试析涂层刀具的切削性能与发展

切削刀具材料不仅需要有很高的硬度和耐磨性,而且需要有较好的抗弯强度和冲击韧性。这两方面的性能相互矛盾,难以兼顾。在刀具表面敷以涂层,是解决这一矛盾的有效方法。刀具材料表面有了涂层,其综合性能得到了明显的提高。本文将着重讨论涂层刀具的切削性能和发展趋势。     

涂层刀具的切削性能及发展趋势

切削刀具材料不仅需要有很高的硬度和耐磨性,而且需要有较好的抗弯强度和冲击韧性。这两方面的性能相互矛盾,难以兼顾。在刀具表面敷以涂层,是解决这一矛盾的有效方法。刀具材料表面有了涂层,其综合性能得到了明显的提高。本文将着重讨论涂层刀具的切削性能和发展趋势。     

涂层刀具的切削性能及其应用动态

涂层刀具是一种先进的切削工具,由于其优良的切削性能而备受人们关注.综述了各种涂层刀具的切削性能及其在切削加工中的应用现状.涂层刀具的种类从单涂层刀具发展到多元复合涂层刀具;涂层的层数从单层发展到多层,而且各单涂层的厚度趋于纳米化.因此,纳米复合涂层刀具将是今后涂层刀具的应用热点.与未涂层刀具相比,涂层刀具可有效地延长刀具的使用寿命,使刀具获得良好的综合机械性能,从而大幅度地提高其机械加工效率.     

调制比对AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层结构的影响及涂层刀具的切削性能

为解决硬质合金刀具切削淬硬钢时面临易磨损、寿命短的难题,在刀具表面涂覆硬度高、耐磨损的防护涂层是一种经济实用的方法.利用高功率脉冲磁控溅射与脉冲直流磁控溅射复合技术制备了不同调制比的AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层,利用扫描电镜、纳米压痕仪、白光干涉仪等对多层膜的微观结构、力学性能以及涂层刀具的切削性能进行表征和分析.研究表明,当调制比为3:1时,多层膜择优生长取向由(111)晶面转为(200)晶面,多层膜的表面致密度得到改善,层状结构明显,晶粒得到细化.此时,涂层硬度达25.7 GPa,临界载荷为79.6 N,耐磨性最强,磨损率为0.74×10-6 mm3/(N·m),摩擦系数最低约0.45.将后刀面磨损带宽度0.3 mm作为磨钝标准,干切削淬火C1045中碳钢,AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层刀具的寿命比AlCrSiN涂层刀具寿命提高1.2倍,比无涂层刀具寿命提高3.2倍.切削过程中多层复合涂层内部分Mo元素被氧化成层状MoO3,起到润滑作用,有效降低了切削力和摩擦产生的切削热,延长了刀具使用寿命.无涂层刀具、AlCrSiN涂层刀具、AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层刀具连续切削25 min后,切屑颜色越来越浅,切削温度越来越低.经观察与计算,AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层刀具所产生的切屑锯齿化程度最高,约为0.36,易于自动断屑,更有利于切削的持续进行.     

CrAlN纳米复合涂层的组织结构及切削性能研究

目前对CrAlN涂层的研究主要集中在组织结构、力学性能和抗高温氧化性能等方面,对涂层的切削性能研究较少.采用电弧离子镀和脉冲直流磁控溅射共沉积技术制备了一种CrAlN纳米复合涂层,采用XRD、扫描电镜、纳米压痕仪、划痕仪等分析了涂层的组织结构和力学性能.结果 表明:CrAlN纳米复合涂层以fcc-(Cr,Al)N相为主...     

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。     

湿式微喷砂处理对切削TC4的涂层刀具表面完整性及切削性能影响

采用涂层刀具高速切削TC4(Ti6-Al4-V)时,其寿命短的问题较为突出.对涂层刀具进行表面后处理可大幅提高涂层刀具的表面完整性,是延长刀具寿命的有效途径.针对高速干切削钛合金的TiAlN涂层刀具,选用湿式微喷砂处理工艺进行表面后处理,分析微喷砂处理对涂层刀具表面微观形貌、表面粗糙度、表面显微硬度、表面残余应力的影响规律,并进行高速干切削试验,深入研究微喷砂处理对涂层刀具寿命及磨损机理的影响.结果表明:合适的微喷砂处理工艺(水料混合湿式微喷砂,喷砂压强为0. 1～0. 5 MPa,喷砂时间为0～10 s,喷砂颗粒为Al2 O3 或ZrO2 颗粒)可去除涂层初始表面大颗粒、凸起等缺陷,从而改善刀具的表面形貌,但过高的喷砂参数会在涂层刀面引入凹坑、微裂纹等,增大了其表面粗糙度值.喷砂颗粒、喷砂时间主要影响颗粒撞击涂层表面时对TiAlN涂层材料的去除量,改变涂层刀面的形貌、粗糙度与残余应力,喷砂压强主要影响颗粒的冲击力度,改变表面的硬度与残余压应力.与未处理刀具相比,处理后的涂层刀具的表面完整性提升显著,稳定磨损阶段持续时间延长,刀具寿命可提升50% ,微喷砂表面处理可广泛应用于各种涂层刀具表面处理.     

强流脉冲电子束表面处理对TiAlN涂层刀具的组织结构及性能的影响

采用强流脉冲电子束表面改性技术对TiAlN涂层刀具表面进行轰击处理。利用扫描电镜、X射线衍射仪研究轰击次数对TiAlN涂层刀具表面形貌、涂层厚度及物相组成的影响,检测TiAlN涂层的显微硬度和粗糙度,并对轰击前后涂层刀具的切削性能进行分析。结果表明:随着轰击次数的增加,涂层的厚度减小,涂层表面在微区范围内更致密、光滑,显微硬度则先小幅提高后急剧下降,而涂层的物相组成基本保持不变。与原始刀具的切削性能相比,轰击后的涂层刀具切削速率小幅提高,而刀具后刀面磨损有所下降。     

微波等离子体刻蚀处理对金刚石薄膜涂层刀具附着力和切削性能的影响

用HFCVD法在硬质合金（YG6）刀具衬底上沉积金刚石薄膜,用氢微波等离子体刻蚀的方法对衬底进行表面预处理,研究了该预处理技术对WC硬质合金衬底表面成分的影响,进一步探讨了所沉积金刚石薄膜的表面形貌和附着力,并通过难加工材料实际切削试验。研究了所制备的金刚石薄膜涂层刀具的切削性能。试验结果表明,Ar-H2微波等离子体刻蚀脱碳处理是提高金刚石薄膜附着力和改善涂层刀具切削性能的有效预处理方法。     

加工7075航空铝合金用金刚石涂层刀具的制备及其切削性能

采用热丝化学气相沉积(HFCVD)技术在WC-Co8%硬质合金刀具表面制备金刚石涂层,调节甲烷浓度等沉积工艺制备了单层金刚石涂层刀具和微米金刚石涂层(1.2 μm)、纳米金刚石涂层(200 nm)交替多层金刚石涂层刀具。以7075航空铝合金作为切削工件,在无润滑干切条件下测试了单层金刚石涂层刀具和多层金刚石涂层刀具的切削性能。实验结果表明,切削2 h后单层金刚石涂层刀具涂层脱落宽度达到35 μm,刀刃钝化;有多层金刚石涂层刀具的刃型保持完整,涂层无脱落。对单层金刚石涂层和多层金刚石涂层平面样品进行了洛氏压痕实验。结果表明,多层金刚石涂层的脱落面积约为单层金刚石涂层脱落面积的1/5到1/10,进一步说明多层金刚石涂层有更强的抵抗裂纹产生的能力。这些结果表明,金刚石多层结构能提高涂层与基体的界面结合力,延长金刚石涂层刀具的使用寿命。     

十层楼房定向爆破拆除与安全技术

介绍了闹市区十层楼房定向爆破拆除成功经验.对爆破方案的确定,预拆除和处理,炸高的选取,起爆网路和爆破安全技术进行了分析和论述.并对爆破振动进行监测和分析,爆破达到了预期效果,可供类似工程参考.     

筒形薄壁建筑物爆破拆除切口研究

针对薄壁筒形建筑物的爆破拆除,研究爆破切口参数,运用力学和运动学方法推导得到了余留支撑体所对应的最小保留角和爆破切口高度计算公式,计算结果在工程实践中得到验证,本文的计算方法对爆破拆除薄筒形建筑物的设计具有一定的实用价值。     

中深孔切槽爆破设计与起爆网路可靠性分析

切槽爆破是分段凿岩阶段出矿采矿法的重要爆破工程之一,一般多采用浅孔爆破,其主要问题是爆破效率低,安全性差,而使用中深孔进行切槽爆破可有效解决该问题,但采用中深孔进行切槽爆破时,如发生拒爆现象,处理难度很大,故如何选取安全性可靠、经济合理的起爆网路是最重要的环节之一。基于某矿山实例,确定了中深孔切槽爆破参数,设计选择了两种合理的复式起爆网路,分析了起爆网路可靠性影响因素,采用概率统计原理计算了各自的可靠度,最终确定在一次起爆6排炮孔时,普通复式起爆网路适合该矿山的中深孔切槽爆破。     

云锡1360基础平台桶形掏槽数值模拟研究

针对云锡1360基础平台巷道掘进炮孔利用率低的现状,为了提高掘进掏槽爆破效率,采用ANSYS/LS-DYNA动力有限元分析软件,对两种不同装药的桶形掏槽爆破方式进行了数值模拟对比分析,在此基础上结合现场条件对这两种掏槽爆破方式的模拟结果进行了试验验证。结果表明:在体积相同的桶形掏槽腔内,装药量越大,槽腔岩石的炸药单耗越大,掏槽效果就越好;空孔是掏槽腔内装药最重要的自由面,对炸药爆轰冲击波具有极强的吸引和导向作用;应当将炸药尽可能地集中在桶形掏槽腔的中心位置,让空孔环绕在装药孔的周围,炸药爆炸的能量才能留在空孔周围,集中用于掏槽内岩石的破坏。优化选择掏槽方式,可为矿山高效掘进提供了技术支持。     

真空热处理对NiCoCrAlTaY涂层／Ti62421S钛合金界面组织结构及元素扩散行为的影响

采用电弧离子镀（AII））技术在Ti62421s钛合金基体表面沉积NiCoCrAlTaY涂层。通过XRD、SEM与EDS能谱分析研究了不同真空热处理制度下NiCoCrAlTaY涂层／Ti62421s基体界面显微组织的变化和元素扩散行为。结果表明：沉积态的涂层主要由Cr2Ni3相、Al4Ni15Ta相和NiCoCr相组成。从750℃开始,NCoCrAlTaY涂层和钛合金基体有明显的界面反应,850℃真空热处理后界面出现明显的分层,析出Ni3（A1,Ti）、Ti（Ni,Co）和Ti2（Ni,Co）相;随着温度的升高,界面分层并加厚,同时出现kirkendall空位带,导致涂层退化。经950℃退火后涂层剥落,只有TiCr4相。650℃／3h、750℃／3h真空热处理过程中,涂层／基体界面发生Ni、Co、Ti元素互扩散,涂层中Ta和cr元素基本未向基体扩散。     

论切缝药包爆破的剪应力作用

通过岩石试件的冲击损伤实验,分析了在剪应力作用下,岩石具有的断裂破坏特性.进行的切缝药包爆破数值模拟结果表明,切缝药包爆破的切缝套管切缝处具有明显的剪应力作用,该剪应力将使爆破裂纹首先从切缝处形成,从而具有定向断裂成缝效果.     

堵塞长度对巷道掘进掏槽爆破效果影响研究

巷道爆破掘进过程中过短或过长的炮孔堵塞都会对爆破效果和施工进度造成不良影响。为获得某金矿爆破掘进最优掏槽炮孔堵塞长度,采用了ANSYS/DYNA数值仿真软件模拟了不同堵塞长度(0 cm、10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、50 cm、60 cm)下的爆破施工,分析了相应的炮孔不同位置处岩体应力变化曲线,并进行了不同堵塞长度的爆破效果试验,对比不同工况下的大块率、炮孔利用率等爆破效果。试验结果表明:对比峰值应力获得了最优的堵塞长度为30 cm,实际工况下堵塞长度为30~40 cm时爆破效果是最好的,得到了爆破质量随堵塞长度变化的规律,过长或过短的堵塞都会引起不良爆破效果。     

圆弧刃精密切削试验及其三维有限元分析

在商业化软件Marc的基础上建立了圆弧刃精密切削三维有限元模型,研究不同半径的圆弧刃精密切削条件下主切削力、切屑形状和切削温度场分布．该模型运用更新拉格朗日法的有限元方程、网格重划分准则,其刀一屑摩擦采用修正的库仑摩擦模型．模拟结果表明,圆弧刃的圆弧半径对主切削力、切屑形状和切屑的最高温度都有较大的影响．通过试验研究精密切削马氏体3J33在不同半径的圆弧刃条件下对主切削力的影响,结果表明模拟的主切削力与试验值在一定程度下是吻合的.