涂層刀具切削性能評價及其實驗研究.pdf

1、涂層技術(shù)在切削刀具中得到越來越廣泛的應(yīng)用，性能優(yōu)異的涂層可以顯著改善刀具表面性能，提高其高溫硬度、隔熱性能、熱穩(wěn)定性、沖擊韌性等，從而大幅提高了刀具的切削速度和壽命。刀具技術(shù)的發(fā)展日新月異，新型涂層和結(jié)構(gòu)的刀具不斷面世，對這些應(yīng)用最新涂層技術(shù)和切削技術(shù)最新成果的新型刀具，進(jìn)行準(zhǔn)確有效的切削性能評價，給出涂層和刀具結(jié)構(gòu)的適用性區(qū)間和最佳切削用量，可以大幅縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本，提高技術(shù)價值，是刀具研發(fā)過程中的一個重要環(huán)節(jié)。 切

2、削過程是一個高溫、大應(yīng)變、大應(yīng)變率、高頻振動、高速摩擦的材料失效過程，從機(jī)床特性、加工方式，到工件材料性質(zhì)、刀具材料和幾何角度等等，影響因素眾多。本文針對廣泛應(yīng)用的刀具涂層工藝——PVD和CVD涂層，針對三種常見的加工方式——銑削、鉆削和車削，針對兩種難加工材料——車輪鋼和淬硬模具鋼，進(jìn)行了系統(tǒng)的切削實驗。分別從切削力、切削振動、切削溫度、加工表面質(zhì)量、切屑變形機(jī)理等方面，對不同涂層和不同結(jié)構(gòu)的刀具的切削性能和失效機(jī)理做出了對比分析和基

3、于實驗結(jié)果的合理判斷，并且給出了不同涂層、不同幾何結(jié)構(gòu)刀具在不同加工方式下的優(yōu)化切削用量。 基于切削實驗和分析本文得出以下結(jié)論： 1. PVD工藝的AlTiN 涂層在模具鋼的干式銑削中有較好的表現(xiàn)，在實驗涉及的三種不同工藝和成分的AlTiN 涂層中，納米復(fù)合相結(jié)構(gòu)涂層AlTiN+Si3N4 最適合在高速度小余量的情況下進(jìn)行模具鋼的精加工。 2. PVD工藝的自潤滑涂層AlTiN ＋WC/C 在半封閉鉆削模具鋼時有

4、著非常好的表現(xiàn)，有著較小的鉆削力和較小的磨損。AlTiN(Al:N=2:1)富鋁涂層在高溫下發(fā)生了氧化和擴(kuò)散，在表面氧化形成較厚的穩(wěn)定致密的Al2O3 氧化膜，阻止氧化繼續(xù)發(fā)生，這使得涂層的隔熱性，高溫硬度、熱穩(wěn)定性大為提高，適用于淬硬模具鋼鉆削。 3. 鉆頭的橫刃是影響切屑的擠壓變形的主要因素，通過優(yōu)化設(shè)計橫刃的形狀可以改進(jìn)鉆削斷屑和排屑狀況。 4. CVD 復(fù)合涂層刀具車削車輪鋼時，圓形刀片適用于負(fù)荷較大的粗加工，獲