蠕墨铸铁铣削用刀片材质优化与失效机理探讨

蠕墨铸铁因其独特的物理特性,切削加工过程中切削力较大、切削温度高、切削加工性能差。而刀片材质特性对蠕墨铸铁切削加工有着极其重要的影响。本文通过开展一系列的蠕墨铸铁铣削加工测试,对比了不同材质刀片切削蠕墨铸铁时的寿命差异,分析了基体硬度对刀片失效时的磨损形貌差异及产生的原因,并研究了切削初期刀片磨损状态对后续加工的影响特性。寿命对比测试结果表明:CVD涂层刀片寿命较PVD涂层刀片寿命更高,硬度为15.97 GPa的WC-5.5%Co细晶合金基体/MT-TiCN/Al_(2)O_(3)涂层的CVD涂层刀片,因为基体硬度适中,涂层耐磨性好,刀片寿命最高,更适合蠕墨铸铁的铣削加工。通过对比三种不同材质刀片失效形态可知,WC-5.43%Co超细晶合金基体/TiAlN涂层的PVD涂层刀片更易发生崩缺,WC-6%Co细晶合金基体/MT-TiCN/Al_(2)O_(3)涂层的CVD涂层刀片因磨损过快导致刃口微崩,WC-5.5%Co细晶合金基体/MT-TiCN/Al_(2)O_(3)涂层的CVD涂层刀片后刀面均匀磨损。通过磨损机理分析可知,铣削三种材质的刀片均以磨粒磨损和粘结磨损为主,其中,WC-5.43%Co超细晶合金基体/TiAlN涂层的PVD涂层刀片在切削初期就发生了涂层剥落与刃口微崩缺,失去了涂层的保护,裸露的基体更容易发生磨粒磨损和粘结磨损;两种CVD涂层在切削初期均存在涂层热裂纹,但是并未发生涂层剥落,特别是基体硬度相对更高的WC-5.5%Co细晶合金基体/MT-TiCN/Al_(2)O_(3)涂层的CVD涂层刀片,因基材对涂层的支撑作用更强,切削性能更好。

涂层对钛合金高速切削加工性能的影响

采用TiAlN和TiAlSiN涂层的两种硬质合金刀片高速干式切削钛合金(TC4),测量并分析了涂层刀片的切削寿命、车削过程中的切削力及工件已加工表面粗糙度,并利用扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析仪对涂层硬质合金刀片的磨损区域进行了观察分析,探讨了涂层刀片的磨损机理,研究了涂层对钛合金车削加工性能的影响。经过5次反复实验,结果表明:TiAlN涂层刀片高速车削钛合金的耐磨损性能较TiAlSiN涂层刀片提高20%左右;随着磨损的加剧,TiAlSiN涂层刀片的切削力在后期大于TiAlN涂层刀片的切削力;同时,TiAlSiN涂层刀片加工的表面粗糙度也随着刀尖的磨损、刀尖圆弧变大而降低;两种刀片的磨损机理是粘结磨损、扩散磨损、氧化磨损和磨粒磨损同时发生并相互促进,TiAlSiN涂层刀片的切削刃和后刀面磨损较TiAlN涂层刀片快,TiAlN涂层刀片磨损均匀。