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PVD涂层处理对微细刀具性能影响的研究

发布时间:2018-02-15 08:46

  本文关键词: PVD 微细钻头 力学性能 钻削性能 有限元仿真 出处:《上海应用技术大学》2016年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:本文通过物理气相沉积阴极电弧离子镀技术在直径0.2mm的微细钻头上制备了TiAlSiN、DLC、TiN和AlTiN四种涂层,并介绍了四种涂层的前处理以及制备工艺;通过测量涂层的膜基结合力、显微硬度和厚度参数来研究涂层材料的力学性能;为研究涂层微钻的钻削性能,对五种微钻分别进行高速干式钻削6061铝合金的试验研究,并与未涂层微钻作对比研究;利用三维模拟仿真软件Deform-3D研究微钻在钻削过程中的切削温度、应力变化、主轴钻削力和钻头磨损的变化情况。本文的主要研究内容和取得的成果包括:(1)利用阴极电弧离子镀制备的四种涂层,通过高分辨率光学测量设备KEYENCEVHX-2000观察到沉积的DLC涂层表面光洁度最好,几乎无大的颗粒;TiAlSiN涂层表面光洁度最差,有大小不均的表面颗粒状杂质;TiN和AlTiN表面光洁度良好。(2)采用球痕法测量涂层的厚度,其中TiAlSiN涂层的厚度最大,DLC和AlTiN最低;采用划痕法来测量涂层与基体的膜基结合强度,其中TiN涂层与基体的结合强度最高,DLC最低;采用HVS-1000型数显显微硬度仪测量涂层的硬度,TiAlSiN涂层的硬度最高,达到了HV3800。(3)采用DMG高精密数控加工中心进行高速干式钻削6061铝合金,通过测量角磨损量,孔径变化量,观察孔的表面形貌来评估钻削性能,试验结果显示DLC涂层微钻的钻削性能最佳,A1TiN最差,具体为DLC无涂层TiNTiAlSiNAlTiN、(4)采用Deform-3D有限元仿真分析软件模拟DLC、TiN和无涂层三种钻头的钻削,验证钻削试验的结果。仿真分析的结果表明DLC涂层的切削力最低;三种钻头切削温度和力矩相差不大,TiN涂层较高;DLC涂层刀具的等效应力最低,TiN涂层最大,明显高于其他两种涂层;仿真结果总体显示DLC涂层钻削性能最佳,TiN最差,与实际切削试验的钻削效果相符合。
[Abstract]:In this paper, four kinds of coatings, TiAlSiN, DLCTiN and AlTiN, were prepared on 0.2mm diameter micro-bit by physical vapor deposition cathodic arc ion plating technology. The pretreatment and preparation process of the four coatings were introduced, and the adhesion of the film substrate was measured. In order to study the drilling performance of coated micro-drill, five kinds of micro-drill were dry-drilled at high speed and dry-drilled 6061 aluminum alloy respectively, and compared with uncoated micro-drill. The change of cutting temperature and stress in drilling process of microdrill is studied by using 3D simulation software Deform-3D. The variation of spindle drilling force and bit wear. The main research contents and achievements in this paper include: 1) four kinds of coatings prepared by cathodic arc ion plating. High resolution optical measurement equipment (KEYENCEVHX-2000) shows that the surface finish of the deposited DLC coating is the best, and the surface finish of the TiAlSiN coating with almost no large particles is the worst. The coating thickness was measured by ball mark method, in which the thickness of TiAlSiN coating was the largest and the AlTiN was the lowest, and the scratch method was used to measure the bonding strength between the coating and the substrate. The bonding strength between TiN coating and substrate is the highest, and the hardness of TiAlSiN coating measured by HVS-1000 digital display microhardness meter is the highest, reaching HV3800.0.The high speed dry-drilled 6061 aluminum alloy is drilled by DMG high precision NC machining center. The drilling performance was evaluated by measuring angular wear, pore diameter change and observing the surface morphology of the hole. The results showed that the drilling performance of DLC coating microdrill was the best and that of A1TiN was the worst. The DLC uncoated TiNTiAlSiNAlTiNTiN4) is used to simulate the drilling of DLCTiAlSiNAlTiN4) by using the Deform-3D finite element simulation software to verify the drilling test results. The simulation results show that the cutting force of the DLC coating is the lowest. The cutting temperature and torque of the three kinds of bit are not different. The equivalent stress of tin coating tool with higher tin coating is the lowest, which is obviously higher than that of the other two kinds of coating, and the simulation results show that the drilling performance of DLC coating is the best and tin is the worst. It accords with the drilling effect of actual cutting test.
【学位授予单位】:上海应用技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TG174.4;TG71

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