PVD法制备的TiAlN/Al_2O_3复合涂层氧化铝陶瓷刀具切削性能研究

在刀具表面沉积一层硬质、耐磨涂层,可有效提高刀具切削性能。目前刀具涂层的研究主要侧重于氮化物、碳化物等硬质涂层(基体为硬质合金),氧化物涂层(基体为陶瓷)仍未有突破性进展。文章涉及陶瓷基体表面的氮化物和氧化物涂层制备及切削性能研究。采用阴极电弧蒸发镀技术(PVD-CAE)和PEM辅助PVD工艺在氧化铝陶瓷刀具表面制备TiAlN硬质耐磨涂层(中间层)和Al_2O_3抗高温氧化涂层(外层)。采用扫描电子显微镜(SEM)和EDS线扫法分析涂层微观结构和元素成分变化,通过显微硬度计表征涂层表面硬度。通过连续干切削灰铸铁试验研究TiAlN/Al_2O_3涂层的切削寿命、磨损机理和加工表面质量。结果表明:该复合涂层具有细晶致密的微观结构;TiAlN硬质层可将刀具表面硬度提升至2781±19HV_(50g),从而提高了刀具耐磨性;连续干切削灰铸铁试验中,无涂层氧化铝刀具发生崩刃破损,而TiAlN/Al_2O_3涂层刀具主要发生磨粒磨损和少量的粘结磨损,无崩刃现象;PVD法制备的TiAlN/Al_2O_3涂层刀具寿命是常规无涂层氧化铝刀具的2倍以上,且加工表面质量优良而稳定。     

表面处理对硬质合金钻头钻削性能的影响

涂层硬质合金钻头是当今主流的孔加工刀具,高速切削要求其拥有更优异的表面质量以满足排屑需求。本文采用干喷砂法对钻头进行涂层前和涂层后表面处理,研究了4种不同表面处理方案对整体硬质合金钻头刃口钝化值、表面粗糙度及切削性能的影响。实验结果表明:涂层前和涂层后表面处理对涂层钻头刃口的钝化值影响较小,对涂层钻头的表面粗糙度影响显著。涂层前后均经过表面处理的钻头表面粗糙度显著低于涂层前或涂层后仅进行一次表面处理的钻头。切削实验结果显示,表面粗糙度越小的钻头,切削力越小,切削过程中越不容易产生积屑瘤,刀具耐磨损性能越好。     

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。     

基于气固两相流磨粒的刀具钝化研究

机加工的质量和效率受刀具刃口形貌直接影响.对刀具进行钝化处理可以提高刀具的使用寿命及可靠性,满足高速高效切削加工的要求.文章提出了采用气固两相流磨粒的方法对硬质合金立铣刀进行钝化,基于动能守恒定理以及磨粒磨损理论,建立了在气固两相流磨粒钝化过程中刀具非对称刃口形成的数学模型,并通过与正交实验进行对比分析.分析结果表明钝...     

金属陶瓷及硬质合金表面CVD/PVD涂层的摩擦与切削性能

为研究涂层沉积方式对金属陶瓷和硬质合金性能的影响,采用粉末冶金技术制备了Ti(C,N)基金属陶瓷和YT15硬质合金,在基体表面先后采用CVD和PVD制备涂层。采用SEM、EDS等手段对涂层的微观组织和元素含量进行分析,并对涂层试样进行划痕、摩擦因数、切削性能检测。结果表明,通过复合CVD+PVD工艺,CVD涂层和PVD涂层结合良好。不论是金属陶瓷还是硬质合金,CVD涂层的膜基结合力和摩擦因数均为最大,PVD涂层最小,复合CVD+PVD涂层介于两者之间。对于金属陶瓷和硬质合金而言,复合CVD+PVD涂层的切削性能最好,CVD涂层最差,PVD涂层介于两者之间。切削过程中的磨损机理主要是氧化磨损和磨粒磨损。     

高温渗碳对硬质合金涂层刀具高温力学性能及干式切削性能的影响

目的 探究硬质合金基体渗碳处理对涂层刀具高温元素扩散、高温力学性能和切削性能的影响.方法 通过高温渗碳和PVD方法制备了渗碳涂层刀具.采用SEM观察渗碳前后基体的表面形貌.采用维氏硬度计表征渗碳硬质合金基体截面的硬度分布.采用EDS对基体截面进行成分分析.采用XRD对涂层进行物相分析.利用纳米压痕仪对涂层高温退火硬度、...     

气固两相磨粒流对刀具刃口钝化的数值模拟

刀具刃口钝化通过消除刃区结构的微观缺陷,改变切削刃的微观形貌,以得到延长刀具的使用寿命,提高刀具的切削性能,改善已加工零件的表面质量的目的。文章采用计算机流体动力学理论和冲蚀磨损理论相结合,采用流体软件Fluent和离散元EDEM,基于standard k-ε湍流模型和Hertz-Mindlin with Archard Wear磨损模型,建立了刀具在气固两相流内钝化的仿真模型,研究了刀具刃口钝化速度和钝化时间对磨粒速度、刀具磨损量和刀具累积能量的影响规律,为高速高效钝化奠定基础。     

U71Mn钢轨铣削用PVD-TiAlN涂层刀片失效分析

目的分析研究PVD-TiAlN涂层刀片铣削钢轨(U71Mn)后的失效行为,确定涂层刀片铣削U71Mn的磨损机制及失效机理,为进一步改进铣削U71Mn用涂层刀片的使用性能提供指导。方法采用多弧离子镀技术在硬质合金基体刀片上制备了厚度约2.13μm的TiAlN涂层,通过扫描电子显微镜、能谱仪、金相检测仪等仪器,检测了刀片基体和涂层的显微组织和金相结构。采用立式铣床对U71Mn进行铣削,通过扫描电子显微镜观察失效刀片前刀面、刃口和后刀面的微观形貌,结合能谱仪微区成分分析,确定涂层刀片的磨损机制和失效机理。结果通过金相检测仪和扫描电子显微镜检测,YG10细晶粒硬质合金基体无明显组织缺陷。采用多弧离子镀制备的涂层膜基结合力等级为HF1,具有较好的膜基结合强度。失效刀片的刃口处存在贯穿前刀面、刃口和后刀面的裂纹,并且刃口区域的裂纹内部有被加工材料的填充物。后刀面裂纹尖端有涂层的微崩裂,前刀面的磨损带边界较后刀面磨损带边界平齐。刃口附近的涂层表面上出现了相互交联的裂纹。失效刃口多出现锯齿形缺口,缺口内部有大量的碎屑填充物,缺口对应的后刀面处分布着深浅不同的沟槽。磨损的刃口上粘接有大量的被加工材料。结论刀片的磨损机制有磨粒磨损、粘接磨损和氧化磨损。另外,刃口的崩裂在刀片失效过程中也扮演着重要角色,崩裂的缺口会为硬质颗粒提供存储空间,从而加剧磨料磨损,在多种磨损机制共同作用下,刀片刃口最终被磨耗而失效。可通过提高基体的强韧性、合理的刃口设计、改善涂层的韧性和结合力、提高涂层的抗氧化性等方面,提高涂层刀片铣削U71Mn的性能。     

不同刀具车削GH4169时的切削性能对比

为了选择合适的材料刀具,提高GH4169加工时的刀具寿命。分别使用PCD(聚晶金刚石)、CBN(立方氮化硼)、涂层硬质合金刀具车削GH4169,并从刀具磨损机理、切屑形态、表面加工质量三个方面进行了刀具切削性能研究。试验结果表明:CBN刀具磨损最严重,其磨损形式主要表现为前、后刀面的沟槽磨损,主切削刃的脆性断裂。PCD刀具磨损形式主要表现为微崩刃,涂层硬质合金刀具磨损形式主要表现为涂层脱落。三种刀具加工的切屑形态均为螺旋形,切屑外径大小为:PCD涂层硬质合金CBN。涂层硬质合金加工的表面粗糙度最小,PCD与CBN加工的表面粗糙度较大。因此涂层硬质合金的切削性能最好,PCD刀具次之,CBN刀具最差。     

空心阴极与多弧离子镀TiN涂层高速钢摩擦磨损特性的比较研究

本文用空心阴极和多弧离子镀方法在高速钢基体材料上制备了TiN涂层，研究评价了其摩擦磨损性能，并与刀具切削性能进行对比。结果表明：TiN涂层的摩擦磨损性能优于基体材料。从摩擦磨损机制上探讨了经TiN涂层的高速钢刀具比非涂层的刀具使用寿命明显延长，加工质量明显提高的原因。     

芳纶纤维复合材料切削加工研究进展

随着芳纶纤维复合材料的应用日益广泛,不仅需要进行成形加工,还需要二次加工以保证后续精确配合、连接和装配的需要,这就对加工精度、效率和成本提出了相应要求。二次加工多用切削加工,易出现翻边、分层、拉毛、抽丝、烧焦等加工缺陷,限制了该材料的进一步应用。为拓展其用途,迫切需要全面展开芳纶纤维复合材料的二次加工技术研究。阐述了芳纶纤维复合材料的组成、结构、性能特点和应用领域,并以此为依据论证了芳纶纤维复合材料的切削性能,分析了加工缺陷产生的原因。综述了国内外芳纶纤维复合材料的二次加工现状,阐述了其加工机理和实验研究进展,包括芳纶纤维复合材料的典型加工工艺(如切削加工、铣磨、激光、超声、水射流等),以及对于切削力、表面质量、刀具磨损、切削变形、加工缺陷等方面的研究。切削加工是实现芳纶纤维复合材料二次加工的成熟、高效方法,迫切需要开展一系列切削机理和试验研究。     

气密封特殊螺纹接头加工方法的改进

气密封特殊螺纹接头对螺纹牙型和密封面质量要求高,需使用数控车床加工。数控车床加工过程中,循环程序在节约机床内存占用、减少计算量和提高编程可操作性等方面有良好效果。但特殊螺纹接头结构独特,采用循环程序会因为加工轮廓曲线的特殊形状而导致空走行程增大,生产效率降低。论文针对一种新型气密封特殊螺纹接头接箍的加工过程,对其粗车和密封面精车两个工序的实际情况进行了分析研究,提出了加工改进方法,从而使车削空走行程减少,加工效率明显提高,能耗水平和生产成本合理降低。通过现场应用,取得的良好效果表明改进方法的实用性。     

PCD刀具加工有色金属的研究

本文主要研究PCD刀具加工有色金属时刃口及后刀面的刃磨质量对切削表面质量的影响。首先对PCD刀具切削有色金属模型进行了分析研究,然后分别采用金属结合剂金刚石砂轮、树脂结合剂金刚石砂轮和陶瓷结合剂金刚石砂轮刃磨出三把不同质量的PCD刀具进行了切削对比试验,并用扫描电镜对切削表面微观形貌进行了观察分析,发现加工有色金属时,PCD刀具后刀面与刃口刃磨质量对切削表面质量有着同等重要的影响作用。     

PCD、PCBN复合片的电火花线切割加工质量

选取几种典型的PCD、PCBN复合片,在慢走丝电火花线切割机床上对其进行了多次加工工艺试验;运用三维表面轮廓仪、超景深三维显微镜对线切割加工后的表面粗糙度、富钴界面层加工质量、刃口加工质量等进行测量。结果表明:超硬颗粒直径大小及含量对加工质量影响较大,PCD、PCBN复合片经多次电火花线切割加工,能够得到较好的加工质量;经WEDM加工后的PCD复合片刃磨量可控制在4～15μm左右,PCBN复合片BNX20刃磨量可控制在10μm以内,而BZN6000则需较大的刃磨量。     

超声加工技术研究进展

超声加工技术依靠瞬时高频振动撞击对工件断续加工,具有极强切削能力的同时,具有较小的宏观切削力,主要用于硬脆材料的精密加工,能提高加工精度和表面质量。首先,阐明了超声加工技术的基本原理及其基本应用范围。其次,综述了超声辅助切削加工技术的研究进展,着重论述了超声辅助铣削净切削时间模型的建立以及模型正确性验证,总结了加工参数对刀具运动轨迹、工件表面质量的影响,阐明了椭圆振动切削能有效抑制切削颤振带来不利影响的原因;探讨了超声辅助磨削技术在加工非金属和金属材料时,对表面质量以及工件表面温度分布的影响;综述了超声辅助钻削技术的切削力和进给速度与普通钻削参数的比较。再者,介绍了超声波加工技术的新发展方向,包括三维椭圆超声振动切削技术、超声ELID复合磨削技术、超声EDM复合加工技术、超声辅助抛光的工作原理及最新研究趋势和能实现的试验效果。最后,总结了目前对超声加工技术及超声辅助或复合技术的研究。     

Research Progress of Diamond Tool Machining Technology for Ferrous MetalsEI北大核心CSCD

金刚石刀具是超精密加工最理想的刀具之一,但在黑色金属超精密加工领域“石墨化”导致刀具快速磨损,其应用极大地受到了限制。首先,针对金刚石刀具的磨损机理进行介绍。然后,综述金刚石刀具切削黑色金属的几种常见方法,如刀具表面改性、工件表面改性、低温辅助切削、超声振动辅助切削等,通过研究实例来分析各方法的应用效果和存在问题,并从技术层面分析影响金刚石刀具在黑色金属加工领域发展的关键因素。最后,对金刚石刀具切削黑色金属未来的发展趋势进行探讨。总结金刚石刀具在黑色金属领域的加工方法,分析加工黑色金属时抑制金刚石刀具磨损的核心技术,对黑色金属的精密超精密加工具有重要的引领和推动作用。     

砂轮刚性对磨削性能及产品加工质量的影响

通过测量不同砂轮磨削时机床功率、磨削区温度、刀具的表面粗糙度和刃口质量,分析砂轮刚性改变对砂轮磨削性能和刀具质量的影响。研究发现:在一定范围内降低砂轮的刚性可以提高砂轮的磨削性能,改善刀具的加工质量。其中,加入体积分数10%的尼龙制备的砂轮对其刚性改善比较明显,在相同的磨削条件下,其磨削区的平均温度较普通砂轮磨削区的平均温度低50℃左右;累计磨削相同工件后,机床负载约为使用普通砂轮时的30%~50%;磨削得到的刀具表面粗糙度降低,可以达到R_a0.02μm以下,且磨削纹路规则;在×500倍显微镜下,观察不到刀具崩刃等缺陷,刃口质量得到明显改善。      

先进CNC复合加工刀具和复合切削技术

介绍了德国、日本、意大利等国生产的先进的CNC复合加工刀具的特点与应用范围,阐明了CNC复合切削技术必要的硬软件及期望达到的效果,并提出今后CNC复合加工技术发展方向.     

MasterCAM X7高速铣削及其三维编程的实现

高速铣削编程在MasterCAM X7中的使用,使机械零件数控加工的编程方法、加工质量和效率都有很大程度的改进和提高。通过运用这种编程方法,有助于实现机械零件高效精确的加工,同时减少刀具及机床的磨损。在三维零件加工编程中的使用,则可以方便地实现以往多步骤设置编程才能够达到的加工效果;不同加工策略的灵活运用,使复杂曲面的加工编程和刀具路径的生成更加稳定、可靠,加工质量和效率显著提高。     

Influence of asymmetric cutting edge roundings on surface topography

For finishing operations in machining, hardened steel hard turning can compete with grinding operations by means of accuracy and productivity. In the past research focussed on the effect of process parameters and tool macro geometry on the resulting surface roughness. Recent investigations show, that the cutting edge micro geometry is an important factor to influence surface quality. The knowledge generated by new methods displays the importance of asymmetric cutting edge roundings on cutting forces, chip formation and tool life. It is known, that chip formation also affects the resulting surface quality. Therefore, this paper investigates the effect of asymmetric cutting edge roundings on the resulting surface roughness in hard turning of roller bearing inner rings. Cutting tests with differently shaped cutting edges and two different feed values are conducted. The resulting surface roughness is measured. The consequent surface quality is explained by geometric coherences between uncut chip thickness and stresses along the cutting edge and the effect of material side flow. It is found, that the cutting edge geometry and the resulting stress distribution around the cutting edge affects the generated surface quality.