涂层刀具切削性能评价及其实验研究

发布时间：2017-05-30 17:06

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【摘要】： 涂层技术在切削刀具中得到越来越广泛的应用,性能优异的涂层可以显著改善刀具表面性能,提高其高温硬度、隔热性能、热稳定性、冲击韧性等,从而大幅提高了刀具的切削速度和寿命。刀具技术的发展日新月异,新型涂层和结构的刀具不断面世,对这些应用最新涂层技术和切削技术最新成果的新型刀具,进行准确有效的切削性能评价,给出涂层和刀具结构的适用性区间和最佳切削用量,可以大幅缩短研发周期,降低研发成本,提高技术价值,是刀具研发过程中的一个重要环节。 切削过程是一个高温、大应变、大应变率、高频振动、高速摩擦的材料失效过程,从机床特性、加工方式,到工件材料性质、刀具材料和几何角度等等,影响因素众多。本文针对广泛应用的刀具涂层工艺——PVD和CVD涂层,针对三种常见的加工方式——铣削、钻削和车削,针对两种难加工材料——车轮钢和淬硬模具钢,进行了系统的切削实验。分别从切削力、切削振动、切削温度、加工表面质量、切屑变形机理等方面,对不同涂层和不同结构的刀具的切削性能和失效机理做出了对比分析和基于实验结果的合理判断,并且给出了不同涂层、不同几何结构刀具在不同加工方式下的优化切削用量。 基于切削实验和分析本文得出以下结论: 1. PVD工艺的AlTiN涂层在模具钢的干式铣削中有较好的表现,在实验涉及的三种不同工艺和成分的AlTiN涂层中,纳米复合相结构涂层AlTiN+Si3N4最适合在高速度小余量的情况下进行模具钢的精加工。 2. PVD工艺的自润滑涂层AlTiN+WC/C在半封闭钻削模具钢时有着非常好的表现,有着较小的钻削力和较小的磨损。AlTiN(Al:N=2:1)富铝涂层在高温下发生了氧化和扩散,在表面氧化形成较厚的稳定致密的Al2O3氧化膜,阻止氧化继续发生,这使得涂层的隔热性,高温硬度、热稳定性大为提高,适用于淬硬模具钢钻削。 3.钻头的横刃是影响切屑的挤压变形的主要因素,通过优化设计横刃的形状可以改进钻削断屑和排屑状况。 4. CVD复合涂层刀具车削车轮钢时,圆形刀片适用于负荷较大的粗加工,获得较大的材料去除率,断屑性能较好。而方形刀片用于能够较小切削用量的精加工,能获得较好的表面质量,断屑性能较差。 5.切削速度是影响切屑变形的主要因素之一。在车削车轮钢时,在切削线速度较低的时候切屑呈带状,切削线速度较高时切屑呈锯齿形。
【关键词】：刀具 涂层 切削性能 模具钢 车轮钢 切削用量
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TG501
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-28
• 1.1 课题研究背景11-12
• 1.2 切削技术的最新进展12-15
• 1.2.1 高速切削技术12-13
• 1.2.2 干式切削技术13-14
• 1.2.3 硬切削技术14-15
• 1.3 刀具技术的发展和研究现状15-18
• 1.3.1 刀具结构的最新进展15-16
• 1.3.2 刀具材料的最新进展16-18
• 1.4 刀具涂层技术18-26
• 1.4.1 刀具涂层材料18-22
• 1.4.2 刀具涂层结构22-23
• 1.4.3 刀具涂层制备工艺23-26
• 1.5 课题的研究内容及研究意义26-28
• 第二章 切削性能评价实验技术和实验设备28-39
• 2.1 切削试验用机床28-29
• 2.2 在线检测系统29-31
• 2.2.1 切削力采集系统29-30
• 2.2.2 切削振动采集系统30
• 2.2.3 切削温度采集系统30-31
• 2.3 离线检测系统31-38
• 2.3.1 刀具几何参数测量31-32
• 2.3.2 刀具磨损量测量32-33
• 2.3.3 切削变形分析33-35
• 2.3.4 表面残余应力检测35-37
• 2.3.5 表面硬度测量37-38
• 2.3.6 加工表面粗糙度测量38
• 2.4 本章小结38-39
• 第三章 PVD 涂层硬质合金铣刀和钻头切削模具钢实验39-62
• 3.1 前言39
• 3.2 PVD 涂层硬质合金整体铣刀铣削模具钢实验39-52
• 3.2.1 铣削加工特点39
• 3.2.2 实验用工件材料与刀具39-42
• 3.2.3 实验结果及讨论42-51
• 3.2.4 铣削实验小结51-52
• 3.3 PVD 涂层硬质合金钻头钻削模具钢实验52-60
• 3.3.1 钻削加工特点52
• 3.3.2 实验用工件材料与刀具52-53
• 3.3.3 实验结果及讨论53-59
• 3.3.4 钻削试验小结59-60
• 3.4 本章小结60-62
• 第四章 CVD 涂层可转位车刀车削车轮钢实验62-83
• 4.1 前言62
• 4.2 车轮钢材料物理机械性能62-63
• 4.3 实验刀片选择及涂层牌号选择63-65
• 4.3.1 车削加工特点63
• 4.3.2 刀具的选择63-65
• 4.4 切削性能评价实验65-81
• 4.4.1 切削力实验65-71
• 4.4.2 切削振动实验71
• 4.4.3 刀具耐用度实验71-77
• 4.4.4 切削变形分析77-81
• 4.5 本章小结81-83
• 第五章 结论与展望83-85
• 5.1 全文总结83-84
• 5.2 展望84-85
• 参考文献85-89
• 致谢89-90
• 攻读学位期间发表的学术论文目录90

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 李伟华;胡建忠;张伟;胡祖光;;微润滑下涂层枪钻切削性能的试验研究[J];工具技术;2012年07期

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 谢助新;基于绿色切削的刀具选择决策模型探究[D];武汉科技大学;2011年

2 丁刚;机车车轮加工工艺分析与优化[D];南京理工大学;2012年

3 杜美憬;高速切削刀具内的传热分析[D];江苏科技大学;2010年

4 王亚楠;基于薄膜热电偶的瞬态切削温度仿真与试验研究[D];大连交通大学;2012年

5 刘敏;不同组织结构钛合金切削性能的实验研究[D];上海交通大学;2009年

6 丁颖颖;冰升华法制备Al_2O_3与Mo_2C棒状结构[D];吉林大学;2013年

7 李欢;掘进机伸缩保护筒加工工艺的研究[D];大连理工大学;2012年

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本文编号：407549