阶梯孔加工专用金刚石涂层刀具的制备装置研究

孔加工在机械加工领域是比较常见的加工工艺,而阶梯孔加工又占有比较重要的地位,应用范围比较广。汽车刹车片材料属耐磨材料,普通硬质合金刀具容易磨损、生产效率低、生产加工成本高。金刚石涂层刀具在钻削此类材料时,往往具有良好的切削加工性。采用上海交通大学研制的热丝CVD沉积装置,针对阶梯孔加工专用刀具的金刚石涂层技术,进行制备装置的研究。     

铣削508Ⅲ钢不同涂层对刀具切削性能影响

核电水室封头部件属于难加工零件,材料为508Ⅲ高强度钢。针对铣削加工过程中刀具切削性能差、寿命短与加工效率低等问题,首先对涂层硬质合金刀具进行切削仿真,从切削温度和应力方面,分析涂层对刀具切削性能影响;然后进行铣削508Ⅲ钢涂层刀具磨损实验,通过刀具磨损观测及前刀面形貌分析,探究涂层对刀具磨损与刀具寿命的影响;最后进行涂层性能对比实验,讨论不同类型涂层、涂层厚度和不同涂层热扩散率对硬质合金刀具铣削508Ⅲ钢切削过程影响。研究结果为铣削水室封头硬质合金刀具开发及核电零件高效加工等提供技术支持。     

氮铝钛表面涂层刀具技术在切削加工中的应用

采用氮铝钛(TiAlN)涂层硬质合金刀具对不锈钢、模具钢进行切削实验,并与未涂层硬质合金刀具的寿命作比较.研究了TiAlN涂层刀具与未涂层硬质合金刀具在不同的切削参数下的刀具磨损状况,利用扫描电子显微镜对磨损后的刀具表面形貌进行了分析.同时深入研究TiAlN涂层刀具的切削长度与刀具磨损量之间的定量关系.结果表明:TiAlN涂层刀具有优良的物理性能、力学性能和很高的耐磨性能,与未涂层刀具相比,大幅提高了刀具的耐用度,是切削不锈钢、模具钢等难加工材料的理想刀具材料.     

氮铝钛和金刚石涂层刀具干切削磨损性能的研究

干切削是一种新型的绿色制造方式,它可消除切削液带来的一系列负面影响。本文通过选用氮铝钛和金刚石两种涂层刀具（基体采用硬质合金）,在干切削和湿切削条件下对相同工件材料进行加工试验,探讨其切削性能及磨损机理,阐明了这两种新型涂层刀具在干切削加工中广泛的应用前景。     

硬质合金涂层刀具铣削SiCp/Al复合材料刀具磨损研究

SiCp/Al复合材料因含有大量SiC硬质颗粒而使其切削加工性较差。针对该材料的高速高效加工问题,利用硬质合金涂层刀具对体积分数为20%的SiCp/Al复合材料进行面铣,通过单因素实验,研究了切削速度、进给量和轴向切削深度对刀具前刀面和后刀面的磨损过程的影响,以及刀具磨损萌生、扩展演化规律。结果表明:在硬质合金涂层刀具精加工SiCp/Al复合材料过程中,刀尖与工件表面的接触先是凸圆弧面接触,然后变成凹圆弧面接触,最后变成平面接触;刀具磨损随切削速度和轴向切深的增大而增大,而随进给量的增大而减小;硬质合金涂层刀具失效的原因主要是后刀面的耕犁磨损,后刀面最大磨损量VB_(max)超过了0.6 mm,而后刀面磨损的主要原因是磨粒磨损和涂层剥落。     

干式铣削300 M超高强度钢刀具磨损试验研究

针对300 M超高强度钢在加工过程中因刀具磨损造成的刀具快速失效问题,采用硬质合金涂层刀具进行了300 M钢干式铣削试验研究;通过极差分析法研究了铣削参数对刀具磨损的影响规律;以铣削速度为单一变量进行单因素试验,对刀具的磨损形式进行了分析,最后通过能谱分析揭示了刀具的磨损机理。试验结果表明:铣削速度对刀具磨损的影响最大,进给速度次之,铣削宽度最小。铣削速度越高,刀具磨损、崩刃现象越严重。刀具在磨损过程中依次经过涂层脱落,硬质合金基体材料磨损和崩刃3个阶段。刀具前刀面的月牙洼磨损随铣削速度和铣削长度的增加而增大。刀具的磨损机理为磨粒磨损、粘结磨损和氧化磨损。     

梯度硬质合金上金刚石涂层的附着性能评价

采用划痕法与压痕法评价了梯度硬质合金上金刚石涂层的附着情况，压痕法对厚度较大、硬度较高的涂层更优越。作为划痕法与压痕法的补充，新设计了磨蚀试验法评价附着力，可有效、直观地评价金刚石涂层刀具例如铣刀、车刀刀尖涂层的附着情况。结果表明，梯度硬质合金能有效地提高涂层与基体的附着力，是很好的金刚石涂层产品基体材料。     

CVD涂层硬质合金刀具的失效机理

通过系统的实验研究和理论分析,揭示了 CVD(化学气相沉积)涂层硬质合金刀具在磨损和破损状态下的不同的失效机理,并在机理分析的基础上,阐明了涂层硬质合金刀具对于切削条件的特殊适应性.     

涂层硬质合金刀具铣削粉末冶金镍基高温合金时的失效机理

使用涂层硬质合金刀具,对粉末冶金镍基高温合金进行了干式面铣试验.采用电子扫描显微镜(scan-ning electron microscopy,SEM)、数码显微镜(digital microscope,DM)和能谱探针(energy dispersive spectrometry,EDS)等工具,对硬质合金刀具前、后刀面的磨、破损形貌和失效机理进行了分析与研究.研究结果表明:涂层刀具的主要失效形式为崩刃和前刀面的剥落;失效机理为高温条件下磨粒磨损、粘结磨损、扩散磨损和疲劳磨损的综合作用.     

涂层刀具高速铣削高温合金GH2132磨损形态及磨损机理

用2种硬质合金涂层刀具进行铁基高温合金GH2132的高速干铣削试验,采用电子扫描显微镜(scanning electron microscopy,SEM)观察刀具的磨损形貌,对刀具的主要磨损机理进行了分析.结果表明:刀具的磨损形态主要是后刀面磨损;KC725M涂层由TiN、TiAlN组成,涂层易剥落;KC525M涂层只有1层TiAlN,涂层不易脱落,但由于机械冲击产生沟槽磨损,形成应力集中,导致在切削刃处产生较大的磨损;不论KC525M还是KC725M,涂层剥落后,切削区产生的瞬时高温均使基体中粘结相发生软化,造成硬质相颗粒脱落和基体的剧烈磨损.研究结果可用于指导高速切削刀具材料的设计、合理选用及刀具磨损控制.     

镍基粉末高温合金的铣削加工

为了研究镍基粉末高温合金的切削加工性,用整体硬质合金TiC涂层和未涂层立铣刀对镍基粉末高温合金FGH95进行铣削试验.通过研究铣削力、铣削温度与铣削用量之间的关系,分析硬质合金刀具的磨损、破损机理,观察其切屑形态,得出了镍基粉末高温合金FGH95的铣削力和铣削温度经验公式.试验表明：硬质合金涂层刀具加工镍基粉末高温合金FGH95的性能要明显优于未涂层刀具,未涂层刀具的崩刃现象严重,涂层刀具最佳铣削速度为40m/min,铣削速度对铣削温度的影响最大,并且随着铣削速度的提高形成了锯齿状切屑.     

涂层刀具铣削Ti6A14V刀具寿命及切削参数优化

对涂层硬质合金刀具高速干铣削Ti6A14V进行了正交试验,获得了刀具寿命的经验公式,并利用扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析了刀具的磨损形态和磨损机理,粘结、扩散及氧化是涂层刀具的主要磨损机理.最后,利用等寿命-效率响应曲面法,对刀具铣削Ti6A14V 的切削参数进行了优化.效率不变的情况下,低速大切深可提高刀具寿命.     

涂层硬质合金刀具铣削粉末冶金高温合金的切削性能研究

针对粉末冶金高温合金材料的铣削特性,选择了合理的铣刀盘和刀片材质.通过刀具磨损与寿命对比试验优选出了最佳的刀片几何参数,并给出了铣削过程中硬质合金铣刀片的典型磨、破损形态.研究结果表明:TiAlN-TiN涂层硬质合金刀片适于精铣粉末冶金高温合金,在30～70 m/min的铣削速度范围内,刀具寿命可达20～108 min.由于材料切削温度高和机械冲击严重,涂层刀具的主要失效形式为:崩刃和前刀面的剥落,其主要机理为高温条件下磨粒磨损、粘结磨损、扩散磨损和疲劳损坏的综合作用.     

切削速度对车削TC4钛合金硬质合金刀具磨损的影响

为研究车削钛合金时切削速度对刀具磨损的影响,选用GC1005涂层硬质合金刀具在65m/min、95m/min和139m/min三种切削速度下进行干式车削对比试验,观测刀具的磨损形貌,分析不同速度下刀具的磨损特点。结果表明:当切削速度为65m/min和95m/min时,刀具的磨损形式主要为粘结磨损,当切削速度为139m/min时,刀具的磨损形式主要为磨粒磨损;切削速度大于95m/min时刀具磨损迅速,无法进行稳定的干式车削。     

等离子体化学气相沉积TiN涂层刀具的应用研究

总结了等离子体化学气相沉积（ＰＣＶＤ）技术涂层高速钢、硬质合金刀具的应用。试验表明经ＴｉＮ涂层的滚刀、插齿刀可显著提高使用寿命。硬质合金刀片上涂覆２～３μｍＴｉＮ后，月牙洼磨损显著降低，切削温度也降低。     

Analysis on the Wear Performances of Cemented Carbide Tools Containing Ti in the Coatings When Machining Ti-6Al-4V Alloys

含钛涂层硬质合金刀具在加工Ti-6Al-4V合金时的磨损性能分析

孙剑飞1,2,3,杜大喜4,丁梓轩1,王凯1,白大山1,陈五一1,2

（1.北京航空航天大学 机械工程及其自动化学院,北京100191;

2.先进航空发动机协同创新中心,北京100191,中国;

3.北京市高效绿色数控加工工艺与装备工程技术研究中心,北京100191,中国;

4.北京航天石化技术装备工程有限公司,北京100166,中国）

摘要：由于钛元素的高亲和力,在加工钛合金时含钛涂层的硬质合金刀具似乎不是最佳的选择。然而在实践中,含钛涂层硬质合金刀具仍然广泛应用于钛合金的加工。为了系统的解释实践与理论之间的矛盾,进行了切削实验。使用俄歇电镜扫描切削区域来解析钛合金与硬质合金刀具之间的扩散过程。并通过分子热力学模拟Ti/Co扩散行为对这一过程进行仿真。实验和仿真结果表明,Ti/Co原子的相互扩散是导致扩散磨损的主要原因。溶解-扩散磨损是含钛涂层硬质合金刀具的主要磨损机制之一。此外,采用四种硬质合金刀具和另外两种金属陶瓷刀具以不同的速度切削Ti-6Al-4V合金,进一步验证含钛刀具在基体和图层中的高亲和力。实验结果表明,含钛硬质合金刀具一般不能用于钛合金的切削加工,但在合理的切削条件下,刀具与工件的亲和力较低。

关键词：磨损机理;Ti/Co扩散;分子热力学模拟;含钛硬质合金刀具;Ti-6Al-4V钛合金

     

不同材料刀具铣削CFRP磨损机理

碳纤维增强复合材料(CFRP)切削过程中,刀具磨损问题尤为突出。为了研究不同刀具的磨损问题,采用金属陶瓷(NX2525)、涂层(VP15TF)、硬质合金(HTi10)与PCD刀具进行CFRP铣削试验,对不同刀具材料的铣削力、后刀面磨损及磨损机理进行了分析。结果表明:NX2525刀具的铣削力最大,PCD刀具的铣削力最小,当切削次数大于20次(切削距离2.4m)时,VP15TF刀具的铣削力逐渐大于HTi10刀具,但是相差不大;硬度较高的NX2525与VP15TF刀具并没有表现出好的耐磨性,刀具寿命反而低于HTi10刀具,PCD刀具磨损较小,刀具寿命较长;NX2525刀具的磨损机理以磨粒磨损、剥落为主,还有少量的切屑粘附;VP15TF刀具主要发生了磨粒磨损、涂层脱落与切屑粘附,并且磨粒磨损是造成涂层脱落的主要原因;HTi10刀具以磨粒磨损与切屑粘附为主;PCD刀具的微崩刃比较明显,严重时会造成大范围剥落。     

不同材料刀具铣削碳纤维增强复合材料磨损机理

碳纤维增强复合材料(CFRP)切削过程中,刀具磨损问题尤为突出。为了研究不同刀具的磨损问题,采用金属陶瓷(NX2525)、涂层(VP15TF)、硬质合金(HTi10)与PCD刀具进行CFRP铣削试验,对不同刀具材料的铣削力、后刀面磨损及磨损机理进行了分析。结果表明:NX2525刀具的铣削力最大,PCD刀具的铣削力最小,当切削次数大于20次(切削距离2. 4 m)时,VP15TF刀具的铣削力逐渐大于HTi10刀具,但是相差不大;硬度较高的NX2525与VP15TF刀具并没有表现出好的耐磨性,刀具寿命反而低于HTi10刀具,PCD刀具磨损较小,刀具寿命较长;NX2525刀具的磨损机理以磨粒磨损、剥落为主,还有少量的切屑粘附; VP15TF刀具主要发生了磨粒磨损、涂层脱落与切屑粘附,并且磨粒磨损是造成涂层脱落的主要原因; HTi10刀具以磨粒磨损与切屑粘附为主; PCD刀具的微崩刃比较明显,严重时会造成大范围剥落。     

ZrN/TiN复合涂层刀具的制备及切削性能

采用中频磁控溅射和电弧离子镀2种方法组合，在YG6硬质合金基体上沉积ZrN/TiN复合涂层.研究了复合涂层刀具的制备工艺，并对复合涂层刀具的性能参数进行了测试.通过切削试验研究了ZrN/TiN涂层对硬质合金刀具切削性能的影响，并与未涂层刀具的切削效果做了对比.结果表明：ZrN/TiN涂层提高了硬质合金刀具的硬度，降低了涂层刀具的切削力，提高了涂层刀具的耐磨损能力.     

高效切削钛合金时刀具磨损试验分析

针对航空发动机典型零件钛合金膜盘在加工过程中刀具磨损严重、加工效率低的问题,采用未涂层硬质合金刀具进行钛合金外圆车削加工试验研究,利用CCD观测系统和SEM的能谱分析（EDX）研究刀具刃口微观结构变化,分析刀具的磨损形态及不同切削条件和锯齿屑对刀具磨损的影响. 结果表明：钛合金外圆车削加工时,刀具磨损主要为粘结磨损、扩散磨损和氧化磨损,切削速度对刀具磨损影响较大,进给量次之,背吃刀量最小. 随着切削速度和进给量的增加,磨损加剧,锯齿屑的高频形成导致切削力的高频变化,这种高频率的冲击载荷在前刀面上产生应力和温度冲击,使刀具形成微裂纹,加速刀具磨损;使用冷却液可以减轻刀具后刀面粘结磨损和扩散磨损,从而可有效地控制刀具磨损.