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.     

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。     

磁控溅射TiAlTaN/TaO/WS复合涂层及其钛合金的切削性能

用磁控溅射方法制备了低粘结TaO与低摩擦系数WS复合的TiAlTaN/TaO/WS复合涂层。该涂层由Ti过渡层、TiAlTaN耐磨层、TaO低粘结层和低摩擦系数WS层组成。涂层复合使表面形貌从多边形变为球形,但是不影响原涂层的相组成和柱状晶组织。复合涂层使原涂层的硬度和弹性模量降低,但是使摩擦系数从0.648降低到0.102。低摩擦系数复合涂层的润滑性能使切削钛合金的效率提高了84%,比商用涂层提高33%。     

Al2O3-TiC复合陶瓷切削刀具的研制

以Al2O3 -TiC复合陶瓷为对象,对其配方组成、制备工艺、显微结构及刀具成型工艺、切削性能等进行了研究试验,认为工程陶瓷材料(尤其是氧化铝基陶瓷材料)用作切削刀具材料的关键在于提高其强度与韧性.结果表明:Al2O3-TiC复合并引入适量的金属相,辅之以细晶强化、热压烧结等手段,将有效提高其强度与韧性,改善其抗热震性能,并在此基础上研制出了具有较强适应性的ATM复合陶瓷刀具.     

石墨烯纳米片增韧Al2O3基纳米复合陶瓷刀具材料

以石墨烯纳米片作为增强相,采用热压烧结工艺制备石墨烯纳米片增韧Al_2O_3基纳米复合陶瓷刀具材料。进行石墨烯纳米片分散实验,研究石墨烯纳米片添加量对刀具材料断裂韧度、抗弯强度和硬度的影响,观察其微观结构和形貌。结果表明:聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为石墨烯纳米片的优选分散剂,当PVP添加量为石墨烯纳米片质量的60%时,分散效果最佳;当石墨烯纳米片添加量为0.75%(体积分数)时,刀具材料的断裂韧度和抗弯强度分别达到7.1MPa·m^1/2和663MPa,与未添加石墨烯纳米片的组分相比分别提高了31%和15%;石墨烯纳米片呈卷曲状结构弥散分布于基体材料中,其增韧机理为石墨烯纳米片拉断、拔出和裂纹偏转。与未添加石墨烯的刀具相比,添加石墨烯纳米片的刀具的主切削力、切削温度和前刀面摩擦因数明显降低,表现出良好的减摩、耐磨性。     

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。     

粉末表面涂层陶瓷的硬质合金刀具材料

使用溶胶－凝胶法在硬质合金粉末表面涂覆了一层氧化铝陶瓷,涂层粉末经热压烧结后,制得一种新型的涂层刀具材料,这民具材料的耐磨性与陶陶瓷材料接近,并且具有较高的强度和韧性,在切削高硬度材料时表出良好性能,具有广阔的应用前景。     

高速切削刀具材料及其应用

本文介绍了硬质合金、陶瓷、金刚石等几种常见的刀具材料及各自的适用情况,为高速切削技术的实际应用提供理论参考。     

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...     

Development of Al2O3/TiN Ceramic Cutting Tool Materials by Artificial Neural Networks

The artificial neural networks (ANN) which have broad application were proposed to develop multiphase ceramic cutting tool materials. Based on the back propagation algorithm of the forward multilayer perceptron, the models to predict volume content of composition in particle reinforced ceramics are established. The Al2O3/TiNl ceramic cutting tool material was developed by ANN, whose mechanical properties fully satisfy the cutting requirements.     

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。     

涂层硬质合金刀具对奥氏体不锈钢的切削特性

为了深入探究涂层硬质合金刀具切削奥氏体不锈钢的切削机理,试验采用确定的进给量和背吃刀量,只改变切削速度的单因素法,来研究切削速度对奥氏体不锈钢工件加工表面质量的影响以及涂层刀具的切削机理。采用JEOL JSM-6360LV扫描电子显微镜和EDS能谱仪对工件加工表面及磨损刀片进行表面微区磨损形貌的观察分析与组成成分分析,采用X射线衍射仪对工件表面物相组成进行分析,采用激光扫描显微镜LSM对工件表面三维形貌进行观察分析。研究表明,切削速度较低时,不锈钢材料因材质较软,断屑性能较差;速度较高时,切削过程中粘着现象严重,致使摩擦剪应力较大,摩擦表面发生形变,进而诱发不锈钢的马氏体相变。因此,宜选用中速V=85m/min进行切削,在此速度下,被加工件获得的表面质量较好,表面粗糙度Ra=3.679μm。刀具磨损主要发生在前刀面靠近刀尖的部位,磨损机理主要表现为粘着磨损。研究发现,涂层硬质合金刀具在体现出一定的良好切削性能的同时也不可避免地发生了磨损,所以深入研究其切削机理能够丰富涂层刀具的切削理论,为提高涂层刀具在切削难加工材料时的刀具寿命以及拓展其在实际切削加工中的应用范围提供试验依据。     

气压烧结Al2O3/TiCN复合材料的研究

运用气压烧结工艺克服了热压工艺的局限性,制备了Al2O3/TiCN复合材料,考察了材料在不同温度烧结时的致密化行为及其力学性能,结果表明气压烧结制备的Al2O3-30wt%TiCN陶瓷复合材料,相对密度达到99.5%,抗折强度为772MPa,硬度为19.6GPa,断裂韧性高达5.82MPa/m2.     

Modification of mechanical properties of TiN/Al2O3 and TiN/Cr/Al2O3 coatings using low-energy high-current electron beams

The structure, elemental and phase compositions of the TiN/Al₂O₃ and TiN/Cr/Al₂O₃ hybrid coatings have been studied. It has been shown that an electron-beam treatment of hybrid coating surface makes it possible to increase the protective layer microhardness from 8.3 to 14.4 GPa. It has been found that the increase of hybrid coating hardness is a result of an increase of the material density and recovery of the α-phase of Al₂O₃ in the protective layer composition due to the thermal activation of the surface.     

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。