CVD金刚石薄膜涂层刀具切削性能研究

本文采用不同涂层工艺的ＣＶＤ金刚石薄膜刀具切削高硅铝合金,观测比较刀具的磨损过程、磨损与破损形貌及工件表面粗糙度,分析ＣＶＤ金刚石薄膜刀具切削主崖裂口合金的磨损机理和失效原因。研究结果可为涂层工艺的提供了理论依据。     

YG8硬质合金微织构刀片的切削性能研究

通过摩擦磨损试验初定表面微织构参数,在此基础上制备了沟槽型微织构,并对TC4钛合金进行了正交切削试验,优化了微织构参数,研究了微织构深度、宽度与间距在有切削液润滑下对YG8刀具切削性能的影响。试验结果表明:表面微织构对于切削力影响不大,但可明显减小进给抗力,因而降低摩擦因数,改善刀屑间的摩擦状况,减缓刀片表面磨损。最多可降低19. 20%的摩擦因数并降低31. 8%的后刀面磨损。后刀面加工表面微织构会降低刀刃附近强度,造成更大的磨损。     

新型粉末涂层刀具及其切削性能研究

为了提高传统涂层刀具的抗磨损性能，利用溶胶-凝胶技术研制成功了两种新型粉末涂层陶瓷刀具。采用双相氧化铝——二氧化硅溶胶涂层后的TiC制备出了新型涂层刀具XFTC1，采用单相二氧化硅溶胶涂层后的TiC制备出了新型涂层刀具XFTC2。对两种材料断口形貌的SEM观察表明，硬质合金TiC颗粒表面被均匀地涂有一层氧化铝—二氧化硅或二氧化硅陶瓷材料，而且新陶瓷刀具材料具有均匀的微观组织结构。力学性能和切削实验表明，同普通刀片硬涂层刀具相比．XFTC1刀具具有很强的抗磨损能力；当加工中碳钢(45HRC)时，新型粉末涂层陶瓷刀具的磨损寿命比普通陶瓷刀具提高1倍，且新涂层材料的断裂韧性和抗弯强度分别提高了69～86％和5～15％。     

基于微磨削方法的微织构刀具制备与切削性能研究

目的研究表面微织构对硬质合金刀具切削性能的影响。方法采用微磨削方法在硬质合金刀具前刀面加工出具有不同结构参数的横向、纵向和交叉微织构,通过AL6061切削试验和有限元切削仿真,研究表面微织构对硬质合金刀具的切削温度及刀具磨损的影响。结果采用V形金刚石砂轮微磨削方法能够加工出几何形状规则且表面质量良好的表面微织构。与无织构刀具相比,微织构刀具的切削温度明显降低,高温区域明显减少,其中横向织构刀具降温效果最为显著。微织构刀具的切削温度随沟槽间距的增大而升高,沟槽间距为150μm时,切削温度最低。表面微织构能够有效减轻刀具前刀面的粘结磨损,横向织构刀具减摩抗粘效果最好,且采用较小的沟槽间距更利于减轻刀具的粘结磨损。随着切削速度的增加,表面微织构的抗粘结作用更加明显,当切削速度为150 m/min时,沟槽间距为150μm的横向织构刀具的切屑粘结面积最小。结论在横向、纵向和交叉织构刀具中,沟槽间距为150μm的横向织构刀具切削性能最好,即降温效果、抗粘结性能最为显著。     

微织构刀具DEFORM-3D切削性能仿真分析及实验研究

运用DEFORM-3D仿真软件对YG8硬质合金微织构刀具的切削性能进行仿真分析,研究了YG8硬质合金刀具在沟槽微织构、凹坑微织构和无微织构3种表面微织构下的切削温度和切削应力.利用激光加工技术对YG8硬质合金刀具表面进行沟槽微织构的加工,运用该刀具对铝合金进行切削实验,分析微织构对刀具切削性能的影响.结果表明:微织构刀具产生的切削热更少,与切屑间的摩擦力更低.在一定的润滑条件下,微织构刀具具有更好的切削性能.     

影响涂层刀具切削性能的因素及使用中应注意的问题

任何一种刀具经涂层处理都会得到较高的寿命，考虑到刀具的修磨特点、使用场合和经济性，下列几种类型的刀具更适合采用涂层处理。     

PVD氮化钛涂层刀具切削性能的试验研究

采用电弧离子镀涂层工艺,制备了TiN涂层高速钢钻头和TiN涂层硬质合金铣刀,检测了TiN涂层的膜层性能,并进行了有TiN涂层和无涂层刀具的切削对比试验。结果表明,有TiN涂层的高速钢钻头使用寿命是无涂层钻头的5～7倍,有TiN涂层硬质合金铣刀的使用寿命是无涂层铣刀的3～11倍。     

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、...     

微量润滑工况下纳米粒子协同微织构对刀具切削性能的影响

目的 探究微量润滑工况下纳米粒子与织构协同作用对刀具切削性能的影响及其变化规律。方法 通过有限元数值模拟软件ABAQUS对不同工况下刀具的等效塑性应变、等效应力以及切削力的变化进行仿真和预测评估。同时,通过切削试验进行验证分析,并结合刀具前刀面的磨损状态、前刀面磨损区主要元素含量、切屑形貌及其变化以及已加工表面质量对刀具的切削性能进行综合评价,以探究纳米粒子与织构刀具的协同作用对刀具切削性能的影响机制。结果 仿真结果表明,N-O-M切屑的等效塑性应变较小,切屑层较薄,与N-O-T相比,最大等效应力值降低了26.4%,平均切削力为232 N,刀具减摩效果最为明显;不同工况下平均切削力误差均控制在10%以内,试验值与仿真值高度一致;N-O-M磨损面积仅为1.95×10⁻² mm²,刀具表面无明显的黏结物和崩刃现象,磨损面积仅为N-O-T的39.8%;N-O-M切屑卷曲半径最小,已加工工件表面脊线较长,工件表面质量较优。结论 微量润滑工况下纳米粒子与表面织构的协同作用对提高刀具切削加工性能具有重要意义。微液滴在一定的压力下能渗入刀-屑界面接触区形成液膜,织构沟槽中的纳米粒子随着液膜中润滑介质的流动能够周期性释放到摩擦副的接触表面,持续作用于切削区域改变原有的摩擦接触状态和润滑方式,促进摩擦副间摩擦形式由滑动摩擦向滚动摩擦状态转变,实现减摩降磨的目标。     

CVD金刚石涂层硬质合金刀具的研究进展

概述了CVD金刚石涂层硬质合金刀具的研究现状及存在的问题,重点对近五年CVD金刚石涂层硬质合金刀具基体预处理方法、涂层内应力的表征方法等方面的研究现状进行了综述。     

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。     

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。     

基于图像处理技术界定微纳复合织构防覆冰性能

目的 制备具有防覆冰性能的微织构表面,准确评价微织构表面的结冰性能。方法 采用激光二次扫描方法,以铝合金为基底,构筑沟槽-凹坑型复合微织构表面,以水滴在其表面结冰过程的图像为对象,采用阈值法分割图像和背景,对提取出的图像进行形态学运算,通过分析水滴结冰过程中的轮廓变化规律,研究水滴结冰过程的状态变化,进一步界定水滴的结冰时间。结果 纳秒激光一次扫描形成的沟槽结构,增加了试件表面的粗糙度,使铝合金表面接触角由54.4°提高到116.5°,实现了铝合金表面的疏水性能。而二次扫描构建的沟槽-凹坑复合微织构,形成了Cw-Cn接触模型,进一步提高了试件表面的疏水性,试件表面接触角增大至154.4°。超疏水表面成核能垒高,且沟槽-凹坑复合微织构捕获的空气降低了固液界面的热交换速度,是铝合金表面结冰时间由11 s延长到551 s的原因。图像处理方法准确界定了水滴在结冰过程中的三个阶段。采用Harris角点检测法,可以实现精确判断结冰完成时间,减小了肉眼判断结冰状态所带来的主观误差。结论 纳秒激光二次扫描构筑的沟槽-凹坑复合微织构可以有效提高Al7075表面的疏水性,并延缓水滴在其表面的结冰时间。图像法处理提取的表面轮廓,为研究分析水滴在结冰过程中的状态变化提供了一种新思路。     

Novel Pretreatment of Hard Metal Substrate for Better Performance of Diamond Coated Cutting Tools

A surface engineering approach for a novel pre-treatment of hard metal tool substrate for optimum adhesion of diamond coatings is presented. Firstly, an alkaline solution was used to etch the WC grains to generate a rough surface for better mechanical interlocking. Subsequently, surface Co was removed by etching in acid solution. Then the hard metal substrate was boronized to form a compound interlayer which acted as an efficient diffusion barrier to prevent the outward diffusion of Co. Novel nano-microcrystalline composite diamond film coatings with a very smooth surface was deposited on the surface engineering pre-treated hard metal surface. Promising results of measurement in adhesion strength as well as field cutting tests have been obtained.     

织构对硼掺杂金刚石涂层刀具摩擦学性能的影响

利用激光技术在硬质合金刀具上分别制备椭圆织构和沟槽织构。同时,利用热丝化学气相沉积法(HFCVD)在刀具上分别制备硼掺杂无织构金刚石(Boron doped un-texture diamond film,BDUTD film)薄膜、硼掺杂椭圆织构金刚石(Boron doped elliptical textured diamond film,BDETD film)薄膜以及硼掺杂沟槽织构金刚石(Boron doped groove textured diamond film,BDGTD film)薄膜,通过摩擦磨损试验机,对不同织构形状的薄膜进行摩擦试验研究。另外,采用扫描电镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)和能谱分析(EDX)对表面形貌、成分及残余物质进行分析。试验结果表明,BDUTD薄膜表现出最大平均摩擦因数,其值为0.13。BDETD以及BDGTD薄膜的平均摩擦因数分别为0.124和0.123。从磨损形貌来看,BDUTD薄膜及BDGTD薄膜对偶件的磨损直径分别为1.506 mm和1.254 mm。BDUTD薄膜的磨损表面黏附有少量团簇状的磨屑,且有破裂的金刚石晶粒出现。BDGTD薄膜的表面织构沟槽中有少量磨屑,金刚石晶粒几乎没有出现磨损。     

低表面粗糙度金刚石涂层刀具的制备

降低表面粗糙度是改善金刚石涂层刀具使用性能的有效手段.采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)金刚石膜,通过在沉积过程中调整工艺参数,先后在硬质合金基体上沉积了2层不同的金刚石薄膜.研究了基体位置、甲烷浓度等对薄膜表面形貌的影响.用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和压痕法对样品进行了分析测试,结果表明,该方法在保证金刚石涂层质量的同时有效降低了薄膜表面的粗糙度,表面粗糙度值Ra＜0.2 μm.     

CrAlTiN涂层高速钢刀具的切削性能和磨损特性

用磁控溅射离子镀工艺制备了CrAlTiN多元复合涂层M2高速钢麻花钻,在干式切削条件下进行切削试验,研究其切削性能和磨损特性。结果表明,CrAlTiN涂层可显著提高高速钢刀具的切削性能,延长刀具寿命。在钻削45钢和30CrMnSiA钢时,钻头平均寿命分别比未涂层钻头提高17．2倍和11．8倍。试验发现,CrAlTiN涂层钻头后刀面磨损的图形特征更为明显,在不同加工条件下各磨损区域具有不同的磨损特性。要充分发挥涂层的作用．必须合理地选择刀具几何参数和切削用量．