸铁ht200时刀具后刀面磨损(v=84.5m/min)图14是a20z(c+m)在高速v=206.5m/min,切削灰铸铁，四个切削深度的后 刀面磨损量。从图中可以看岀，当切削深度a p=0.4mm u寸，后刀面磨损量达至 0.3mm

10、,后刀面急剧磨损。切削深度a p=0.1mm> 0.2mm、0.3mm时磨损也比较 大，说明a20z(c+m)陶瓷刀不适合在高速下切削灰铸铁。对比图1-2, a20z(c+m)在高速下切削灰铸铁，当切削深度相同时，低速下的磨损量远远小于高速下的后刀面磨损量。(a)(b)图16 a15zc低速切削灰铸铁ht200的磨损形貌(刀尖)(c)(d)图1-6 a15zc低速切削灰铸铁ht200的磨损形貌(刀尖)(a)(b)图1-7 a15zc低速切削灰铸铁ht200的前刀面磨损形貌(sem)(c)(d)图1-7 a15zc低速切削灰铸铁ht200的前刀血磨损形貌(sem)图 1-8 (a)、(b)

11、、(c)、(d) a15zc 在切削速度 v=206.5m/min,切削 深度分别为qp二0.1mm、0.2mm> 0.3mm、0.4mm,切削灰铸铁ht200吋刀尖的 激光扫描图。从图18 (a)、(b)、(c)、(d)中可以看出，随着切削深度 的增大，刀尖处的前刀面磨损越来越大。切削深度a p=0.1 m01时，a15zc在切削 速度v二206.5m/min条件下刀尖处没有岀现边界磨损，切削深度分别为a p=0.2mm、0.3mm、0.4mm, a15zc均有不同程度的边界磨损和前刀面磨损。t|«(b)图1-8 a15zc高速切削灰铸铁ht200的磨损形貌(刀尖)(c)(d

12、)图l-8a15zc高速切削灰铸铁ht200的磨损形貌(刀尖)图 1-9 (a)、(b)、(c)、(d)和图 1-10 (a)、(b)、(c)、(d) 是a20z(c+m)在切削速度v=84.5m/min,切削深度分别为ap=0.1mm> 0.2mm> 0.3mm、0.4mm,切削灰铸铁ht200时刀尖和前刀面的激光扫描图。图19 (a) 是切削深度为« p=0.1 mm的刀尖磨损，岀现了微崩刃。切肖u深度(ip=0.2mm、 0.3mm、0.4mm时，刀尖处的磨损情况没多大差别。图1-10 (a)、(b)、(c)、(d)可以看到，前刀面的磨损机理为粘结磨损和磨粒磨损。切

13、削深度qp-o.lmm 时a20z(c+m)的前刀面磨损机理为典型的磨粒磨损。a p二0.2mm、0.3mm> 0.4mm 时前刀面有磨粒磨损和少许的粘结磨损。低速切削时，a20z(c+m)刀具前刀面的 磨损随着切削深度的增大没有太大的变化，前刀面上也没有明显的磨损，说明刀 具前刀面的磨损较小。c(b)图1-9 a20z(c+m)低速切削灰铸铁ht200的磨损形貌(刀尖)(c)(d)图1-9 a20z(c+m)低速切削灰铸铁ht200的磨损形貌(刀尖)(a)(b)图l-10a20z(c+m)低速切削灰铸铁ht200的前刀面磨损形貌(sem)(c)(d)图l-10a20z(c+m)低速切削灰铸铁ht20