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PVD硬质合金涂层刀具切削和摩擦学性能研究

【摘要】:本文以国家重大专项课题“超精加工用高性能硬质合金刀具表面改性技术”为依托,研究TiN、TiAlN、TiAlSiN和TiAlN/Ta硬质合金涂层刀具在车削加工中的切削和摩擦学性能。结合被加工件表面的粗糙度、力学性能、涂层刀具表面形貌、表面能谱等分析手段,深入研究了四种PVD硬质合金涂层刀具在切削加工中的切削性能、摩擦磨损机理、加工精度以及磨损形貌,为研制满足高速、高精加工用的新型PVD硬质合金涂层刀具提供理论依据和试验数据。本文研究的主要内容和结论如下: 1、试验研究不同硬质合金涂层刀具刀尖圆弧半径、工件材质以及热处理状态对涂层刀具切削和摩擦学性能的影响。结果表明:刀尖圆弧半径越大,切削加工时刀具受到的切削力越大,同时被加工件表面的粗糙度和刀具前刀面摩擦系数越大;断屑槽型槽宽越大的刀具,切削加工时受到的切削力越大,同时被加工件表面的粗糙度和刀具前刀面摩擦系数也越大。涂层刀具切削45钢(淬火)和铜时的切削力和摩擦系数分别分别比切削45钢(调质)和铝时的要大。不同被加工件材质对工件表面粗糙度有一定影响,但热处理状态对工件表面粗糙度的影响不是很明显。 2、试验研究TiN、TiAlN、TiAlSiN三种硬质合金涂层刀具切削加工中的切削和摩擦学性能。在相同切削条件下,三种涂层刀具切削加工1Cr18Ni9Ti不锈钢时,TiAlSiN涂层刀具受到的切削力最大,但摩擦系数、被加工件表面的粗糙度值、磨损量最小,其综合切削和摩擦学性能要优于TiN和TiAlN涂层刀具;三种涂层刀具的磨损形貌为前刀面和后刀面磨损,磨损机理为粘着磨损,机械应力冲击以及氧化磨损和扩散。 3、试验研究多层稀土TiAlN/Ta硬质合金涂层刀具切削加工的切削和摩擦学性能。通过在相同条件下切削45钢(淬火),并且与无涂层、TiAlSiN涂层硬质合金刀具对比发现:涂层刀具表现出更加优良的性能,说明涂层大大提高了硬质合金刀具的使用寿命和机械性能;TiAlN/Ta涂层刀具受到的切削力、前刀面摩擦系数、被加工件表面粗糙度值、磨损量都略小于TiAlSiN涂层;刀具的磨损形貌为前刀面和后刀面磨损,磨损机理为疲劳剥落,裂纹,扩散和氧化磨损。

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