涂層氮化硅刀具切削性能及其應(yīng)用擴(kuò)展研究.pdf

1、隨著切削加工的高速、高精、高效、智能和環(huán)?；瑔螐牡毒叩脑O(shè)計和制造工藝或刀具材料的整體性能上來適應(yīng)這些要求是很難達(dá)到的，從刀具切削失效的大量實(shí)例可見，絕大部分的失效往往與材料表面的物理、化學(xué)、力學(xué)等構(gòu)成的表面性能分不開。陶瓷刀具因高硬度、高耐磨性和耐熱性著稱，被廣泛應(yīng)用于汽車及模具行業(yè)的切削加工刀具。但是，陶瓷刀具韌性差，對表面狀態(tài)非常敏感，因此，陶瓷材料表面改性便成為一個熱門課題。
　　近年來涂層技術(shù)的不斷發(fā)展，在陶瓷不導(dǎo)電基體

2、材料上涂覆耐磨可靠的涂層已變成可能。本文通過大量的切削實(shí)驗(yàn)和材料科學(xué)微觀觀察手段(SEM/EDS)，針對氮化硅陶瓷刀具的應(yīng)用特點(diǎn)，主要作了如下兩個方面的研究。
　　一個是對TiN+Al2O3涂層氮化硅刀具切削HT250的刀具壽命以及刀具磨損機(jī)理進(jìn)行了切削實(shí)驗(yàn)研究。分析了不同切削參數(shù)對涂層氮化硅刀具使用壽命的影響，并分析了其區(qū)別于無涂層陶瓷刀具的特點(diǎn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，TiN+Al2O3涂層氮化硅陶瓷刀具由于本身基體的優(yōu)良機(jī)械物理性能及

3、涂層的耐磨、化學(xué)隔障層等作用，使得涂層陶瓷刀具可以在較高的Vc、ap和f下進(jìn)行干切削，可以很大程度的提高加工效率。刀具的失效形式為磨粒磨損、氧化粘結(jié)磨損，其中主要失效形式為磨粒磨損。并根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計知識建立了TiN+Al2O3涂層氮化硅刀具切削HT250的刀具壽命與切削參數(shù)之間的廣義Taylor公式。
　　一個是對涂層陶瓷刀具的擴(kuò)展應(yīng)用問題作了研究，研究目標(biāo)選定為Al2O3/TiN涂層氮化硅刀具切削合金鋼AISI4340的刀具壽命和

4、刀具磨損機(jī)理。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)分析，添加涂層后氮化硅刀具切削合金鋼AISI4340的主要失效形式發(fā)生了轉(zhuǎn)變，從前刀面月牙洼磨損轉(zhuǎn)變?yōu)楹蟮睹婺p，并發(fā)現(xiàn)涂層非常顯著的對磨損起到邊界抑制作用。并對陶瓷刀具切削合金鋼AISI4340時的排屑問題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)在合適的切削參數(shù)下，切屑會從工件上被切除后沿遠(yuǎn)離工件和刀桿方向飛出并順利排出。而達(dá)到這一理想狀態(tài)的參數(shù)選擇遵循一些規(guī)律，首先需要較高的切削速度Vc，如實(shí)驗(yàn)中測試的刀具切削速度為500m/min