钨钴类超细硬质合金刀具及其切削性能研究.pdf

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1、钨钴类超细硬质合金刀具及其切削性能研究程剑兵2015年01月中图分类号：TG711UDC分类号：621钨钴类超细硬质合金刀具及其切削性能研究作者姓名程剑兵学院名称机械与车辆学院指导教师庞思勤教授答辩委员会主席王先逵教授申请学位工学博士学科专业机械制造及其自动化学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年01月IResearchonCuttingPerformanceofWC-CoUltrafineCementedCarbideCuttingToolsCandidateName：ChengJianbingSchoolorDepartment:MechanicalEngineeri

2、ngFacultyMentor:Prof.PangSi-qinChair,ThesisCommittee：Prof.WangXian-kuiDegreeApplied:DoctorofPhilosophyMajor：MechanicalManufacturing&AutomationDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2015II研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发

3、表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：III摘要随着高速和超高速切削加工、精密模具和工具制造、纳米加工和微细加工的发展，对刀具切削性能的要求日益提高。与普通中等晶粒度和细晶硬质合金相比，超细WC-Co类硬质合金具有更高的硬度、耐磨性和横向断裂强度，正成为硬质合金刀具领域的一个重点发展方向。本文采用低压烧结方法，制备了0.2级不同含钴量WC-Co类超细硬质合金刀具、0.5级含钴10wt.%的有与无晶粒长大抑制剂、粉末热处

4、理与直接烧结WC-Co类超细硬质合金刀具。通过显微组织结构分析、力学和物理性能测试、切削力、切削温度、零件已加工表面粗糙度、刀具磨损和破损试验，对超细硬质合金刀具的切削性能进行了深入分析，探讨了超细硬质合金刀具的切削机理。运用模糊数学方法，对不同工艺和成分的超细硬质合金刀具切削性能进行了综合评判，为钨钴类超细硬质合金刀具的研发和应用提供理论依据和数据支撑。本文的主要工作内容及所取得的成果如下：（1）对试验用0.2级和0.5级不同超细硬质合金刀具材料的显微组织结构进行了分析、并对其力学和物理性能进行了测试，结果表明：硬质相WC晶粒超细化和烧结前对粉末进行热处理均可以改善超细硬质合金

5、的显微组织结构，在一定程度上提高超细硬质合金的综合力学性能；超细硬质合金的显微组织结构与粘结相钴的含量密切相关，过高或过低的含钴量都对超细硬质合金的显微组织结构不利，降低超细硬质合金刀具的物理和力学性能；添加晶粒长大抑制剂在提高晶粒尺寸的均匀度、致密度和硬度的同时，也会使超细硬质合金的韧性下降。（2）对0.2级和0.5级不同超细硬质合金刀具车削高温合金GH2132进行了切削力、切削温度和已加工表面粗糙度试验，对试验数据进行了线性回归处理和分析，对零件已加工表面进行了微观形貌观察，得到了不同超细硬质合金刀具切削力、切削温度和已加工表面粗糙度随切削参数变化的规律和经验公式，并与普通中

6、等晶粒度和细晶硬质合金刀具进行了对比。切削用量三要素对刀—屑间平均摩擦系数的影响不明显，但对切削力和单位切削力的大小、切削温度和已加工表面粗糙度均有影响，且随着切削速度的增大，零件已加工表面粗糙度有减小的趋势；随着晶粒度的减小，单位切削力有减小的趋势，表面粗糙度有增大的趋势，晶粒度的大小对切削温度的影响随切削用量的变化呈现非线性关系；含钴量多少对切削力、刀—屑间平均摩擦系数、切削温度和零件已加工表面粗糙度的影响呈现出一种复杂的非线性关系，适当的含钴量IV可以使切削力、刀—屑间平均摩擦系数和切削温度保持在较低的水平；添加晶粒长大抑制剂将使0.5μm级超细硬质合金刀具单位切削力和刀—

7、屑间平均摩擦系数增大，零件已加工表面粗糙度减小，对切削温度的影响主要与切削用量的大小和刀具材料的导热系数有关；粉末热处理将使其单位切削力、刀—屑间平均摩擦系数和零件已加工表面粗糙度减小，改善零件已加工表面质量，并可在一定程度上降低切削温度，但降低的程度与是否添加晶粒长大抑制剂有关。（3）通过对刀具磨损原因的分析，建立了硬质合金刀具后刀面磨损的数学模型，并对超细硬质合金刀具进行了切削难加工材料磨损和破损试验，对刀具后刀面磨损微区微观形貌和化学成分分别进行了观察和分析，结果表明：超细