季文 吴瑶 王恒 董杰祥 袁建强 马雷

摘 要：本文利用新型电磁强化技术处理了进口日立JP4020铣刀刀粒，通过磨损量测试和加工寿命测试，研究了其对铣削性能的影响，并从残余应力角度解释了这一测试结果产生的原因。结果表明：电磁强化技术通过磁脉冲作用下位错重新分布均匀化，可以降低刀具基体残余应力;在相同铣削工况下，经电磁强化处理后刀具平均磨损量降低29.3%，刀具加工寿命提高41%-76%;不同电磁强化工艺对刀具性能的影响规律，仍需要开展大量铣削实验进行研究和验证，以获得“电磁强化工艺+刀具种类+铣削工艺”的优化组合。

关键词：电磁强化技术;残余应力;磨损量测试;加工寿命测试

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.030

0 前言

在加工和成型过程中，材料会发生一定的形变或者性能的不均匀化从而导致残余应力的产生。残余应力的存在通常会影响工件或结构的服役状况，特别对于脆性开裂、疲劳寿命、耐腐蚀能力、尺寸精度等产生直接和重要的影响[1，2]。通过特定磁场处理方法来改变金属材料中残余应力的分布，从而极大的提高和改善材料的机械性能是一种新近研究的处理方法。

1 试验过程

试验机床为1#斗山卧式铣削加工中心，试验刀具为日立铣刀刀粒（S/SDNW120420R JP4020），铣削参数：吃刀深度0.6mm，转速750r/min，走刀4500-5850，冷却方式为气冷。铣削试样为MGF160122-00301，1.2738HH材质，硬度HRC 38.9-42。

利用手持式电子显微镜测试刀具磨损量。在加工参数与时长一致时，比较刀具磨损量，评价刀具耐磨性;在加工参数一致，刀具磨损量较一致时，比较刀具的使用寿命。

利用聚焦离子束扫描电子显微镜（FIB-SEM）对刀具进行形貌和能谱分析，具体方法为：先用超声清洗刀片表面，再用液压钳夹开挑选内部且形状较规整断口，最后做退磁处理。

利用μ-X360型X射线残余应力分析仪测量刀具残余应力。测试过程共选择10片新刀具，分别测试其未处理及强化处理后刀具表面残余应力，每个刀具选择相同的位置，在该位置顺时针（或逆时针）依次旋转90°共测试3个不同的方向，每个方向测试5组数值求其平均值。

2 试验结果

2.1 成分及晶粒度测试

扫描电镜分别在5kx和20kx电镜下对刀具进行形貌分析和能谱分析（共测2个点）。刀具晶粒大小相对较均匀。能谱分析得出，刀具主要成分为W、Co、C元素，W质量分数为88.40%，Co质量分数为10.17%，该刀具为典型的钨钴类硬质合金刀具。

2.2 磨损量测试

在相同加工参数和加工时长下，比较处理前后刀具磨损量的情况。同一批次刀具磨损量测试结果可以看出：不同编号强化处理后的刀具磨损量均小于未处理刀具;1#～5#刀具磨损量分别降低24.2%、11.9%、44.7%、18.5%、47.2%，平均磨损量降低29.3%。以上数据表明，在相同铣削工况下，经电磁强化处理后刀具磨损量较小，电磁强化技术能够改善刀具性能，进而提高刀具使用寿命。

2.3 加工寿命测试

在相同加工参数，相近的加工程序（相近加工程序可认为工况一致，如未处理项目编号1中KC25/KC26与强化处理项目1中KC27/KC28）和磨损量的情况下，比较处理前后刀具加工时长，测试共分为3项，并分别进行对比。刀具加工寿命测试结果如表1所示。

从表中可以看出，3种项目类型强化处理刀具加工时长均大于未处理刀具，且加工时长增加较明显，分别提升了41.6%、75.9%和59.5%，平均时长增加达到了59.0%。

以上结果表明，强化处理后刀具加工时长显著提高，刀具寿命提高41%～76%。因此，电磁强化技术可以明显改善刀具性能，延长刀具寿命。

3 分析和讨论

在相同加工参数和加工时长下，相比未处理刀具，电磁强化处理后刀具平均磨损量降低了29.3%;在相同加工参数和磨损量的情况下，相比未处理刀具，电磁强化处理后刀具平均加工时长增加了59.0%。以上结果表明，在相同铣削工况下，电磁强化技术可以较明显改善刀具性能，提高刀具寿命，从而达到降本增效的目的。

电磁强化技术主要是通过动态磁场与金属等材料的相互作用从而达到改善工件中残余应力分布的新方法，具有高效、便捷、效果显著而又不会引起组织转变等优点[3]。在相同的测试环境下，相比未处理刀具，强化处理刀具残余压应力均降低，降低幅度为40～71MPa。從而说明，电磁强化技术可以降低刀具内部残余应力。然而，不同电磁强化工艺对刀具性能的影响规律，仍需要开展大量铣削实验进行研究和验证，以获得“电磁强化工艺+刀具种类+铣削工艺”的优化组合。

4 结论

（1）在相同铣削工况下，经电磁强化处理后刀具磨损量较小，平均磨损量降低29.3%;（2）在相同铣削工况下，强化处理后刀具加工时长显著提高，刀具寿命提高41%～76%;（3）不同电磁强化工艺对刀具性能的影响规律，仍需要开展大量铣削实验进行研究和验证，以获得“电磁强化工艺+刀具种类+铣削工艺”的优化组合。

参考文献：

[1]张定铨，何家文.材料中残余应力的X射线衍射分析和作用[M].西安：西安交通大学出版社，1999.

[2]D拉达伊（熊第京，郑朝云等译）.焊接热效应[M].北京：机械工业出版社，1997.

[3]鹿安理，唐非，罗湘军等.一种降低残余应力的新方法——脉冲磁处理法[J].中国机械工程，1998，9（04）：40-42.

作者简介：季文（1991-），女，黑龙江人，硕士，工程师，主要从事焊接及电磁场工艺研发工作。