涂层刀具摩擦磨损综述

涂层刀具已成为现代刀具的重要标志,涂层刀具可以提高加工效率、提高加工精度、延长刀具使用寿命、降低加工成本,将是今后数控加工领域中最重要的刀具品种。这里讨论了国内外涂层刀具的种类及切削应用情况,并对涂层刀具的摩擦磨损,发展及应用状况进行了综合评述。     

芳纶纤维复合材料高速钻削刀具磨损机理研究

目的 研究高转速条件下芳纶纤维复合材料（AFRP）钻削过程中刀具的摩擦学行为。方法 采用TiAlN涂层超细微碳化钨晶粒麻花钻对芳纶纤维复合材料进行高速钻削试验。首先,研究整个寿命阶段刀具后刀面磨损规律。其次,观察分析刀具磨损处的微观形貌,深入研究刀具的失效形式与磨损机理。结果 刀具磨损可分为3个阶段,分别为初期磨合阶段、稳定磨损阶段、急剧磨损阶段,各阶段磨损速率各不相同,稳定磨损阶段最小,急剧磨损阶段最大。涂层刀具的失效形式为涂层与基体材料剥落以及后刀面磨损,磨粒磨损为主要的磨损形式,同时伴随着不同程度的粘结磨损和氧化磨损,使后刀面形成诸多凹坑和划痕。结论 丰富了复合材料高速钻削中的刀具磨损机理,并为钻削刀具的选用及性能优化提供理论与试验依据。     

WC硬质合金表面涂层摩擦磨损特性及其铣削性能研究

为了研究WC硬质合金表面氮化物涂层的摩擦磨损特性及其对刀具铣削性能的影响,采用物理气相沉积法(PVD)在WC硬质合金表面分别沉积了TiN、CrN和TiAlN 3种氮化物涂层。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、摩擦磨损试验机分析了WC硬质合金及3种氮化物涂层的组织和摩擦磨损性能。以45钢为被铣削材料,研究了WC硬质合金及3种氮化物涂层刀具的铣削性能。结果表明：氮化物涂层能有效提高WC硬质合金的表面硬度和耐磨性能,3种氮化物涂层中,TiAlN涂层的硬度最高,相比WC基体提高了26.5%,TiAlN涂层能显著提高WC硬质合金的耐磨性能,其磨损特征为较小的磨粒磨损和轻微氧化磨损。TiAlN涂层的高硬度和高耐磨性能更有利于铣削45钢,铣削过程中产生的氧化膜易覆盖在刀尖表面,起到保护刀具表面的作用,进而显著提高刀具的铣削性能。同时相比其他涂层,TiAlN涂层刀具后刀面的磨屑的黏附少,表现出较强的排屑能力,这对于提高刀具的铣削性能具有重要意义。     

AlTiN涂层的高温摩擦与磨损行为

采用阴极离子镀方法在YT14硬质合金刀具表面制备了AlTiN涂层,用高温摩擦磨损试验机考察AlTiN涂层在800℃高温下摩擦-磨损行为。通过扫描电镜观察涂层磨损前后微观形貌,利用X射线衍射和X射线配谱仪分析了AlTiN涂层高温磨损后物相与表面化学元素变化,对AlTiN涂层在800℃下失效形式进行研究,并探讨其高温下摩擦磨损机理。结果表明,AlTi N涂层中Al原子促进了Ti原子的价电子态趋于稳定,在涂层表面形成一层致密的Al2O3薄膜,具有良好的抗高温氧化性能,阻止了O原子对涂层的进一步氧化;在800℃时涂层摩擦系数平均值为1.090,磨损机理为氧化磨损+磨粒磨损+疲劳磨损。     

阴极弧离子镀制备AlCrN涂层的高温摩擦磨损行为

采用阴极离子镀在TiC金属陶瓷刀具表面制备了AlCrN涂层,采用球/平面接触方式考察了900℃高温时不同载荷作下涂层的摩擦磨损行为。通过扫描电镜观察了磨痕轮廓和微观形貌,并用能量散射谱和X射线衍射分析了磨损后涂层表面化学元素和物相的变化,讨论了载荷对涂层摩擦因数和磨损性的影响。结果表明,经900℃高温氧化后,涂层中N元素全部释放,形成Al和Cr的氧化物,改善了润滑性能和磨损性能;在载荷600,800和1000 g作用下,涂层摩擦因数平均值分别为0.1455,0.3939,0.4188,在载荷600 g时表现出优良的摩擦特性,适用于精密切削加工;在高温下AlCrN涂层表现为氧化磨损,同时伴随着少量的磨粒磨损和黏着磨损。     

刀具磨损检测方法探究

无论是工业应用中还是生活中,五金磨损检测的意义均是十分重要。尤其是刀具的磨损检测,有利于验证刀具使用情况。文章阐述了刀具切削过程中磨损机理,提出了刀具磨损检测的各种方法。     

基于PVD-TiN和TiSiN涂层的Al2O3/TiCN陶瓷刀具及其切削性能研究

采用物理气相沉积(Physical vapor deposition, PVD)工艺在Al₂O₃/TiCN陶瓷刀具表面分别沉积了TiN和TiSiN涂层。通过扫描电子显微镜(SEM)观察涂层微观结构, 采用显微硬度计和划痕仪分别表征涂层硬度和测量涂层与基体的结合强度。通过对涂层刀具进行连续干切削灰铸铁实验, 研究TiN和TiSiN涂层对刀具磨损特征的影响并探讨其磨损机理, 同时研究了涂层对工件加工表面质量的影响。结果表明: PVD涂层可显著提高Al₂O₃/TiCN陶瓷的刀具硬度。TiN涂层和TiSiN涂层可分别提高刀具表面硬度25%和65%, 从而增加刀具耐磨性。两种涂层刀具在连续切削灰铸铁实验中主要的失效机理均是挤压变形下的磨粒磨损, 其中TiN涂层刀具还伴随有粘结磨损; 刀具上的PVD-TiN和TiSiN涂层可以有效保护Al₂O₃/TiCN陶瓷刀具基体, 防止崩刃, 进而改善工件表面加工质量。     

镗削刀具磨损建模及状态检测

运用回归分析技术和模糊分类技术，分别建立了两种镗削刀具磨损模型。第一种是基于电流信号的刀具磨损模型，第二种是直接基于刀具磨损量的模型，这两种模型均滤除了切削条件的影响。对于第一种模型，可利用电流信号进行刀具磨损状态在线识别；对地第二种模型，综合了时间因素的影响，可直接识别刀具磨损量。在此基础上，还简要地比较了这两种模型。实验结果证明，这两种方法简单，实用，具有较好的可行性。     

添加元素对TiN涂层磨损机理的影响

利用ＡＥＳ，ＸＲＤ和ＷＤＳ等手段研究了Ｗ１８Ｃｒ４Ｖ钢表面用多弧离子镀技术沉积ＴｉＮ涂层中添加Ａｌ，Ｃ等元素对涂层磨损机理的影响，试验结果表明，ＴｉＡｌＮ涂层限ＴｉＮ的相同，仍以微剥落为主要失效形式，而ＴｉＣＮ则在磨损接触面上形成了界面层，磨损过程就是界面层向涂层内部的迁移过程。     

热喷涂技术在摩擦磨损领域应用研究

该文综述了热喷涂技术在摩擦磨损领域应用的研究现状及进展,主要论述了喷涂方法、喷涂工艺、喷涂材料、涂层结构、涂层处理及喷涂涂层的磨损机理等方面在摩擦磨损领域的研究与进展,通过上述几方面的讨论与分析,总结了热喷涂涂层在摩擦磨损领域具体的应用情况,分析和总结了热喷涂涂层在摩擦磨损领域应用失效的主要原因和形式,并提出了提高热喷涂技术在摩擦磨损领域应用能力的方法和措施。     

铣削GH4169高温合金用刀具的磨损机理

采用肯纳KYHS10陶瓷刀具对高温合金GH4169进行了高速铣削加工试验,结合Dino显微镜和扫描电镜观察了陶瓷刀具在高速铣削加工后的磨损形貌,并分析了在不同的切削参数下的刀具磨损机理。试验结果表明:陶瓷刀具的磨损形貌主要表现为沟槽磨损、前刀面月牙洼磨损、后刀面磨损、微崩刃和剥落等,主要的磨损机理为黏结磨损、扩散磨损、磨料磨损等,并且在不同的切削参数下磨损机理不同。黏结磨损随切削速度的提高逐渐加剧,磨粒磨损随切削速度的提高而下降。     

刀具涂层材料性质的研究分析

一、前言从60年代末由化学气相沉积法制造的TiC涂层硬质合金可转位刀具出现以来,经过10年的时间,物理气相沉积法制造的涂层高速钢刀具相继出现.由于各种涂层——基体结合的涂层刀具,能有效地提高刀具的使用寿命和切削速度,取得了明显的经济效益,因此,涂层刀具的研究、推广和应用,引起了人们极大的重视. 涂层刀具提高的刀具寿命和获得的切削速度能力,主要取决于涂层材料较基体材料能增加的红硬性(即高温硬度)和化学稳定性结合的程度,以及涂层材料与基体材料合适的匹配.涂层材料与基体材料的匹配种类又取决于刀具在不同场合下应用的损坏机理. 二、刀具损坏的机理刀具在金属切削加工应用中,按刀具的损坏情况,可分为切削刃的正常磨损和切削刃的异常碎裂两种.刀具切削刃的正常磨损     

40Cr钢表面涂敷层的磨损和腐蚀磨损研究

用掺有 10 %(w)CeO2 粉末的及未掺的KF 2 0 1铁基高强度耐磨合金粉末 ,对淬火态 40Cr钢材表面进行喷涂、喷熔和激光涂敷等表面处理 ,考察了用这 3种工艺制作的 6种涂层的显微组织、硬度分布、无润滑磨损和腐蚀磨损。结果表明 ,涂层的磨损抗力和腐蚀磨损抗力都比 40Cr钢基底的大为提高。激光涂敷层的磨损抗力达到淬火态 40Cr钢基底的 5倍以上 ,在 5 %盐水 +石英砂内进行腐蚀磨损试验 ,激光涂敷层的腐蚀磨损抗力达到 40Cr钢基底的 2倍以上。在KF 2 0 1粉末中掺入CeO2 ,Ce能使涂层组织细化 ,涂层磨损抗力与腐蚀磨损抗力得到进一步的提高。     

基于ABiGRU的铣刀磨损监测方法研究

为了准确监测铣削加工过程中刀具磨损程度，提出了一种基于双向门控循环神经网络融合注意力机制(ABiGRU)的刀具磨损监测模型。在该监测模型中，通过对振动、力和声发射传感器采集到的时序数据进行时域、频域和时频域分析，使用spearman相关系数提取与后刀面平均磨损量强相关的20维特征。引入ELU激活函数来优化BiGRU网络，解决梯度消失问题；利用内部注意力机制提升模型对于重要特征信息的捕捉能力，快速实现从特征到刀具磨损值的映射。通过与RNN、LSTM、GRU、BiLSTM和BiGRU进行的对比分析，结果表明：该模型能够准确地表征刀具磨损程度，并使模型的精度和效率得到了较大的提高。     

刀具磨损监测系统的实用化研究

为了实现刀具磨损监测系统的工业应用,根据常规的刀具磨损检测理论,通过对大量不同状态的实验数据进行分析,提出了刀具磨损监测系统的实用化模型,并将其应用于车床的刀具状态监测.实验结果与工具显微镜离线测量数据吻合,表明提出的监测模型有效地实现了多种加工方式、任意加工条件、任意工件及刀具组合的刀具状态监测.     

镍基高温合金铣削刀具磨损预测

搭建镍基高温合金铣削实验测试平台，分析刀具磨损变化规律，提出了一种基于堆叠稀疏自动编码器和多传感器特征融合的新型深度学习方法，用于铣削刀具磨损预测。在时域、频域和时频域中提取信号特征，并通过相关性分析确定最优的多传感器特征，输入堆叠稀疏自动编码器进行深度特征学习。利用双向长短时记忆网络建立刀具磨损预测模型，应用不同的铣削磨损实验数据集来验证训练模型的预测性能。预测结果表明，所提模型均方根误差与传统模型相比至少减小了9.6%,证明了多传感器特征融合和深度学习方法的结合可以提高预测性能。     

摩擦磨损

9006001 固体润滑涂层变形的研究——1988,9(3):389(俄文) 介绍了藉助圆球形压头观察固体润滑涂层的变形规律。发现负荷能使固体润滑涂层发生由弹性到塑性变形的转变,得出关系式用来估算涂层弹性变形的情况和摩擦体最小磨损的条件。(周顺隆摘.) 9006002 腐蚀与磨损间的相互作用——Batcheler A.W.Wear,1988,123(3):281(英文)     

基于信息融合的刀具磨损状态智能识别

采集声发射和振动加速度信号,搭建了数控车床刀具磨损状态多信息数据采集系统;用正交试验法采集相关数据并分析了不同切削条件、不同刀具磨损程度下数控车削加工过程中的声发射和振动信号;用小波包分解法提取了声发射和振动信号的最佳特征频段作为识别刀具磨损的特征参量,采用BP神经网络将数控切削过程中刀具磨损的声发射与振动信号特征信息进行融合,研究了数控车削刀具磨损状态的智能识别技术。     

基于尺寸效应的微径铣刀磨损预测模型的建立与实验研究

刀具磨损是影响微细铣削加工的重要因素之一,将材料的本构模型与Usui刀具磨损模型相结合,并考虑到微细加工中存在的尺寸效应,提出一种新的刀具磨损预测模型,采用有限元仿真和物理实验的方法确定硬质合金刀具铣削碳钢时刀具磨损预测模型中的相关参数,并进行了实验验证。为了更直观的观察、预测刀具磨损情况,将该模型应用于微细铣削仿真过程中,可求得任意时刻刀具的磨损及几何轮廓。为微细铣削中刀具磨损的研究提供了新的方法。     

基于卷积门控循环神经网络的刀具磨损状态监测

针对刀具磨损状态在线监测需求,提出一种基于卷积门控循环神经网络的刀具磨损状态在线监测方法。综合卷积神经网络和门控循环神经网络的优点,构建了卷积门控循环神经网络;以切削力为输入信号,通过小波变换滤除噪声;利用卷积神经网络提取表征刀具磨损状态关键信息的高维特征;通过门控循环神经单元使模型在时间尺度上的累积效应得到充分表达,体现磨损的时序特性。实验表明,在有限的刀具磨损数据样本条件下,通过卷积门控循环神经网络进行刀具磨损状态监测具有较好的效果,其准确率达到97%。