TiAlN-B4C-CBN多層涂層刀片高速硬態(tài)切削有限元仿真與切削實驗.pdf

1、近幾十年來,涂層技術(shù)在切削加工刀具中的應(yīng)用越來越廣泛。性能優(yōu)異的刀具涂層可以改善刀具的強度、韌性、高溫硬度及耐磨性能等,穩(wěn)定刀具材料的化學(xué)性能,降低切削加工時的摩擦系數(shù),有效減少熱量傳入刀具,顯著提高刀具的切削性能。高速硬態(tài)切削是直接對淬硬鋼等高硬度材料以較高的加工效率進行切削加工的一種方法,這種加工方法可以取代過去的磨削加工,實現(xiàn)“以切代磨”,但對切削刀具的要求比較嚴格。TiAlN/B4C/CBN多層涂層刀片以CBN作為刀片的外層涂層

2、,具備優(yōu)越的高溫硬度、高溫抗氧化性及耐磨性,并且與不同材料的摩擦系數(shù)極低,加工淬硬鋼等高硬度材料能表現(xiàn)出極大的優(yōu)勢。因此非常有必要對這種立方氮化硼涂層系列刀具進行詳細的研究分析,深入的理解與掌握其切削性能,為涂層刀具的不斷發(fā)展創(chuàng)新提供數(shù)據(jù)參考。
　　利用有限元仿真軟件DEFORM-3D,對TiAlN/B4C/CBN多層涂層刀片車削淬硬鋼材料40CrNiMoA進行模擬仿真。仿真過程通過改變切削速度、進給量、背吃刀量為手段,觀察其對切

3、削力、切削溫度、等效應(yīng)力三大切削過程中的重要因素的影響,研究分析得出刀片的切削性能與適合的切削參數(shù)。本文還通過分析刀屑接觸面最高溫度隨TiAlN涂層厚度改變而變化的情況,對刀片的涂層進行優(yōu)化,得出TiAlN涂層厚度最合適的數(shù)值。然后利用切削實驗的手段,對刀片進行現(xiàn)場切削實驗,將實驗結(jié)果與有限元模擬仿真數(shù)值進行比對,驗證了DEFORM-3D有限元軟件在模擬仿真刀具切削加工方面的可行性。最后在相同切削條件下,將TiAlN/B4C/CBN多層

4、涂層刀片與TiAlN/Al2O3納米涂層刀片,進行刀片的磨損情況對比分析,證實TiAlN/B4C/CBN多層涂層刀片切削淬硬鋼的優(yōu)越性。
　　研究結(jié)果表明:TiAlN/B4C/CBN多層涂層刀片切削性能較好,切削過程中大部分切削熱量由切屑帶走,刀片相對磨損較小,壽命較長,非常適合用于切削淬硬鋼等難加工材料。與基體接觸的TiAlN涂層的最佳厚度為3微米。
　　CBN系列涂層刀具在切削淬硬鋼等高硬度材料的過程中表現(xiàn)出的性能十分優(yōu)