PVD-TiAlN涂层硬质合金刀具高速干车削TC4合金磨损演变机理
发布时间：2022-01-07 06:51
以难切削材料TC4合金的加工刀具为研究对象,采用PVD-TiAlN硬质合金涂层刀具进行高速干车削试验,研究刀具在切削中不同磨损阶段的磨损形式演变以及磨损机理。研究表明:涂层刀具主要的失效拐点在稳定磨损阶段后期。在高速车削不同刀具磨损阶段,随切削时间的增加,刀具前刀面主要磨损形式由月牙洼逐渐变为积屑瘤、崩刃以及涂层剥落,主要磨损机理为粘结磨损、氧化磨损;刀具后刀面的磨损形式由切屑与氧化物的粘结逐渐变为积屑瘤、崩刃、沟痕、涂层剥落以及高温烧蚀,主要的磨损机理为氧化磨损、粘结磨损以及磨粒磨损。
【文章来源】：组合机床与自动化加工技术. 2020,(09)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
切削试验设计
正式切削试验前,先进行试切削,切削过程中采用USB2000便携式电子显微镜测量刀具后刀面磨损,以后刀面平均磨损量VB=0.3mm为刀具失效标准,记录刀具磨损量,便于正式试验时获取多阶段的刀具样本。按照刀具磨损不同阶段,分为初期磨损阶段,稳定磨损阶段前期、中期、后期,急剧磨损阶段5个小阶段进行高速切削试验,获得不同阶段的刀具样本,刀具各阶段对应磨损曲线如图2所示。切削试验结束后采用扫描电子显微镜(型号QUANTA 250,SEM,EDS)检测不同阶段的涂层刀具前、后刀面磨损。
图3所示为涂层刀具前刀面磨损形貌。图3a中可见,在初期磨损阶段,刀具表面可以观察到明显的颗粒与凹坑,这是涂层沉积时残留的颗粒及表面缺陷,易使切削变得不稳定。在靠近切削刃处,月牙洼界限开始出现,同时表面出现大量的粘结层并逐渐向边缘堆积,此时刀具主要的磨损为粘结磨损。这是因为在磨损初期,刀具表面产生Al2O3、TiO2等氧化物,粘结在刀具表面上,同时由于切削不稳定,使切屑与氧化物向刀刃处挤压堆积,形成粘结物堆积。图3b所示为刀具稳定磨损阶段前期的前刀面磨损形貌,可以观察到表面仍存在残留的球状颗粒,刀刃处的堆叠状粘结物只有少部分残留,同时刀具表面的片状粘结层开始大量出现,在切削力冲击的作用下,越靠近刀刃处,粘结层越密集且破碎。这说明刀具在经过短暂的跑和阶段后,开始进入稳定磨损阶段,切削力、温度趋于稳定,表面产生的氧化物,对刀具起到减摩、抗热的作用,同时切屑流过表面可以及时带走切削热与大块的粘结物,粘结物堆积减少。
【参考文献】：
期刊论文
[1]TC4钛合金高速车削温度与车削振动特性的试验研究[J]. 邵明辉,喻秋,李顺才,吴春力. 现代制造工程. 2019(12)
[2]TiAlN涂层高温行为的研究进展[J]. 宋智辉,代明江,李洪,林松盛,石倩,韦春贝,郭朝乾,苏一凡. 电镀与涂饰. 2019(09)
[3]涂层硬质合金刀具高速车削300M刀具磨损机理研究[J]. 郑光明,程祥,牛宗伟,高军,房友飞. 制造技术与机床. 2017(10)
[4]高速切削难加工材料刀—屑界面接触特性研究[J]. 邱新义,李鹏南,唐思文,胡立湘. 工具技术. 2016(10)
[5]Ti-6Al-4V和Ti-10V-2Fe-3Al钛合金激光辅助铣削切屑形貌研究[J]. 高延峰,肖建华. 组合机床与自动化加工技术. 2016(10)
[6]高效加工技术及其在重型切削中的应用[J]. 程耀楠,韩禹,卢真真,关睿,刘利. 工具技术. 2015(10)
[7]PCBN刀具高速车削TC4钛合金刀具磨损的研究[J]. 姜增辉,于海鸥,王文凯,李玉朋. 组合机床与自动化加工技术. 2015(05)
[8]切削速度对车削TC4钛合金硬质合金刀具磨损的影响[J]. 韩冰,姜增辉,刘朋和. 沈阳理工大学学报. 2015(01)
硕士论文
[1]高速切削钛合金TC4的刀具磨损及演化机制研究[D]. 赵洋洋.南昌航空大学 2018
[2]TiAlN硬质薄膜抗氧化性能研究[D]. 张勇.西华大学 2010
本文编号：3574045
【文章来源】：组合机床与自动化加工技术. 2020,(09)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
切削试验设计
正式切削试验前,先进行试切削,切削过程中采用USB2000便携式电子显微镜测量刀具后刀面磨损,以后刀面平均磨损量VB=0.3mm为刀具失效标准,记录刀具磨损量,便于正式试验时获取多阶段的刀具样本。按照刀具磨损不同阶段,分为初期磨损阶段,稳定磨损阶段前期、中期、后期,急剧磨损阶段5个小阶段进行高速切削试验,获得不同阶段的刀具样本,刀具各阶段对应磨损曲线如图2所示。切削试验结束后采用扫描电子显微镜(型号QUANTA 250,SEM,EDS)检测不同阶段的涂层刀具前、后刀面磨损。
图3所示为涂层刀具前刀面磨损形貌。图3a中可见,在初期磨损阶段,刀具表面可以观察到明显的颗粒与凹坑,这是涂层沉积时残留的颗粒及表面缺陷,易使切削变得不稳定。在靠近切削刃处,月牙洼界限开始出现,同时表面出现大量的粘结层并逐渐向边缘堆积,此时刀具主要的磨损为粘结磨损。这是因为在磨损初期,刀具表面产生Al2O3、TiO2等氧化物,粘结在刀具表面上,同时由于切削不稳定,使切屑与氧化物向刀刃处挤压堆积,形成粘结物堆积。图3b所示为刀具稳定磨损阶段前期的前刀面磨损形貌,可以观察到表面仍存在残留的球状颗粒,刀刃处的堆叠状粘结物只有少部分残留,同时刀具表面的片状粘结层开始大量出现,在切削力冲击的作用下,越靠近刀刃处,粘结层越密集且破碎。这说明刀具在经过短暂的跑和阶段后,开始进入稳定磨损阶段,切削力、温度趋于稳定,表面产生的氧化物,对刀具起到减摩、抗热的作用,同时切屑流过表面可以及时带走切削热与大块的粘结物,粘结物堆积减少。
【参考文献】：
期刊论文
[1]TC4钛合金高速车削温度与车削振动特性的试验研究[J]. 邵明辉,喻秋,李顺才,吴春力. 现代制造工程. 2019(12)
[2]TiAlN涂层高温行为的研究进展[J]. 宋智辉,代明江,李洪,林松盛,石倩,韦春贝,郭朝乾,苏一凡. 电镀与涂饰. 2019(09)
[3]涂层硬质合金刀具高速车削300M刀具磨损机理研究[J]. 郑光明,程祥,牛宗伟,高军,房友飞. 制造技术与机床. 2017(10)
[4]高速切削难加工材料刀—屑界面接触特性研究[J]. 邱新义,李鹏南,唐思文,胡立湘. 工具技术. 2016(10)
[5]Ti-6Al-4V和Ti-10V-2Fe-3Al钛合金激光辅助铣削切屑形貌研究[J]. 高延峰,肖建华. 组合机床与自动化加工技术. 2016(10)
[6]高效加工技术及其在重型切削中的应用[J]. 程耀楠,韩禹,卢真真,关睿,刘利. 工具技术. 2015(10)
[7]PCBN刀具高速车削TC4钛合金刀具磨损的研究[J]. 姜增辉,于海鸥,王文凯,李玉朋. 组合机床与自动化加工技术. 2015(05)
[8]切削速度对车削TC4钛合金硬质合金刀具磨损的影响[J]. 韩冰,姜增辉,刘朋和. 沈阳理工大学学报. 2015(01)
硕士论文
[1]高速切削钛合金TC4的刀具磨损及演化机制研究[D]. 赵洋洋.南昌航空大学 2018
[2]TiAlN硬质薄膜抗氧化性能研究[D]. 张勇.西华大学 2010
本文编号：3574045
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