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。

WC-Co硬质合金/CVD金刚石涂层刀具研究现状

化学气相沉积(Chemical vapor deposition,CVD)金刚石涂层刀具具有高硬度、优异的耐磨性、良好的冲击韧性和化学稳定性,能满足高效率、高精度的加工要求,逐渐成为切削铝和高硅铝合金、碳纤维增强复合材料及石墨等轻质量高强度难加工材料的主流涂层刀具。基于WC-Co硬质合金为基体的CVD金刚石涂层刀具在切削加工过程中容易发生CVD金刚石涂层的剥落,自主研发结合性能优良、长时间加工稳定的WC-Co硬质合金/CVD金刚石涂层刀具仍是该领域国内外发展的必然趋势。目前,研究者为了提高WC-Co硬质合金/CVD金刚石涂层刀具的结合性能,采用化学刻蚀法和机械处理法相结合去除WC-Co硬质合金基体表层中的Co粘结相,发现其能增强涂层与基体的结合强度,但基体表层Co粘结相含量的减少容易导致基体中形成脆化层,降低基体的强度和韧性。为了减少基体的强度和韧性损失,研究者在WC-Co硬质合金基体和金刚石涂层之间制备稳定的含Co中间化合物或沉积中间层,成功阻挡Co粘结相的热扩散。除了上述方法外,研究者还通过调控金刚石涂层工艺参数和结构,将微米晶与纳米晶金刚石层叠相结合,来提高金刚石涂层刀具的摩擦学性能和涂层与基体间结合强度。本文综述了WC-Co硬质合金/CVD金刚石涂层刀具的应用进展,明确了WC-Co硬质合金与CVD金刚石涂层间附着失效是刀具切削加工中最主要的失效形式,详细分析了影响附着失效的主要原因。在此基础上,着重介绍了各种优化工艺对增强涂层刀具性能影响的最新研究进展;指出了WC-Co硬质合金/CVD金刚石涂层刀具的性能受化学刻蚀、机械刻蚀、形成含钴化合物层、沉积中间层等基体前处理以及金刚石涂层工艺参数和结构的影响较大,对于不同牌号或不同厂家生产的同种牌号的WC-Co硬质合金基材,需要进行不同的表面前处理,而针对不同的切削加工材料,需要采用合适的金刚石涂层沉积工艺和结构以提高涂层与基材之间的结合强度,进而提高刀具的性能;最后提出了研制一种普适性强的基体前处理、涂层工艺和结构创新策略,以实现不同应用场景下WC-Co硬质合金/CVD金刚石涂层刀具的高效长寿命切削,可能是未来的研究方向。

面向钛合金切削的硬质合金涂层刀具切削热分配仿真研究

切削钛合金时会产生大量切削热,研究切削参数、涂层种类及厚度对硬质合金涂层刀具切削热分配的影响可以延长刀具使用寿命,提高加工效率。采用Deform软件对钛合金进行车削模拟,并结合切削热分配的解析法研究得出:切削热分配系数随着切削速度的增大呈上升趋势,且切削温度也随之升高;切削热分配系数随切削深度的增大却呈下降趋势,即流入切屑的热量降低,但切削温度依旧随着切削深度的增大而上升;对于不同的涂层材料,导热系数越低,切削热分配系数越大;涂层厚度对于切削热分配系数基本无影响,涂层厚度越大,切削温度越高。研究结果可以为选择刀具涂层种类和优化切削参数提供参考。

AlCrN涂层硬质合金切削高温合金耐用度对比实验

采用新型涂层AlCrN硬质合金,并同时采用无涂层YW1和TiAlN涂层硬质合金作为对比实验的刀具材料,对变形镍基高温合金GH4169进行车削刀具磨损的系列实验研究.借助光学显微镜、电子扫描显微镜与能谱探针等工具,建立刀具寿命T-v公式,以刀具耐用度为评价指标,对刀具的磨损形态、磨损机理以及此类新型涂层(AlCrN)刀具对应于镍基高温合金的切削性能进行了分析.研究表明,干切削镍基高温合金,AlCrN涂层硬质合金的性能优于当前主流应用的刀具涂层(TiAlN)刀具.其失效形式主要表现为:后刀面磨损和主切削刃微崩刃.前刀面的磨损程度相对较低.其磨损机理为:高温高应力条件下的扩散、氧化磨损与黏接的综合作用.

多弧离子镀工艺对硬质合金PCB铣刀涂层性能的影响

在硬质合金PCB(printed circuit board)铣刀表面制备高性能的硬质涂层,可以改善切削过程中刀具快速磨损的问题。采用多弧离子镀涂层技术在YG06硬质合金试片及PCB铣刀基体上分别制备AlCrN单涂层、CrN/AlCrN复合涂层以及AlCrSiN/AlCrN纳米复合涂层,利用压痕仪及扫描电镜分析观察3种涂层的力学性能及形貌特征,且在相同条件下对3种PCB涂层铣刀进行涂层性能对比试验,分析刀具磨损机理。结果表明:3种工艺方案的涂层均有较好的膜基结合力;AlCrSiN/AlCrN纳米复合涂层铣刀使用寿命最长,约为CrN/AlCrN复合涂层铣刀的1.5倍,AlCrN单涂层铣刀的1.9倍;且其涂层的致密性和表面质量最好,更适用于IT158覆铜板的高速切削加工。

硬质合金整体刀具外圆磨削加工表面缺陷分析

亚微、超细和纳米晶硬质合金是硬质合金整体刀具的典型材质,磨削加工表面缺陷会严重影响其使用寿命和服役行为的稳定性。本文分析了硬质合金整体刀具外圆磨削加工表面存在的4种典型缺陷及其形成原因,即磨屑表面粘附、表面条状撕裂、黏结相浸出和次表层裸露、WC晶粒碎裂。剖析了硬质合金整体刀具磨削加工的特殊性,即(1)合金中易存在以Co池和WC晶粒异常长大为典型代表的微观缺陷;(2)高矫顽磁力导致的难消磁特性;(3)高硬度和高强度导致的磨削碎屑的强损伤力;(4)低热导率和强磨削力工况条件对磨削液施载效果的严要求;(5)微观缺陷与磨削液的交互作用可促进黏结相和硬质相的电偶腐蚀和磨削表面Co的浸出;(6)强磨削力和WC本征脆性共同作用下,WC微小碎粒的形成对高效排屑的严要求。在棒材材质质量控制、磨削加工、磨屑处置、加工工序、磨削液选择与使用、磨削后处理和产品包装等方面提出了一系列抑制与预防磨削加工表面缺陷的建议。

硬质合金涂层刀具研究的新进展

随着现代机械加工工业朝着高精度、高速切削、干式切削技术以及降低成本等方向发展,人们对硬质合金刀具提出了更高的要求。涂层硬质合金具有高硬度和优良的耐磨性,延长了刀具的寿命,这是切削刀具发展的又一次革命。本文综述了目前国内外硬质合金涂层刀具在涂层方法、涂层种类和涂层基体等方面的新进展。

溶胶-凝胶法制作陶瓷涂层硬质合金刀具

以异丙醇铝为前驱物 ,将溶胶 -凝胶工艺应用于硬质合金刀片涂层 ,研制成功一种新型的陶瓷涂层刀片。使用浸渍提拉法对刀具基体进行涂层 ,在基体表面获得勃姆石凝胶膜 ,经 1 2 0 0℃热处理后可以得到厚度适宜的α -Al2 O3涂层 ,涂层完整 ,无宏观缺陷 ,并且在初步的切削实验中显示出一定效果 ,从而为涂层刀具制造展示了一种全新的涂层方法。利用扫描电子显微镜 (SEM)观察了涂层的表面形貌 ,用X射线衍射 (XRD)和电子探针 (EPMA)分析了涂层的表面和界面的成分和微观结构。实验结果表明 ,涂层在 1 1 4 0℃左右转化成α -Al2 O3,在 1 2 0 0℃烧结致密 ,而在 1 2 50℃以上涂层发生明显收缩 ,晶粒明显长大 ;最终的涂层为多晶体结构 ,涂层界面未生成弱化相 ;硬质合金中的部分钴元素扩散到涂层中 ,有助于提高涂层和基体间的粘结强度。

金刚石薄膜涂层硬质合金刀具的界面表征

采用SEM对金刚石薄膜涂层硬质合金刀具的金刚石薄膜表面、背面及金刚石薄膜剥落后的硬质合金刀片表面的典型形貌进行了观察，并采用TEM对金刚石薄膜／硬质合金刀片横截面的微观组织进行了研究，还采用FT—Raman光谱法对金刚石薄膜表面及金刚石薄膜剥落后的硬质合金刀片表面的微观结构进行了表征．结果表明：经适当的化学侵蚀脱钻和等离子体刻蚀脱碳预处理后，金刚石薄膜涂层硬质合金刀具的界面通常存在薄的（数十um）石墨碳层；局部区域见到金刚石粒子直接生长在WC颗粒上,金刚石膜／基横截面的典型组织层次为：金刚石薄膜／薄的石墨碳层／细小的WC层／残留的脱碳层（η相＋W相）／原始的硬质合金基体．

涂层硬质合金刀具对奥氏体不锈钢的切削特性

为了深入探究涂层硬质合金刀具切削奥氏体不锈钢的切削机理,试验采用确定的进给量和背吃刀量,只改变切削速度的单因素法,来研究切削速度对奥氏体不锈钢工件加工表面质量的影响以及涂层刀具的切削机理。采用JEOL JSM-6360LV扫描电子显微镜和EDS能谱仪对工件加工表面及磨损刀片进行表面微区磨损形貌的观察分析与组成成分分析,采用X射线衍射仪对工件表面物相组成进行分析,采用激光扫描显微镜LSM对工件表面三维形貌进行观察分析。研究表明,切削速度较低时,不锈钢材料因材质较软,断屑性能较差;速度较高时,切削过程中粘着现象严重,致使摩擦剪应力较大,摩擦表面发生形变,进而诱发不锈钢的马氏体相变。因此,宜选用中速V=85m/min进行切削,在此速度下,被加工件获得的表面质量较好,表面粗糙度Ra=3.679μm。刀具磨损主要发生在前刀面靠近刀尖的部位,磨损机理主要表现为粘着磨损。研究发现,涂层硬质合金刀具在体现出一定的良好切削性能的同时也不可避免地发生了磨损,所以深入研究其切削机理能够丰富涂层刀具的切削理论,为提高涂层刀具在切削难加工材料时的刀具寿命以及拓展其在实际切削加工中的应用范围提供试验依据。

涂层硬质合金刀具切削超高强度钢35CrMnSi磨损机理研究

对于低合金超高强度钢35CrMnSi,在分析材料切削特性的基础上,选择涂层硬质合金刀具进行切削试验.改变切削速度,得到使用寿命曲线和t-v曲线,利用扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)和能谱分析仪(energy dispersive spectrometry,EDS)分析研究了磨损区磨损机理.结果表明:使用寿命在切削速度选取范围内随切削速度的增大而明显减小;前刀面上受到氧化及扩散磨损的作用,呈凹坑状的月牙洼磨损,且凹坑随切屑的流动而增大;硬质相的扩散及黏结作用是造成后刀面磨损的主要原因.

粉末表面涂层陶瓷的硬质合金刀具材料

使用溶胶－凝胶法在硬质合金粉末表面涂覆了一层氧化铝陶瓷，涂层粉末经热压烧结后，制得一种新型的涂层刀具材料．这种刀具材料的耐磨性与陶瓷材料接近，并且具有较高的强度和韧性，在切削高硬度材料时表现出良好性能，具有广阔的应用前景．

涂层硬质合金刀具切削奥氏体不锈钢切削力的试验研究

通过四种涂层硬质合金刀具切削奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的试验,研究了切削用量对切削力的影响,并对四种刀具的切削力进行了对比分析。试验结果表明:在采用小进给量、小背吃刀量切削时,出现了背向力大于主切削力的现象;随着切削速度的增加,YBC251、GC2025刀具的切削力先减小后增大;同型号的PVD涂层硬质合金刀具与CVD涂层硬质合金刀具相比较,前者的切削力显著小于后者。

硬质合金切削刀具涂层技术的发展

本文主要综述了硬质合金刀具涂层技术的发展,对硬质合金涂层技术的概念、分类和改进措施等进行了阐述。展望了硬质合金涂层材料的前景和发展方向。

复合化学气相沉积法制备厚膜α-Al_2O_3涂层硬质合金刀具

研究了厚膜α-Al2O3涂层硬质合金刀具的涂层设计方法,探索了采用中、高温连续复合化学气相沉积技术(MHT-CVD)生产厚膜α-Al2O3涂层硬质合金刀具的工艺,表征了复合涂层的微观结构,并对厚膜α-Al2O3涂层硬质合金刀具的性能进行了测试。研究表明,通过MHT-CVD工艺生产的厚膜α-Al2O3涂层硬质合金刀具具有比普通TiN涂层硬质合金刀具更佳的切削性能。

涂层硬质合金刀具磨损机理的研究

通过高速切削试验,观察了涂层刀片的磨损过程,描述了其磨损形态,分析了涂层刀片磨损率不同的原因,提出了涂层硬质合金刀具的磨损机理模型以及涂层硬质合金刀具的磨损类型。

陶瓷粉末涂层硬质合金刀具的切削性能

介绍一种新型陶瓷涂层刀具材料及刀具，它是采用溶胶－ 凝胶法在硬质合金粉末表面涂覆一层氧化铝陶瓷，然后将涂层粉末热压烧结成形。切削试验表明，粉末涂层刀具切削高硬度材料时具有优良的切削性能。

AlCrN涂层刀具对Ti6Al4V的干铣削与磨损性能研究

在JTVC650B立式加工中心上分别使用未涂层刀具和AlCrN涂层刀具对45钢进行单因素干铣削试验,探究两种刀具对铣削弯矩性能的影响;采用AlCrN涂层刀具对Ti6Al4V进行干铣削试验,运用单因素试验法研究铣削方式和铣削要素对铣削弯矩的影响,并利用正交试验法结合方差分析和信噪比分析,研究AlCrN涂层刀具干铣削Ti6Al4V的最优铣削参数组合,并对AlCrN涂层刀具磨损区域进行SEM和EDS分析。研究表明:相对于未涂层刀具,采用AlCrN涂层刀具能够有效降低铣削过程中产生的弯矩;铣削Ti6Al4V时,AlCrN涂层刀具采用顺铣的方法比逆铣更优;铣削弯矩随着主轴转速的增加而逐渐减小趋于平稳,随着进给量和铣削深度的增加而增大,最优铣削参数为A3B1C1;AlCrN涂层刀具磨损区域存在磨料磨损、黏结磨损和扩散磨损。

涂层氮铝钛(TiAlN)硬质合金刀具的研究

涂层氮铝钛(TiAlN)硬质合金是一种新型材料,相比于未涂层硬质合金具有更高的切削性能。文中通过多次实验,并和未涂层硬质合金的刀具寿命作了比较。研究结果表明,该涂层刀具有很高的耐磨性,与未涂层刀具相比,大幅提高了刀具的耐用度。

PVD涂层与未涂层硬质合金刀具切削力的对比试验研究

应用同型号未涂层、TiN涂层和TiCN涂层硬质合金刀具进行切削试验 ,用KISTLER三向测力仪、电荷放大器和PC机组成的切削力数据采集系统进行三向切削力采集。试验表明在切削过程中PVD涂层硬质合金刀具的切削力随刀具进给量、切削深度、切削速度的变化规律与未涂层硬质合金刀具相同 。