涂层刀具铣削HT350高强度氮型灰铸铁的磨损机理研究

为探究HT350高强度氮型灰铸铁的铣削性能,选用PVD涂层硬质合金刀具和CVD涂层硬质合金刀具对HT350高强度氮型灰铸铁进行铣削试验,对比研究两种刀具的磨损形貌,通过极差分析探究切削三因素对磨损带宽的影响,并对磨损区的元素分布进行了观测。结果表明:相同铣削用量条件下,PVD涂层刀具前刀面的磨损情况比CVD涂层刀具更严重,铣削速度V_(c)对刀具的磨损带宽影响最大,其次是背吃刀量a_(p),最小是进给量f_(z)。在低切削速度(V_(c)=100~200m/min)时,刀具磨损以磨粒磨损和黏结磨损为主;在高切削速度(V_(c)=200~250m/min)时,刀具磨损以扩散磨损和氧化磨损为主。PVD涂层中的TiAlN被氧化生成Al_(2)O_(3),同时Al_(2)O_(3)在加工过程中不断剥落,导致PVD涂层刀具的磨损情况更加严重。

涂层刀具圆孔与直槽混合微织构激光制备工艺研究

针对刀具微织构激光制备质量欠佳的问题,文章研究了激光工艺参数对混合型织构表面形貌、几何尺寸和表面成分的影响规律。实验结果表明:对于涂层刀具表面圆孔和直槽混合微织构的制备,较为合理的激光参数为:加工次数N=6,扫描速度v=10 mm/s,激光功率P=20 W,激光频率f=120 kHz。涂层刀具织构底部和侧壁的结构以氧化物为主,在合理选择激光参数的情况下,刀具表面织构以外的涂层不会被破坏。通过涂层刀具混合微织构激光制备工艺的研究发现,织构宽度和深度的控制是制备微织构刀具的关键,所得规律为提高刀具织构加工质量提供参考依据。

微纳织构涂层刀具切削性能研究进展

刀具磨损严重、服役寿命短仍然是切削加工所面临的难题。随着现代制造业的发展,钛合金、高温合金等难加工材料在工业中广泛运用。但由于这些材料具有低导热系数、变形系数小等特点,在机械加工中存在切削力和切削温度高、刀具磨损严重等问题,严重缩短了刀具的服役寿命。通过表面织构技术和表面涂层技术在刀具切削表面置入微纳织构和涂层可以显著改善切削性能;特别是在减小刀具磨损、降低切削力、切削温度以及刀-屑接触界面摩擦因数等方面具有显著效果。系统概述微纳织构涂层刀具的作用机理、切削性能以及应用领域,对微纳织构涂层刀具后续发展有重要推动意义。首先,介绍微纳织构涂层刀具的制备方式。其次,分析总结微纳织构涂层刀具的作用机理,并从抗磨损性、抗粘结性和刀具寿命三个方面总结微纳织构涂层刀具的自身性能。随后,从切削力、切削温度、刀-屑接触处的摩擦因数三个方面总结微纳织构涂层刀具的切削性能。最后对微纳织构涂层刀具在现代制造业中的应用进行阐述。提出在刀具切削表面同时置入微纳织构和涂层的当前研究现状以及未来发展方向,可为进一步研究微纳织构涂层刀具在切削加工中改善切削性能以及加工表面质量与性能提供参考。

硬质合金涂层刀具车削GFRP的切削力研究

研究了硬质合金涂层刀具车削玻璃纤维增强复合材料时,切削用量对切削力的影响,并通过正交试验建立了切削力经验公式。结果表明:切削速度引起的树脂软化对切削力的影响较大,切削分力随切削速度的增加先减后增,但切削速度由243 m/min增至342 m/min时,切削力变化趋于平缓;切削力随进给量和背吃刀量的增加而增大,但在进给量为0.05 mm/r时,由于涂层刀具刃口的挤压作用,轴向切削力反而较大。正交试验和极差分析表明,背吃刀量对切削合力及各切削分力的影响最大,切削速度对切削合力及轴向分力Fx和径向分力Fy的影响次之,进给量对主切削力Fz的影响较切削速度大。

高速切削GH2132涂层刀具表面及次表面性能演变研究

高速切削过程中,涂层刀具表面性能及次表面残余应力的变化会直接影响刀具的切削性能。采用PVD-TiAlN硬质合金涂层刀具进行高速车削GH2132高温合金试验,研究刀具表面性能在切削过程中的变化规律,并用拉曼光谱法测量了刀具不同磨损阶段的涂层次表面残余应力分布。结果表明,刀具在完整寿命期间内,表面残余压应力和表面显微硬度均呈先增大后减小的趋势。刀具从未磨损到稳定磨损阶段中期,涂层截面残余应力均为残余压应力占主体且沿深度方向逐渐增大,但切削至稳定磨损阶段后期时,涂层在靠近基体位置出现残余压应力减小的现象。在稳定磨损阶段前期,刀具有最佳的表面性能及最大的次表面压应力,此时刀具切削性能最佳,刀具磨损缓慢。

元素掺杂对TiAlN涂层刀具性能影响的研究进展

随着我国制造业的快速发展与难加工材料的接连涌现,迫切需要切削技术不断更新迭代,而切削刀具的发展成为提升加工效率的关键因素。近年来,涂层技术成为提高刀具切削性能的有效途径,特别是TiAlN涂层凭借良好的耐磨性与稳定性,被广泛应用于切削刀具。然而,传统TiAlN涂层刀具难以承担热力化多重耦合的苛刻工况。如何通过元素掺杂,形成固溶强化与细晶强化,便捷、高效地提升TiAlN涂层刀具的切削性能,成为该领域的研究热点。针对此问题,本文概述了TiAlN涂层的作用机理与制备方法,分析了不同工艺所获涂层的微观形貌与物相结构,阐述了高温工况TiAlN涂层由于氧化与相变导致的使用局限性,着重综述了掺杂Si,C,Cr,B与V元素对TiAlN涂层微观结构、硬度、耐磨性、抗氧化性与刀具使用寿命的影响,最后对TiAlN涂层刀具的未来发展进行了总结。

涂层刀具清洁硬态钻削超高强度钢切削性能研究

为提高刀具在硬态钻削超高强度钢过程中的切削性能,降低刀具磨损,通过涂层刀具在干式、冷风、液氮三种清洁切削介质下钻削42CrMo超高强度钢,研究涂层刀具切削性能和刀具磨损机理,探究清洁硬态钻削时延长刀具寿命的可行性。研究表明:冷风与液氮冷却均可提高断屑、排屑能力,降低钻削力和钻削温度,延长刀具寿命;涂层刀具主要磨损机理为黏结磨损、磨粒磨损和氧化磨损。该研究可为高强度、高硬度材料的清洁钻削加工提供理论和技术参考。

新型CVD金刚石涂层刀具铣削高性能各向同性石墨研究

利用自主研发的新型CVD金刚石复合涂层刀具对自行研制的高密高强各向同性石墨材料进行了铣削加工试验,对比测试了新型CVD金刚石复合涂层刀具与PCD刀具的切削性能。试验结果表明,PCD刀具铣削加工25min其后刀面磨损已超过磨钝标准0.3 mm,新型CVD金刚石复合涂层刀具加工到45 min时,其后刀面磨损量仅为0.25 mm,这说明新型CVD金刚石复合涂层刀具高速铣削石墨时表现出良好的耐磨性和使用寿命,可以适应高性能各向同性石墨的加工需求。铣削加工试验还发现新型CVD金刚石复合涂层刀具加工的石墨表面质量在初期不如PCD刀具,但在更长时间加工情况下,其加工表面质量优于PCD刀具。

金刚石涂层刀具高速铣铝合金平面切削毛刺研究

采用热丝CVD法制备纳米与微米金刚石薄膜涂层刀具,利用场发射扫描电镜表征其薄膜表面形貌。用已制备的CVD金刚石涂层刀具,在无润滑干切条件下高速顺、逆端铣铝合金平面,研究CVD金刚石涂层刀具切削时的棱边毛刺特点与大小;并对纳米金刚石涂层刀具高速顺铣切削工艺参数进行正交试验,探究取得少无切削毛刺的切削参数与切削工艺。结果表明:工件铣削后棱边毛刺分布不均匀,顺铣毛刺稀疏,尺寸较小,其中纳米金刚石涂层刀具顺铣棱边毛刺高度平均值为32.08μm,仅为微米金刚石涂层刀具顺铣毛刺高度的46.5%。纳米金刚石涂层刀具高速顺铣平面,对棱边毛刺影响最大的是v_(c),其次为v_(f),ae的影响最小,最优参数组合为a_(e)=4 mm、v_(f)=2000 mm/min、v_(c)=400 m/min,铣削后毛刺高度平均值为21.29μm。当金刚石涂层刀具端铣铝合金平面时,为取得较小的棱边毛刺,优选纳米金刚石涂层刀具,采用顺铣棱边的切削方式与切削工艺,以及相应的高速切削参数。

TiSiN/TiAlN涂层刀具高速车削TC4钛合金磨损机理分析

本文研究双层TiSiN/TiAlN涂层刀具车削TC4钛合金时的磨损机理,用扫描电镜观察刀具的磨损形貌。涂层刀具前刀面的磨损区域分为死区、黏结区和滑动区。各区的磨损机理不同,死区几乎没有磨损;黏结区的涂层受高温度和高压力的影响而失效;滑动区的涂层由切屑在前刀面滑动摩擦造成失效。通过测力仪获得切削力,在低进给量工况下,受已加工表面的回弹影响,背吃刀力和进给力比主切削力更大。通过红外热像仪获得切屑自由表面的温度,结果显示,随着进给量增大切屑厚度也增大,切屑自由表面温度没有升高。

用于碳纤维复合材料钻削的金刚石涂层刀具制备及结构优化

本文针对传统硬质合金涂层刀具钻削碳纤维复合材料(CFRP)使用寿命短、加工后工件易产生毛边等缺陷、孔加工粗糙度波动大的问题,制备并对比了不同涂层结构和不同刃口结构的金刚石涂层刀具的加工性能。结果表明,利用金刚石涂层刀具进行CFRP材料的钻削加工时,微晶金刚石(MCD)/纳米金刚石(NCD)复合结构比单一MCD涂层结构的耐磨性更好,使用寿命更长;通过减小钻头倒锥、钻尖角,增大槽前角、钻尖容屑槽前角和背宽优化刃口结构后,金刚石涂层刀具加工孔径粗糙度平均值显著降低,粗糙度极差由4.105µm下降至0.848µm。

织构化涂层刀具研究进展

表面织构和表面涂层都能有效改善刀具表面摩擦性能,若将表面织构和表面涂层相结合,利用表面织构的减摩特性与表面涂层的润滑特性以及两者之间可能存在的协同作用,有望进一步改善刀具切削性能。本文介绍了织构刀具、涂层刀具、织构化涂层刀具及其作用机制,并提出了有待进一步深入研究的问题。

高性能超硬涂层刀具的应用

采用最新表面改性技术——金属离子注入和多元多层复合涂层技术,在高速钢钻头和丝锥上进行高性能超硬涂层,同时简述涂层刀具的切削试验过程及生产应用效果,并指出了影响涂层刀具切削性能的因素。

微织构金刚石涂层刀具铣削碳/碳复合材料表面质量研究

通过未涂层刀具、涂层刀具和微织构涂层刀具对碳/碳复合材料进行铣削加工,对比分析加工后材料表面和横截面的表面质量,得出微织构涂层刀具的加工表面质量优于涂层刀具,涂层刀具的加工表面质量优于未涂层刀具。

TiN涂层刀具对20CrMo钢的干切削性能的影响及磨损机理

为了研究TiN涂层的摩擦性能及TiN涂层刀具对金属切削性能的影响,采用电弧离子镀工艺在45号钢基体和可转位硬质合金车刀YG6上沉积TiN涂层。采用球-盘式摩擦磨损实验仪对45号钢基体和TiN薄膜的干式摩擦学行为进行研究,用TiN涂层和未涂层的YG6车刀在CA6140A普通车床上对20CrMo钢进行干切削,对2种刀具切削过程中的切削力、工件表面质量及刀具磨损程度进行研究。研究结果表明：TiN薄膜和45号钢基体的平均摩擦因数为0.25和0.29;与未涂层刀具相比,TiN涂层刀具切削20CrMo钢时的主切削力可减小20%-40%,刀具耐磨性能约提高45%,寿命提高2倍左右,加工表面质量也明显提高;TiN涂层刀具前刀面的主要磨损机理是磨粒磨损,附带有黏结磨损、氧化磨损和扩散磨损。

高性能CVD金刚石薄膜涂层刀具的制备和试验研究

采用电子增强热丝EACVD法,以WC-Co硬质合金刀具为衬底制备金刚石涂层刀具,研究了提高涂层附着力的衬底预处理新方法,探讨了抑制Co催石墨化作用的有效措施,提出了改善金刚石薄膜表面粗糙度CVD后处理新工艺。研究结果表明,采用了Ar-H_2微波等离子体刻蚀脱碳预处理方法对于提高金刚石薄膜涂层的附着力有明显效果,添加适量粘结促进剂,可有效地抑制CVD沉积过程中钴向表层扩散引起的催石墨化作用。采用分步沉积新工艺是减小金刚石薄膜表面粗糙度的有效方法。所制备的高附着力和低粗糙度的金刚石薄膜涂层刀具切削性能明显改善,对实现高效高精度切削加工具有十分重要的意义。

TiN涂层刀具高速车铣切削性能及磨损机理

实验研究了高速车铣D60钢时TiN涂层刀具的切削性能和磨损机理.结果表明,在水溶性冷却液浇注冷却条件下,高频交变热应力较大,涂层剥落较快,TiN涂层刀具的耐磨性较差,不能适应切削加工的要求.与此相反,干式切削时,高频交变热应力较小,虽在涂层表面有微裂纹产生,但涂层不易剥落,刀具耐磨性较好,可进行长时间稳定切削.干式切削过程中,由于机械冲击,在刀刃处产生的微小凹缺陷,是造成刀具磨损的主要原因.不论湿式切削还是干式切削,涂层剥落后,切削区产生的瞬时热量聚集将使基体粘结相软化,进而导致硬质相颗粒脱落和基体的剧烈磨损.

织构对涂层刀具切削性能影响的有限元分析及实验研究

织构化表面在减摩耐磨领域中的应用越来越广泛。利用聚焦离子束(FIB)在TiAlN涂层刀具前刀面加工微织构,将有限元计算仿真与车削实验相结合,探讨微织构对涂层刀具切削性能和摩擦学性能的影响。研究发现:表面微织构化有利于改善刀具表面切削温度分布,降低切削温度,提高刀具耐磨性。同时,表面织构化后的涂层刀具的主切削力略有增大。

PVD氮化钛涂层刀具切削性能的试验研究

采用电弧离子镀涂层工艺，制备了TiN涂层高速钢钻头和TiN涂层硬质合金铣刀，检测了TiN涂层的膜层性能，并进行了有TiN涂层和无涂层刀具的切削对比试验。结果表明，有TiN涂层的高速钢钻头使用寿命是无涂层钻头的5～7倍，有TiN涂层硬质合金铣刀的使用寿命是无涂层铣刀的3～11倍。

Al_2O_3/TiCN涂层刀具的滑动磨损性能及切削性能研究

进行了滑动摩擦磨损和高速干切削试验,研究了Al_2O_3/TiCN涂层硬质合金刀具材料的磨损机理.结果表明:摩擦系数随着滑动速度的增加而减小,在FN=10 N时,摩擦系数最大.随着载荷和滑动速度的增加,磨损率有减小的趋势.受摩擦力和摩擦热的作用,在涂层刀具材料表面形成鱼鳞状的粘结层,随着速度和载荷增加,粘结的金属材料增多.在刀具前刀面靠近刀尖处形成了耐磨氧化物,提高刀具抗磨损性能,但在后刀面易形成少量的铁氧化物,加剧刀具磨损.其中,在刀具材料磨损表面形成的次生粘结层或氧化薄膜(如TiO_2、SiO_2),起到了润滑、减摩的作用,有利于刀具材料耐磨性能的提高.本文中的研究成果可望在指导高强度钢类材料的高效、高质量加工中发挥积极地作用.