硬质合金刀具车削Ti6Al4V钛合金试验研究

文章采用单因素试验法,用未涂层硬质合金刀具和TiAlN涂层硬质合金刀具对Ti6Al4V钛合金进行了车削试验,通过对切削过程中刀具寿命、切削力、切削温度以及加工表面粗糙度的分析,得出了两种刀具车削钛合金的切削性能,为钛合金车削试验提供了依据.     

TiAlN涂层与Al_2O_3复合涂层刀具高温合金切削性能研究

为提升高温合金加工刀具的加工质量与效率,设计制备了用于金属陶瓷刀具的TiN/Al_2O_3/TiC/TiCN复合涂层(Al_2O_3复合涂层)与用于硬质合金刀具的TiAlN涂层。开展了进给量为单因素变量的切削实验,并从切削力变化、刀具磨损情况及被加工表面质量三方面验证对比刀具的切削性能。试验表明,涂层刀具的刃口钝化处理导致了其加工过程切削力的升高,其中TiAlN涂层硬质合金刀具切削力变化较平稳;Al_2O_3复合涂层刀具加工过程中出现了涂层剥落现象,而TiAlN涂层刀具磨损较小;TiAlN涂层硬质合金刀具获得的加工表面质量优于Al_2O_3复合涂层刀具。TiAlN涂层硬质合金刀具在耐磨性、涂层粘着力及加工质量三方面均优于Al_2O_3复合涂层金属陶瓷刀具。     

超声辅助TiAlN和TiAlSiN涂层刀具切削不锈钢性能的研究

研究了不同涂层铣刀在超声振动辅助作用下切削304不锈钢的切削性能,如磨损情况、刀具寿命、工件表面质量以及切削力。分别采用未涂层、TiAlN、TiAlSiN涂层铣刀结合超声刀柄进行铣削实验;对比研究不同影响因素耦合下的切削性能;采用超景深三维视频显微镜表征刀具后刀面磨损情况;采用粗糙度测量仪测试工件表面粗糙度;采用扫描电镜观察工件的表面形貌;采用kistler测力仪测量切削力。结果表明:TiAlN涂层铣刀在超声振动辅助下,磨料磨损速度最慢,铣刀使用寿命最长(走刀距离在45m左右),其寿命是无超声振动辅助无涂层铣刀寿命的11.25倍。TiAlN涂层铣刀在超声振动辅助下加工304不锈钢工件的表面粗糙度最好;从无超声状态到有超声状态下加工,TiAlN涂层刀具加工时工件所受的切削力均略小于TiAlSiN涂层刀具加工时工件所受的切削力。     

TiN和TiAlN涂层刀具铣削铝锂合金表面质量试验对比研究

目的 比较TiN和TiAlN涂层刀具加工铝锂合金的切削性能和表面质量。方法 使用硬质合金、TiN涂层和TiAlN涂层三种刀具,对2198-T8型铝锂合金进行干式铣削试验。改变切削因素的水平,比较刀具磨损、铝锂合金的表面粗糙度、切削力和切屑形态。结果 铣削铝锂合金时,刀具主要磨损为粘附磨损,TiN涂层的粘附程度最低,硬质合金次之,TiAlN涂层表面粘附最严重,切削效能最低。粘附磨损严重影响铣削成形的表面粗糙度,并使铣削力增加。铣削速度是影响工件表面粗糙度的主要因素,通过提高铣削速度可明显降低材料的粘结程度,降低表面粗糙度与铣削力,TiN涂层在铣削铝锂合金时最小表面粗糙度可达到0.5 μm以下。在相同的切削参数下,TiN涂层断屑均匀,切屑表面较为光滑,切屑塑性变形最小。硬质合金刀具产生的切屑尺寸较短,切屑表面有少量带状条纹,TiAlN涂层刀具产生的切屑发生了严重的塑性变形。结论 与TiAlN涂层和硬质合金刀具相比,TiN涂层刀具在铣削铝锂合金时的切削效能最好,可以达到最好的表面粗糙度和加工效果。     

CVD金刚石涂层刀具在石材铣削中的磨损特性研究

为了揭示CVD金刚石薄膜涂层刀具在硬脆材料切削中的刀具切削性能与磨损机理,利用不同沉积参数下的金刚石涂层刀具对天然石材进行了高效铣削实验。针对金刚石涂层刀具和未涂层硬质合金刀具的磨损周期和切削性能,分析刀具切削力和工件表面粗糙度随后刀面磨损面积的变化规律,总结刀具磨损机理。实验结果表明:金刚石涂层刀具切削寿命高于未涂层硬质合金刀具;金刚石刀具的磨损周期可以分为初始磨损区、稳定磨损区和加剧磨损区3个阶段,其中甲烷浓度为1%的金刚石涂层刀具寿命较长,切削性能稳定;金刚石涂层刀具的磨损机理主要包括裂纹作用下的涂层剥落、涂层内部晶间断裂和粘结磨损,其中裂纹作用下的膜-基涂层剥落磨损为刀具失效的主要磨损机制。     

金刚石涂层刀具铣削氧化锆义齿性能研究

氧化锆陶瓷义齿不论从材料的切削加工性,还是从义齿的结构特点上,对刀具的切削性能及寿命都有极高的要求。本文先对立铣刀加工预烧结氧化锆义齿的特点进行分析,得出义齿在加工中的失效主要是由切削冲击、过切和欠切引起的,然后通过刀具的寿命试验和磨损试验对金刚石涂层刀具和TiAlN涂层刀具进行了寿命、磨损的对比分析。在试验分析的过程中通过超景深显微镜对后刀面磨损带宽度和铣削距离进行记录,通过扫描电镜等仪器分析了两种不同涂层材料刀具加工后的前、后刀面磨损形貌和刀具的磨损机理。最终得出在磨钝标准:VB为0.1 mm的情况下,金刚石涂层刀具的寿命约是TiAlN涂层刀具的6.5倍,在切削过程中发生的主要磨损为磨粒磨损、化学磨损和冲蚀磨损。     

微米、纳米及微/纳米复合金刚石涂层的切削性能研究

利用化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)法在硬质合金上制备纳米、微米以及微/纳米复合金刚石涂层,并进行了切削对比试验。通过测试已加工材料的表面粗糙度和金刚石涂层刀具前、后刀面磨损,对比分析了不同金刚石涂层的切削性能,同时总结了CVD金刚石涂层刀具的失效形式及机理。结果表明:纳米金刚石涂层刀具切削加工后的表面粗糙度值最小,Ra=0.942μm;微米金刚石涂层刀具切削加工表面粗糙度值最大,Ra=1.631μm;纳米涂层刀具的后刀面磨损最大,约为微米涂层的2倍,复合涂层的5倍;微/纳米复合金刚石涂层刀具膜/基结合力高,前、后刀面的金刚石涂层没有出现脱落,且刀具的磨损量较少;金刚石涂层刀具的主要失效形式是涂层的过早脱落,其失效主要是由金刚石涂层的残余应力大、涂层化学纯度低、内部产生微裂纹多,以及切削时表面粗糙度高、切削力大和刀具积屑瘤普遍等原因引起的。     

CVD金刚石涂层刀具切削性能与磨损机理研究

针对普通刀具切削质量差、刀具耐用度低等问题,对CVD涂层刀具制备方法及切削性能进行研究。首先以硬质合金刀具为基体通过CVD方法制备金刚石涂层,分析涂层表面形貌。然后在不同条件下进行铝合金材料的干式切削试验,分析金刚石涂层对切削力、切削温度以及工件表面粗糙度的影响规律。最后,通过对刀具磨损机理的分析,讨论涂层对刀具使用寿命的影响。研究结果表明,所制备的涂层刀具能够降低切削力和切削温度,大大提高刀具的切削性能和工件的表面质量,并能有效提高刀具使用寿命。     

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。     

车削45%SiCp/Al复合材料刀具寿命及磨损机制研究

为探索金刚石刀具(PCD)和涂层硬质合金刀具加工45%SiCp/Al复合材料时的刀具磨损、切削力、表面粗糙度的变化规律,对45%SiCp/Al复合材料进行了切削试验。分别使用三向测力仪对切削力进行测量,光学显微镜对刀具磨损进行了观察和测量。分析了PCD和涂层硬质合金刀具磨损的演变过程及刀具磨损对切削力、表面粗糙度的影响规律。研究结果表明,对于PCD刀具,前刀面磨损形式依次为晶粒脱落、磨粒磨损、粘结磨损并存在崩刃。后刀面的主要磨损形式为磨粒磨损,并伴有积屑瘤的产生。硬质合金刀具前刀面磨损形式依次为涂层脱落、磨粒磨损,后刀面出现严重磨粒磨损并且出现粘附现象,用PCD刀具切削45%SiCp/Al复合材料,切削力随积屑瘤增长或脱落呈周期性变化。用涂层硬质合金刀具切削时,主切削力是PCD刀具的两倍。对于PCD刀具,表面粗糙度也随积屑瘤呈周期性变化。涂层硬质合金刀具切削45%SiCp/Al复合材料的表面粗糙度大于PCD刀具,并且随切削距离增加急剧增长。     

PVD涂层刀具高速铣削CoCrMo合金的性能研究

目的为了提高涂层硬质合金刀具的切削性能,研究了物理气相沉积PVD法制备的涂层硬质合金铣刀在高速干式环境下的铣削性能。方法采用阴极电弧技术制备了TiN、TiAlN以及TiAlSiN涂层硬质合金铣刀刀头,通过一同沉积涂层的硬质合金圆片,间接测量得出涂层的显微硬度、厚度和平均摩擦系数,并以CoCrMo合金为切削对象,进行了PVD涂层与无涂层刀具高速铣削下的对比试验。结果TiAlSiN显微硬度最高达3800HV,摩擦系数达0.3,TiAlN涂层平均膜厚为2μm,间接测得TiN、TiAlN以及TiAlSiN涂层的结合力依次为60、58、42N。在三者的切削性能中,TiAlSiN涂层的切削性能比TiAlN和TiN涂层的好,同等切削参数时,TiN刀具的高速铣削时间最短,TiAlSiN涂层的平均磨损值为0.1895,TiN的平均磨损值为0.3047。结论涂层中添加Al、Si,极大地提高了刀具的使用性能,改善了刀具切削过程中的耐磨性、红硬性,极大地延长了刀具的使用寿命。TiAlSiN涂层的硬度高,耐磨损性好,切削性能好,适合高速铣削加工。     

热丝CVD金刚石涂层膜基界面结合强度研究新进展

硬质合金基体金刚石涂层工具产业化应用的主要障碍之一在于涂层的膜基界面结合强度较差,易引发涂层早期脱落。提高膜基界面结合强度、保证刀具正常使用寿命,已成为金刚石涂层工具产业化亟待解决的主要问题。我们介绍了近年来在提高硬质合金基体金刚石涂层膜基界面结合强度方面所取得的一系列研究新进展,并提出了进一步改善其膜基界面结合强度的新思路,以促进热丝CVD金刚石涂层工具的产业化应用。      

金刚石膜涂层硬质合金工具研究进展及产业化前景

金刚石具有最高的硬度，极低的摩擦因数，最高的热导率和极佳的化学稳定性，因此是最理想的工具涂层材料。由于金刚石膜涂层硬质合金工具可能具有金刚石的硬度和硬质合金的强韧性的结合．因此20余年来一直受到世界各国的普遍关注。本文综述了金刚石膜涂层硬质合金的研发历史与现状，并针对目前的市场状况和未来的发展进行了评述。     

Cutting performance of PVD-coated carbide and CBN tools in hardmilling

In this study, cutting performance of CBN tools and PVD-coated carbide tools in end-milling of hardened steel was investigated. In high-speed dry hardmilling, two types of CBN tools were applied: the CBN-rich type and an ordinary one. In the case of relatively low-speed milling, on the other hand, a few coated carbide tools were selected where four kinds of coating films, TiN, TiCN, TiAlN and multi-layered TiAlN/AlCrN, were deposited on the K10 and P30 grade carbide. The cutting performance was mainly evaluated by tool wear, cutting temperature, cutting force and surface roughness. In dry cutting of hardened carbon steel with the ordinary CBN tool, the cutting tool temperature rose rapidly with increase in cutting speed; and tool temperature reached approximately 850 °C at the cutting speed of 600 m/min. In the case of the CBN-rich tool, the cutting temperature decreased by 50 °C or more because of its high thermal conductivity. It is remarkable that tool wear or damage on a cutting tool was not observed even when the cutting length was 156 m in both CBN tools. In the case of coated carbide tools, the temperatures of TiN-, TiCN- and TiAlN-coated carbide tools rose as cutting proceeded because of the progress of tool wear, but that of TiAlN/AlCrN-coated carbide tool hardly rose due to little tool wear. When the base material was K10 grade carbide, tool temperature was lower than that of P30 with any coating. The tool flank wear depends considerably on hardness and oxidizing temperature of the coating film.     

等离子体技术在提高硬质合金工具上金刚石薄膜附着力方面的应用

金刚石薄膜具有优异的性能，作为切削工具表面的保护性涂层，可以大幅度提高工具的使用寿命以及加工精度。硬质合金是一种广泛使用的工具材料，在其表面沉积高附着力的金刚石薄膜时存在着困难。等离子体中离子、原子或分子具有高的反应活性，等离子体技术在金刚石薄膜的制备中有着广泛应用。利用等离子体技术可以极大的消除因金刚石薄膜与硬质合金基体之间存在热应力以及由硬质合金中的钴粘结剂在化学气相沉积金刚石薄膜过程中的促石墨化作用而产生的不利影响，提高金刚石薄膜与硬质合金基底之间附着力。本文综述了等离子体技术在提高硬质合金工具表面金刚石薄膜附着力方面的研究进展。     

硬质合金CVD金刚石涂层最新进展

金刚石因具有优异的物理化学性能被认为是理想的刀具材料。硬质合金基底上涂覆CVD金刚石薄膜有利于改善刀具的加工性能和寿命,但涂层和基底之间存在热膨胀系数差异以及合金中Co对沉积有不利影响,使得薄膜附着力较差。本文综述了近几年来各种提高CVD金刚石涂层刀具切屑性能的方法,从提高薄膜附着力和改善金刚石膜的质量两个方面进行了讨论。并介绍了国外较先进的CVD金刚石涂层刀具的应用,随着技术的不断成熟,CVD金刚石涂层将会有更为广泛的应用。     

Adhesion analysis and dry machining performance of CVD diamond coatings deposited on surface modified WC-Co turning inserts

This paper investigates the effects of different surface pretreatments on the adhesion and performance of CVD diamond coated WC-Co turning inserts for the dry machining of high silicon aluminum alloys. Different interfacial characteristics between the diamond coatings and the modified WC-Co substrate were obtained by the use of two different chemical etchings and a CrN/Cr interlayer, with the aim to produce an adherent diamond coating by increasing the interlocking effect of the diamond film, and halting the catalytic effect of the cobalt present on the cemented carbide tool. A systematic study is analyzed in terms of the initial cutting tool surface modifications, the deposition and characterization of microcrystalline diamond coatings deposited by HFCVD synthesis, the estimation of the resulting diamond adhesion by Rockwell indentations and Raman spectroscopy, and finally, the evaluation of the dry machining performance of the diamond coated tools on A390 aluminum alloys. The experiments show that chemical etching methods exceed the effect of the CrN/Cr interlayer in increasing the diamond coating adhesion under dry cutting operations. This work provided new insights about optimizing the surface characteristics of cemented carbides to produce adherent diamond coatings in the dry cutting manufacturing chain of high silicon aluminum alloys.     

TiAlSiN多元PVD涂层的研究

采用PVD方法在硬质合金基体上制备了不同成分与结构的TiAlN涂层和TiAlSiN涂层。研究了涂层的组织结构和物理性能,分析了Si元素掺杂在TiAlN基涂层中的作用机理及其对涂层性能的影响,并通过切削实验对涂层刀具的使用性能进行了验证。结果表明:在TiAlN基涂层中添加了Si元素获得了明显区别于TiAlN涂层的组织结构,Si元素以Si3N4非晶相形式包覆在TiAlN晶界,一方面起到了细化涂层晶粒尺寸提高涂层硬度的效果,另一方面还可以提高涂层的热稳定性能。切削实验表明,含Si元素的TiAlSiN涂层在许多应用条件下也表现出较TiAlN涂层更优异的使用性能。     

影响CVD金刚石涂层工具界面结合强度的因素及改进措施

化学气相沉积法制备金刚石涂层硬质合金工具综合了金刚石与硬质合金的优异性能,广泛应用于切削难加工材料。金刚石与硬质合金基体界面结合强度是评价金刚石涂层的一个重要性能指标。本文主要介绍了影响CVD金刚石涂层工具界面结合强度的主要因素,并对如何提高其界面结合强度的方法进行了较深入的探讨,同时科学论述了金刚石涂层结构的优化设计理念,以解决金刚石涂层附着强度低、表面粗糙度高等关键技术,这对如何提高硬质合金基体与金刚石涂层之间的界面结合强度具有一定的实际指导意义。