1 前言 =oL8d6nI  
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采用硬質(zhì)合金工模具(包括塑性成形模具和切削加工的刀具)加工金屬制品是提高模具使用壽命的主要途徑。目前，硬質(zhì)合金模具和刀具已在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，并取得明顯的效果，例如用于純鋁和紫銅冷擠壓的硬質(zhì)合金模具壽命已達(dá)到200萬次，用于鋼零件擠壓的硬質(zhì)合金模具壽命也達(dá)到10萬次以上。用于多工位級進(jìn)模的硬質(zhì)合金沖裁凸凹模壽命一般可達(dá)1億次，最高可達(dá)3億次。用于鋁合金切削加工的刀具耐用度可達(dá)180～200分鐘(以已加工表面粗糙度達(dá)到Ra0.63&mirco;m作為刀具失效標(biāo)準(zhǔn))。為了深入了解硬質(zhì)合金的磨損特性及其與加工對象和加工條件的關(guān)系，充分發(fā)揮硬質(zhì)合金工模具的抗磨損性能，本文針對硬質(zhì)合金刀具的擴(kuò)散磨損機(jī)理，通過實驗進(jìn)行研究。 dWzDSlP&  
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2 硬質(zhì)合金工模具的擴(kuò)散磨損機(jī)理 N0y;PVAGu  
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硬質(zhì)合金工模具加工金屬制品時，會發(fā)生摩擦磨損、粘結(jié)磨損、邊界磨損、相變磨損、擴(kuò)散磨損等各種磨損。擴(kuò)散磨損就是工件在加工過程中，工模具與工件表面在高溫或高壓下，相互緊密貼合，并發(fā)生相互吸引和粘著，致使工模具與工件表面的材料發(fā)生相互擴(kuò)散，造成表面合金元素的貧化或富化，導(dǎo)致工模具表面與基體的成分發(fā)生差異，弱化了工模具表面的抗磨損性能，加快了磨損速度，從而降低了工模具壽命。具體對硬質(zhì)合金而言，則是硬質(zhì)合金中的粘結(jié)相原子向工件材料擴(kuò)散，硬質(zhì)碳化物部分分解并擴(kuò)散到工件表面，使硬質(zhì)合金材料表層產(chǎn)生更多微孔，粘結(jié)強(qiáng)度降低。同時，工件材料中的原子(例如鋁質(zhì)工件中的鋁原子)擴(kuò)散到工模具表層，改變了工模具表面層的物理機(jī)械性能，從而導(dǎo)致工模具表層材料的剝落，加速工模具的磨損。 )64LKb$  
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3 試驗條件 Zu2m%=J`  
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為了研究硬質(zhì)合金刀具的擴(kuò)散磨損機(jī)理，進(jìn)行了硬質(zhì)合金刀具切削鋁質(zhì)工件的實驗。選用湖南省株洲硬質(zhì)合金廠生產(chǎn)的4種牌號硬質(zhì)合金刀片。1號刀片YD05和2號刀片YM051是以鈷為粘結(jié)相并添加一些其他硬質(zhì)碳化物或氧化物的WC—C0系列超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金；3號刀片YN05和4號刀片YN10則是以鎳為粘結(jié)相并添加部分碳化鎢和稀土元素碳化物(TaC，NbC等)的碳化鈦(TiC)基硬質(zhì)合金(各刀片的幾何角度見表1)。在HY—025型高精度專用車床上進(jìn)行高速薄切削鋁合金(LY12R)試驗。試驗中采用干切削，取進(jìn)給量f =0.1mm/s，切削厚度aP=0.1mm，1～3號刀片的切削速度為300m/min，4號刀片的切削速度為200m/min，并以已加工表面粗糙度Ra=0.63µm作為刀具失效的標(biāo)準(zhǔn)，測定了各刀片的耐用度(即從開始削到刀具失效的時間)，詳見表1。

表1 不同切削條件的刀具耐用度 b>hBct}  

刀片號	前角(°)	主后角(°)	副后角(°)	主偏角(°)	副偏角(°)	刃傾角(°)	切削時間(min)	耐用度(min)
1	7	6	6	15	5	0	215	140
2	10	8	6	45	5	0	455	120
3	7	6	6	10	5	0	87	45
4	9	6	5	7	5	0	80	40

試驗所用工件材料為鋁合金LY12R，即鋁與銅、鎂、錳的合金，其化學(xué)成份詳見表2。

表2 工件材料LY12R的化學(xué)成份(%) !SLP8|Cd  

元素	銅	鎂	錳	雜質(zhì)	鋁
質(zhì)量分?jǐn)?shù)	3.8～4.9	1.2～1.3	0.3～0.9	<1.5	91.4～93.2

4 試驗結(jié)果 E5,%J  
LVR;&Z>j  
在檢查已加工表面粗糙度，證實所用刀具失效后，仔細(xì)清洗了各刀面的污物或粘屑，利用掃描電子顯微鏡檢查了其主后刀面的化學(xué)成份，詳見表3。

表3 刀具切削前后主后刀面的化學(xué)成份 LG/=+[\{E  

質(zhì)量百分?jǐn)?shù)w ]Ks]B2Osz   與原子數(shù)百分?jǐn)?shù)x	刀片號
	1		2		3		4
	切削前	切削后	切削前	切削后	切削前	切削后	切削前	切削后
w(Al)	0	3.02	0	12.30	0	6.09	0	13.51
x(Al)	0	16.41	0	45.25	0	20.51	0	26.40
w(Mg)	0	0	0	0	0	0	0	0.92 A%NK0j$;}
x(Mg)	0	0	0	0	0	0	0	1.99
w(Cu)	0	0	0	0.85	0	0	0	0 P. [6s$J
x(Cu)	0	0	0	1.33	0	0	0	0
w(Co)	3.46	2.64	2.62	3.76	0.84	2.07	0.17	0.10
x(Co)	12.94	6.56	7.4	6.34	1.07	3.10	0.21	0.09
w(Ni)	0.55	0.36	0.17	0	8.37	1.78	13.36	8.33
x(Ni)	1.53	0.89	0.46	0	8.42	2.75	14.14	7.48
w(Ta)	0	0	0	0.37	1.05	1.48	0.10	7.73
x(Ta)	0	0	0	0.20	1.51	0.74	0.25	2.25
w(W)	95.26	92.27	94.94	81.28	18.30	66.95	27.80	17.93
x(W)	84.10	73.45	84.97	43.89	5.64	33.11	9.40	5.14
w(Nb)	0.63	1.71	0.15	0	1.14	1.50	0	0
x(Nb)	1.10	2.69	0.27	0	0.69	1.46	0	0
w(Ti)	0.10	0	2.12	1.44	69.94	20.14	58.57	51.48
x(Ti)	0.33	0	6.88	2.99	82.66	38.23	76.00	56.65

根據(jù)表3中刀片切削前后刀具主后刀面化學(xué)成份含量的變化，可按下式計算出各刀片在切削后刀具主后刀面各化學(xué)成份的原子擴(kuò)散量，計算結(jié)果詳見表4。

式中：a1——切削后刀具主后刀面的原子擴(kuò)散量(%) w6WGFQ_