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。     

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。     

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。     

金刚石薄膜涂层刀具及其应用

金刚石薄膜硬度高，耐磨损，导热性好，在切削刀具涂层方面具有广阔的应用前景。本文主要介绍金刚石薄膜的合成原理，金刚石薄膜涂层刀具的切削性能及其应用效果。     

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。     

陶瓷刀具切削304不锈钢时的磨损性能

采用Ｓｉ３Ｎ４陶瓷刀具切削Ｔｉ基陶瓷，ＹＴ１５硬质合金和高速钢四种刀具对３０４奥氏体不锈钢进行了切削试验，比较各种刀具的耐磨性能，并且用ＳＥＭ，ＥＤＸ等对刀具的磨损表面进行分析。     

真空电弧蒸发源及其在刀具涂层离子镀中的应用

利用真空电弧蒸发源进行刀具涂层离子镀，目前在国内已经开始得到应用。但是， 对电弧蒸发源的设计及刀具涂层工艺等方面的研究尚存在一定问题。本文针对这些问 题，对电弧蒸发源的结构、工作原理以及设计中的若干问题进行了论述。文中最后还就 提高刀具涂层质量方面应采取的几点工艺措施进行了介绍。     

不同后处理对MT-TiCN涂层刀具组织与切削性能的影响

目的研究不同后处理工艺(包括热处理、湿喷砂和刃口处理)对MT-TiCN涂层组织与刀片切削性能的影响。方法采用中温化学气相沉积技术在硬质合金刀片上制备TiCN涂层;利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪分析MT-TiCN涂层的组织形貌、相结构、硬度和弹性模量;在AISI 4340合金钢上进行车削试验。结果 MT-TiCN涂层呈柱状晶结构,涂层沿(422)晶面方向择优生长,且织构系数达5.5;涂层表面和断口平均硬度分别为26.6 GPa和30.7~31.8 GPa,平均弹性模量分别为528.6 GPa和467.7~494.4 GPa;在连续车削条件下,经湿喷砂处理的涂层刀片切削性能最佳;在低切深、低进给断续车削工况下,湿喷砂后又经热处理和刃口处理的涂层刀片使用寿命最长;湿喷砂后再进行热处理,对刀具的切削性能影响较小。结论湿喷砂和热处理对MT-TiCN涂层组织的影响较小;不同后处理工艺对涂层刀具切削性能的影响较大,这主要是因为刃口处理会减小涂层厚度同时提高涂层韧性。     

Cutting Performance and Wear Mechanism of Multilayer Diamond-Coated Tools

Monolayer and multilayer diamond films are deposited on WC-Co cemented carbide by hot-filament chemical vapor deposition. The growth characteristics of diamond coatings are analyzed. Cutting performance characteristics such as tool life and the stability of machining process in the machining of presintered ZrO₂ are compared based on the variation of cutting speed and resultant cutting force, and workpiece surface roughness. For the monolayer diamond coatings, as the concentration of CH₄ increases from 1% to 5%, the diamond crystal is transformed from micron columnar crystal to nanocluster crystal. The multilayer diamond coatings combine the advantages of micron- and nanocrystalline structures. The multilayer diamond-coated tool exhibits longer service life and better machining quality. Because of the appearance of the brittle–plastic conversion mechanism, the surface integrity of ZrO₂ processed by multilayer diamond-coated tool is relatively high. As for the uncoated tool, the workpiece is mainly machined by brittle spalling. The interfacial stratified fracture system between the interlayers is proposed to be the toughening mechanism of the multilayer structure.     

先进陶瓷刀具材料的发展与应用

先进陶瓷刀具材料具有耐高温、耐磨损、抗氧化等优良特性。在高速切削加工中得到了广泛的应用,本文介绍了国内外先进复合陶瓷刀具材料的性能和发展状况,针对陶瓷刀具材料的强度低和脆性大的缺点,阐述了目前比较常用的几种陶瓷刀具材料的增韧手段和机理以及先进陶瓷刀具的应用现状。     

PCBN刀具加工制造及其性能分析

聚晶立方氮化硼（PCBN）是一种超硬材料,其优良的切削性能解决了材料加工中的难题．本文介绍了PCBN的组成成分、刀具结构,对其性能进行了分析,并以实例说明了应用效果．     

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.     

Analysis of a Segmented Die Design Approach to Improving the Performance of Coated Metal Forming Tools

Tool corrosion, abrasion, and adhesive wear can all have a significant adverse effect on production efficiency. They present a huge financial burden to manufacturing industry worldwide in terms of both material costs and equipment downtime. They also influence both the dimensional accuracy of the produced workpiece and its surface quality. An increase in effective tool life is thus one of the most important goals in metal and plastic forming. Applying a protective hard coating may increase tool life but frequently the tool design does not readily lend itself to coating. In this paper we show that segmented die designs can overcome this problem and also reduce the risk of tool fracture in operation. The example is taken of a segmented die used in hexagon nut cold forming, which will increase the tool life by eliminating high stresses at internal corners, allow a good surface finish and the deposition of hard coatings in an effective way. Coated segmented tooling gives good results in practical trials and provides extended tool life, enhanced productivity, and improved product quality.