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当大型高锰钢托轮的新型刀具切削试验研究

发布时间:2021-09-15 01:35:47 阅读: 来源:冷冻机厂家

大型高锰钢托轮的新型刀具切削试验研究

大型高锰钢托轮是露天煤矿开采设备的关键零件之一,其耗损大,造价高(每件约5万元人民币)。随着近年来大型露天开采设备的国产化,大型高锰钢托轮的切削加工也成为一个难题而提出。

奥氏体高锰钢在较大冲击和压力下,其晶格结构迅速产生高密度位错和形变孪晶,从而产生严重的加基金项目:淮海工学院自然科学基金资助项目(Z)工硬化;高锰钢在400——800C时,大量(FeMn)3C硬质相从7相中析出,使高锰钢塑性几乎变为零;高锰钢的导热系数非常低,仅为中碳钢的1/4因此高锰钢是典型的难加工材料11国家财政部出台了《关于对电池、涂料征收消费税的通知》——41.过去高锰钢用于破碎机、挖壁机、球磨机等耐磨领域时一般毋须切削加工。但近年来,随着高锰钢逐渐应用到磁悬市场前景广阔浮列车、凿岩机器人、新型坦克、大型露天开采设备等先进装备中,它的切削加工问题需从根本上得以解决。

本文利用TN硬质合金刀具、复合SC刀具和复合SiN4刀具对奥氏体高锰钢进行了切削试验研究,测定了刀具材料的磨损曲线,分析了刀具材料磨损、破损机制,提出了改进高锰钢切削加工性的措施。

1试验方法试验高锰钢工件是经1050C水韧处理后的奥氏体高锰钢(7相组织),化学成分为1.05%12.2%——12.6%的Mn0.7%——0.9%的Si试验工件为065X300奥氏体高锰钢圆棒。使用高锰钢要求表面加工质量一般为半精加工,所以试验按半精加工设计,选取试验条件为切削深度aP=0.5进给量/=0.3mm/r干切,切削几何参数确定不变(由装卡决定)。切削机床为C普通机床。扫描电子显微镜为S-25CMK型,切削温度测量仪为WDH-型光电温度计。

2试验结果及分析温下为7相,在400——750C锰钢塑性明显下降,几乎接近于零,这显然与(FeMn)3C由可知,高锰钢在400——800C之间有大量(FeMn)3C从奥氏体中析出,随着温度的升高,(FeMn)3C又完全溶于奥氏体中。为经1050C水韧处理后但挤出机出口比例依然较低的奥氏体高锰钢再热温度与伸长率的关系111曲线,常一为硬质合金刀具和TN涂层硬质合金刀具后刀面磨损宽度(B)与切削时间、切削速度的关系曲线。从图中可以看出,切削奥氏体高锰钢时,TN涂层硬质合金的耐磨性明显优于硬质合金;TN涂层硬质合金刀具适合于低速切削。

为TN涂层硬质合金刀具在中速v=破损形貌。经实测,此时的切削温度为721C,根据2高锰钢此时在切削的局部区域有大量(FeMn)3C析出,其塑性几乎后刀面磨损机理变为零。TN涂层硬质合金在此时承受着来自高锰钢的脆硬冲击作用,因此,刀具前刀面发生因冲击造成析出有关。

的脆性破裂,后刀面也有脆性脱落,的扫描电镜形貌照片验证了这一结果。根据磨损曲线和显微形貌综合分析表明,TN涂层硬质合金刀具适合于低速切削,速度越低对切削越有利,切削速度不超过30mmin(a)为SCSiN4两种刀具切削ZGMn13时切削时间与后刀面磨损宽度的关系曲线,可以看出,在切削速度、切削深度和进给量不变的条件下,复合SC和SiN4两种刀具的后刀面磨损宽度随着切削时间的加而变大。(b)为SGSiN4两种刀具切削ZGMn13时切削速度与后刀面磨损宽度的关系曲线。可以看出,SC陶瓷刀具半精车ZGMn13当切削速度在17.2——50.0mmin时,后刀面磨损宽度随着切削速度的加而减小;当切削速度在50.0——73.4mmin范围时,后刀面磨损宽度随着切削速度的加而大。这说明切削速度在50mmin左右时,SC陶瓷刀且设定时间小于最小塑化时间具的磨损值最小。

而SiN4陶瓷刀具在切削速度为33m/min左右时,SiN4陶瓷刀具后刀面磨损值为0.38当切削速度为70m/nin左右时,Si3N4陶瓷刀具后刀面磨损值为0.27因此,SiN4陶瓷刀具应选在70mmin左右进行切削。

(a)为SiN4后刀面出现的崩刃状况。这种切削的脆性断裂与高锰钢切削时加工硬化和一定温度区间的组织改变有关。此时,实测切削温度约为630°C,而高锰钢7相在400——800C之间析出大量(FeMn)3C(2),高锰钢的脆性冲击作用使复合SiN4破裂。

削后复合SiN4前刀面的磨损形貌,磨损外观属典型的韧窝状破坏。经实测此时的切削温度约为930根据,2高锰钢中的(FeMn)3C又完全溶于7相中,此时高锰钢为单一7相。对韧窝坑底随机取点进行了X射线元素分析表明,刀具前刀面FeMnSi的峰值比较明显,显然此时发生的磨损为扩散磨损,韧窝坑是由刀具表面局部材料变质、强度下降所致。

(c)为SC刀具在v=24min时前刀面犁出的沟痕,是典型的磨料磨损形貌。经实测,此时切削温度约为770°C,说明产生的沟痕是高锰钢7相中在该温度下析出的(FeMnhC所致。(d)是在v=84.78mmht=20min时SC前刀面的磨损形貌,呈明显的韧窝状磨损。经实测,此时切削温度约为1040C高锰钢中的(FeMn)3C硬质相在该温度下己完全溶于7相中。对韧窝坑底内X射线元素分析表明,除了具有基体元素TiASiMg外还有FeMn因此这也属于由于局部材料变质导致的典型的韧窝状破坏的扩散磨损。

综合以上刀具磨损、破损机制分析表明,当切削温度在高锰钢脆化温度范围400层硬质合金刀具和复合S:3N4刀具极易产生脆化破裂,而复合SC刀具在此温度仅发生机械磨损。当切削温度高于高锰钢的脆化温度时,复合SC和复合SiN4刀具均发生了扩散磨损。通过对高锰钢的切削加工性及新型刀具材料加工高锰钢时的磨损和破损形态的研究分析,笔者找出了一种效率高、成本低的加工方法,并将其成功地应用于某厂为安太堡大型露天煤矿制造的ZGMn13托轮的切削加工上,取得了较好的经济效益。

表1各种刀具加工ZGMn13托轮各项指标的比较Table1Differentindexcanparison注:加工设备型号为KCF2⑴9(立式车床),机床折旧费30元也表1为几种刀具切削加工托轮的各项指标比较,可以看出,各种刀具材料切削加工高锰钢零件的效率和经济效益,从而进一步证实复合sc陶瓷刀具在现有的机加工设备上加工是切实可行的。给安太堡制造的托轮每件售价约5万元,每个托轮的铸造费用约2万元。由表1得出,利用YT15和TN涂层刀具,从理论上计算可以实现一定利润,但从事实上由于效率太低而不可能实现,而利用复合SC陶瓷刀具每件可创利税28680元,利用SiN4刀具每件可创利税27960元。在实际的切削过程中,复合SiN4刀具破损较严重,刀具消耗比复合SC陶瓷刀具大,辅助时间加,虽然从切削速度上比复合SC刀具稍高,而总的效率却降低。因此,实际生产过程中选用了复合SC陶瓷刀具材料。若每年按制造50件托轮计算利用复合SC陶瓷刀具可创利税约143万元。复合SC刀具在目前应用中己取得了明显的经济效益。

3结复合SC是切削奥氏体高锰钢的较为理想的刀具材料,其切削效率和切削经济效益都优于TN涂层硬质合金刀具和复合SiN4刀具,在实际生产中取得了明显的经济效益。TN涂层硬质合金刀具适合于低速切削高锰钢( 30m/nin),切削效率差,其破坏形式为脆性破裂。采用复合SC刀具切削高锰钢时,最佳切削速度为50mmin切削高锰钢其表面磨损形式为磨料磨损和扩散磨损。采用复合SiN4刀具切削高锰钢时,刀头容易发生脆裂,经济性和实用性不及复合SC刀具;其表面磨损形式为扩散磨损。

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