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。     

铍铜合金断续切削后刀面磨损机理研究

目的研究断续切削过程温度变化对刀具粘结现象、涂层剥落和刀具磨损的影响。方法搭建了仿铣削加工的断续车削实验平台,采用热电偶法测量了断续切削过程中刀具后刀面在不同速度下的切削温度,利用带有能谱仪(EDS)的扫描电镜(SEM)观察后刀面随速度变化的磨损形貌并分析后刀面磨损区域的元素组成,阐述了后刀面温度和刀具磨损之间的联系,研究了Ti AlN涂层硬质合金刀具断续切削铍铜合金C17200时的后刀面磨损机理。结果随着切削速度的增加,刀具温度在v=500 m/min出现峰值,温度越高,后刀面的涂层剥落和粘结磨损现象越严重,涂层剥落和粘结磨损现象在切削速度为500 m/min时最严重,而后随着刀具温度的降低而减缓,切削速度600 m/min时的涂层剥落和粘结磨损现象相比500 m/min时有所减轻。结论断续切削过程中,刀具持续性地经受"负载-卸载"、"升温-降温"产生的高温、冲击和加工环境的不稳定性,是引起粘结现象、涂层剥落和刀具磨损的主要原因。涂层剥落和粘结磨损是导致铍铜合金断续切削刀具失效的主要磨损形式。     

高速铣削铝衬微波印制板时的磨损与刀具耐用度研究

开展了使用TiN涂层刀具对Rogers/Duroid RT6010铝衬微波印制板进行高速铣削加工刀具磨损机理和耐用度的实验研究.使用SEM和能谱观察分析了前刀面和后刀面的磨损形态,结果显示切削铝衬微波印制板刀具主要存在磨料磨损、粘结磨损和扩散磨损等,其中以磨料磨损为主.为保证工件的加工精度,刀具的后刀面磨损带不宜超过401ìm.笔者采用正交实验与曲面响应方程相结合的方法,推导了TiN涂层刀具的耐用度模型.研究结果有助于合理选择高速铣削铝衬微波印制板刀具与切削参数.     

PVD-TiAlN涂层硬质合金刀具高速干车削TC4合金磨损演变机理

以难切削材料TC4合金的加工刀具为研究对象,采用PVD-TiAlN硬质合金涂层刀具进行高速干车削试验,研究刀具在切削中不同磨损阶段的磨损形式演变以及磨损机理。研究表明:涂层刀具主要的失效拐点在稳定磨损阶段后期。在高速车削不同刀具磨损阶段,随切削时间的增加,刀具前刀面主要磨损形式由月牙洼逐渐变为积屑瘤、崩刃以及涂层剥落,主要磨损机理为粘结磨损、氧化磨损;刀具后刀面的磨损形式由切屑与氧化物的粘结逐渐变为积屑瘤、崩刃、沟痕、涂层剥落以及高温烧蚀,主要的磨损机理为氧化磨损、粘结磨损以及磨粒磨损。     

超声振动铣削碳纤维复合材料刀具磨损研究

介绍了采用超声振动铣削和普通铣削对硬质合金铣刀铣削碳纤维复合材料进行试验研究。试验结果表明,在两种加工方式下,刀具的磨损形式主要是后刀面磨损,前刀面磨损和刀刃的破损,其中后刀面的磨粒磨损最严重,前刀面的粘着磨损较弱,当进给量加大或者是主轴转速过高时,很容易发生崩刃。超声振动条件下,刀具的后刀面磨损和前刀面磨损均较弱,且呈现一定的规律性。刀具的耐用度高,相对于普通切削更适合于复合材料的加工。     

Ti（C, N）基金属陶瓷刀具的高速切削性能与磨损机理

使用不同C与N摩尔比的Ti（C, N）固溶体粉末作为基体材料,采用真空烧结工艺研制两种Ti（C, N）基金属陶瓷刀片试样,并考察两种刀片试样和日本住友T1200A在不同的切削速度下干式车削20CrMn工件的切削性能。利用扫描电子显微镜分析刀具前、后刀面的磨损形态和显微结构,阐述Ti（C, N）基金属陶瓷刀具高速切削磨损机理。结果表明：高速切削时Ti（C, N）基金属陶瓷刀具的主要磨损形式是粘结、氧化和扩散磨损;减小Ti（C, N）固溶体中C与N的比值可改善Ti（C, N）基金属陶瓷刀具的耐磨性。     

涂层对钛合金高速切削加工性能的影响

采用TiAlN和TiAlSiN涂层的两种硬质合金刀片高速干式切削钛合金(TC4),测量并分析了涂层刀片的切削寿命、车削过程中的切削力及工件已加工表面粗糙度,并利用扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析仪对涂层硬质合金刀片的磨损区域进行了观察分析,探讨了涂层刀片的磨损机理,研究了涂层对钛合金车削加工性能的影响。经过5次反复实验,结果表明:TiAlN涂层刀片高速车削钛合金的耐磨损性能较TiAlSiN涂层刀片提高20%左右;随着磨损的加剧,TiAlSiN涂层刀片的切削力在后期大于TiAlN涂层刀片的切削力;同时,TiAlSiN涂层刀片加工的表面粗糙度也随着刀尖的磨损、刀尖圆弧变大而降低;两种刀片的磨损机理是粘结磨损、扩散磨损、氧化磨损和磨粒磨损同时发生并相互促进,TiAlSiN涂层刀片的切削刃和后刀面磨损较TiAlN涂层刀片快,TiAlN涂层刀片磨损均匀。     

碳纤维/树脂基复合材料高速铣削的刀具磨损机理

采用涂层(Ti CN,Ti Al N)与无涂层超细晶粒硬质合金立铣刀对碳纤维/树脂基复合材料进行高速铣削试验,研究了刀具后刀面磨损带扩展及刀具磨损规律,并探讨了切削力、毛刺随着刀具磨损的变化趋势,观察了刀具的微观磨损形貌,分析了刀具的磨损机理。结果表明:在相同的切削条件下,无涂层刀具的后刀面磨损量及切削力最大,毛刺扩展严重,后刀面主要发生磨粒磨损,由于黏着磨损和氧化磨损对切削刃的弱化作用,主切削刃发生了微崩刃;Ti CN涂层刀具后刀面主要发生磨粒磨损,并伴随有黏着磨损和轻微的氧化磨损,失效形式为剥落和微崩刃;Ti Al N涂层刀具的后刀面磨损量及切削力最小,毛刺扩展缓慢,更适合碳纤维复合材料的加工。其后刀面主要发生了磨粒磨损,其失效形式为剥落。     

后角对纳米TiN改性Ti(C,N)基金属陶瓷刀具磨损性能的影响

采用粉末冶金法制备了用纳米TiN改性的Ti(C,N)基金属陶瓷刀具。研究了后角对刀具使用寿命及前、后刀面磨损的影响。结果表明,后角为6°的刀具使用寿命最长,后角大于8°的刀具因崩刃而失效,这主要是由于切削刃强度降低和散热条件恶化所致。增大后角会使后刀面的边界磨损加剧,而过大的后角则使前刀面磨损加剧。纳米TiN改性Ti(C,N)基金属陶瓷刀具的后刀面磨损是磨粒磨损、氧化磨损、扩散磨损和黏着磨损共同作用的结果。     

高速车削AISI 12L14易切削钢的刀具磨损机制研究北大核心

采用无涂层刀具和CVD涂层刀具对易切钢AISI 12L14进行高速车削加工,研究刀具在车削AISI 12L14时的刀具耐用度和刀具磨损机制。结果表明:CVD涂层刀具在高速车削时能在刀具表面形成良好的硫化物固体润滑带,而无涂层刀具则不能;CVD涂层前刀面主要发生粘结磨损,后刀面则为磨粒磨损。无涂层刀具在车削时,其前、后刀面磨损较厉害,其主要磨损形式为月牙洼磨损、氧化磨损和粘结磨损。     

WC的添加对涂层Ti(C,N)基金属陶瓷微观结构及性能的影响

本文制备了不同WC含量的涂层Ti(C,N)基金属陶瓷,对金属陶瓷基体与涂层组织及性能进行了研究,并进行切削实验。结果表明,随着WC的增加,涂层的硬度、弹性模量、硬模比(H/E)以及结合力都是先增加后减少,当添加量为15%时涂层金属陶瓷的机械性能最优;随着WC的增加,涂层金属陶瓷刀具的后刀面磨损量先增加后减少,且其中添加15%的WC的涂层金属陶瓷刀片耐磨性能最佳,这与涂层的硬模比和结合力有关;涂层金属陶瓷切削刀具的主要磨损机理是涂层剥落、磨粒磨损、粘着磨损以及氧化磨损。     

不同结构PVD涂层刀片对铣削模具钢耐磨性的影响

本文研究了5种PVD薄膜(TiAlN+TiAlSiN双层结构、TiAlN+AlCrN双层结构、TiAlSiN+TiSiN复合多层结构、TiAlSiN+TiSiN双层结构、AlCrN+TiSiN复合多层结构)涂层圆片铣刀干式铣削模具钢时的磨损特性。切削实验结果显示:当后刀面磨损量达到0.3 mm时,TiAlN+AlCrN双层结构涂层刀片的加工距离最长,达到了160 m,是TiAlN+TiAlSiN双层结构涂层刀片的2倍;TiAlSiN+TiSiN复合多层结构涂层刀片的3.3倍;AlCrN+TiSiN复合多层结构涂层刀片的1.6倍;是表现最差的TiAlSiN+TiSiN双层结构涂层刀片的10倍。5种PVD薄膜涂层刀片切削模具钢的磨损机理主要为粘着磨损,磨粒磨损和氧化磨损。本文研究结果对模具钢的高效涂层刀片的选取具有一定的指导意义。     

车削45%SiCp/Al复合材料刀具寿命及磨损机制研究

为探索金刚石刀具(PCD)和涂层硬质合金刀具加工45%SiCp/Al复合材料时的刀具磨损、切削力、表面粗糙度的变化规律,对45%SiCp/Al复合材料进行了切削试验。分别使用三向测力仪对切削力进行测量,光学显微镜对刀具磨损进行了观察和测量。分析了PCD和涂层硬质合金刀具磨损的演变过程及刀具磨损对切削力、表面粗糙度的影响规律。研究结果表明,对于PCD刀具,前刀面磨损形式依次为晶粒脱落、磨粒磨损、粘结磨损并存在崩刃。后刀面的主要磨损形式为磨粒磨损,并伴有积屑瘤的产生。硬质合金刀具前刀面磨损形式依次为涂层脱落、磨粒磨损,后刀面出现严重磨粒磨损并且出现粘附现象,用PCD刀具切削45%SiCp/Al复合材料,切削力随积屑瘤增长或脱落呈周期性变化。用涂层硬质合金刀具切削时,主切削力是PCD刀具的两倍。对于PCD刀具,表面粗糙度也随积屑瘤呈周期性变化。涂层硬质合金刀具切削45%SiCp/Al复合材料的表面粗糙度大于PCD刀具,并且随切削距离增加急剧增长。     

硬质合金薄切削铝合金时刀具磨损形态分析

利用四种硬质合金刀片(YD05,YM051,YN05,YN10)进行了薄切削铝合金试验,利用扫描电子显微镜拍摄了刀具失效后前刀面和后刀面的磨损形貌,研究了硬质合金刀具失效后的磨损形态特征。     

TiAlSiN涂层刀具高速干车削钛合金磨损机理研究北大核心

TiAlSiN涂层硬质合金刀具材料力学性能较好,探究了TiAlSiN涂层刀具高速干切削钛合金的磨损机理,为改善刀具切削性能、提高加工效率提供指导。采用TiAlSiN涂层硬质合金刀具对TC4钛合金进行高速干车削试验,研究两种切削速度(v=80、120 m/min)下刀具的磨损机理。结果表明:TiAlSiN涂层刀具前刀面主要磨损机理为粘结磨损和氧化磨损,在高速时(v=120 m/min)还存在扩散磨损;TiAlSiN涂层刀具后刀面主要磨损机理为粘结磨损、氧化磨损和磨粒磨损;刀具在v=80 m/min时切削效果更好,切削速度越高,刀具磨损越严重。     

Si_3N_4基微纳米复合陶瓷刀具的高速切削性能与磨损机理

在亚微米Si3N4、TiC颗粒中添加纳米Si3N4、SiC颗粒,采用真空热压烧结工艺制备出STS微纳米复合陶瓷刀具,并对比STS刀具及FD-01刀具在PUMA200MA车削中心干切削淬硬40CrNiMo工件的切削性能。利用扫描电子显微镜(SEM)分析刀具前、后刀面的磨损形态,研究STS陶瓷刀具的磨损机理。结果表明:STS微纳米复合刀具材料具有较高的力学性能,抗弯强度达1000MPa,维氏硬度达19.5GPa。高速干切削40CrNiMo工件时,随着切削速度的增大,刀具后刀面磨损随之增大。切削速度越高,STS刀具优势越明显。两种刀具的磨损形态均主要为月牙洼磨损和后刀面磨损,磨损机制主要为磨粒磨损和粘结磨损。     

YG8N硬质合金刀片热电特性与耐磨性相关关系

本文以YG8N硬质合金刀片的热电特性与耐磨性为研究对象,研究了同批号YG8N硬质合金刀片热电特性的分布以及磨损值与热电特性的相关关系。实验表明同一批号的YG8N硬质合金刀片的热电特性是有一定差异的,其热电特性与磨损量有很高的相关度,而且热电特性高的刀片,其对应的磨损值越小。本文的实验规律证明,采用测量硬质合金刀片材料的热电特性来预测其使用寿命有很好的可行性,为进一步通过无损预测YG8N硬质合金刀片的使用寿命建立了良好的基础。     

涂层刀具高速车削铁基高温合金磨损机理研究

针对铁基高温合金GH2132,采用新型纳米级TiAlN和AlCrN的PVD涂层刀具进行高速干车削试验,研究刀具磨损率、磨损形式及磨损机理。研究表明:副后刀面磨损率大于主后刀面磨损率,随着切削速度提高,磨损率逐渐升高,在v=60～150m/min条件下磨损率较小,v=180m/min时磨损率较大;涂层刀具主要的磨损形式为正常前、后刀面磨损和边界磨损,以及非正常的剥落和崩刃,表现为次生粘结层的产生,刀尖切削刃处排列较整齐的沟壑和划痕;主要磨损机理为粘结磨损、磨粒磨损和氧化磨损。     

压缩机转子铣削可转位刀片的磨损特性研究

螺杆转子作为双螺杆压缩机的核心部件，通过成型铣削加工而成，加工工艺属于大型、断续加工类型，刀片承受的切削力和冲击载荷很大，易产生磨钝、崩刃等失效形式。本文通过对比两种不同涂层刀片(CV＿1:TiCN+Al₂O₃+TiN;CV＿2:TiN+TiCN+Al₂O₃)铣削加工阴转子的试验，得到磨损曲线和铣削过程中的换刃情况，并通过SEM和EDS得到CV＿1和CV＿2的主要磨损形式均为机械磨损和氧化磨损，CV＿2出现了更严重的粘结磨损；CV＿2与CV＿1相比，前期耐磨性更好，后期耐磨性能较差；对两种刀片的磨损特征和寿命进行评估比较，得到CV＿1切削刃使用效率和使用寿命分别为刀片CV＿2的82.76%和82.74%，并获得了两种刀片的换刀频次，有利于后续加工中减少观察刀片磨损情况的次数，优化刀片使用方案，提升转子加工效率。     

环槽车削加工工艺参数优化

为了改善高强度环槽铆钉断颈槽车削加工过程切槽刀具磨损严重的问题,对环槽车削加工工艺参数与刀具磨损速度的关系进行了研究。运用正交试验法设计实验,得到不同工艺参数下切槽车刀前刀面的磨损速度。经过数据分析建立切槽车刀前刀面磨损速度预测数学理论模型,运用最小二乘法拟合实验数据,获得切槽车刀前刀面磨损速度与工艺参数之间的关系。考虑切削效率对加工过程的影响,运用遗传算法寻求考虑切槽车刀前刀面磨损和加工效率综合影响的全局最优参数组合,为高强度环槽铆钉断颈槽车削加工提供了理论参考。