PVD涂层刀具的切削性能研究

第 � �卷 第 � 期 � 年 ! 月 沈 阳 工 业 大 学 学 报 ∀# ∃ %& ∋】# ( ) ∗+& 姆& , −# ./0 +1 ∗& 2+ 3 & 24+% 520/ 6 # . 7 � � 8 # 7 � 9 −%7 � 文章编号 : .姗一.酬叹 .卯 扣� ;� 阵。 −6 < 涂层刀具的切削性能研究 刘开源 =鞍山师范学院 机械系 , 辽 宁 鞍 山 �� 令>? ≅ 摘要 : 涂层是延长刀具使用寿命的重要工艺方法之一 采用磁控溅射离子镀 −6 < 涂层工艺 , 对 )8 Α∀Β 类中 9 、 6 和 Χ 断屑槽形硬质合金刀 片进行涂层 7 通过涂层刀片与未涂层刀 片的切削力等 项试验比较 , Δ 4< 涂层硬质合金刀具的刀 ·屑接触长度明显缩短 , 切削力下降 , 刀具耐用性能提高 .Ε ! 倍 7 改变涂层刀 具的切削速度 , 其断屑范围并没有明显变化 7 关 键 词 : 涂层 Φ 切削力 Φ 断屑 中图分类号 : Γ Η ≅; �7 � 文献标识码 : 9 目前 , 可转位涂层硬质合金刀 具在机械加 工 中 , 特 别是在数控机床 =8 1 Ι 、 加工 中心 =Β1 Ι及 柔性制造系统 =ϑΒ )Ι 中得到 了广 泛的应 用 7 由于 涂层刀 片具有较高 的硬度和耐磨性 、 耐热性好 、 化学稳定性好和磨擦系数低等优 点 , 所 以不仅解 决了许多难加工材料的切削 问题 , 有效提高了 刀 具耐用度 , 而且大大提高了切削效率 7 � −6 < 涂层技术 ! 7 ≅ > �; 一 ’、 Κ 7 ; > �; 一 � 和 Λ 7 Κ > �; 一 � −∋ , 沉积时 Α’+Μ Κ; Ν 2& 7 其结果 , 随着氮分压增 加 , 膜层相组成朝 着 富氮相 方 向发展 , 变化趋 势 为 : : Γ2 Ε 位 Γ2 Ο Γ 2Π8 ΙΕ =Γ 2卿 Ο Γ Α8 ΙΕ Γ Α8 7 由 Γ 2卿 和 Γ Α8 两 相组成的膜硬度最高 , 为 Χ Θ Π ≅;; Ρ , ΣΝ Ν � 7 氮分 压对膜层硬度的影响 , 主要是 由氮分压不 同使膜 层的相组成不同而引起的 7 采用 等离 子体增 强磁控溅射离子 镀涂 层技 术 , 对硬质合金刀 片进行涂层 , 涂层材料为氮化 钦 =Γ Α8 Ι , 涂层厚度为 ΤΕ ! 召Ν 7 � 7 � Γ Α8 的性质 Γ Α8 颜色为金色 , 面心立方晶格 ,熔点为 � ≅; ℃ , 其静磨擦系数 为 ; 7 �Τ 一 ; 7 巧 , 动磨擦系数为 ;7 ; ≅一 ; 7 �; , 热膨胀 系数 为 7 Τ ≅ Υ .# 一 Κ Σ℃ 7 在 大 多数酸 、碱中不溶解 , 在 Τ≅; Ε ! ; ; ℃ 空气中不 氧化 , ΓΑ 8 无毒性 7 � 7 � Γ Α8 涂层工艺 利用 1 ς< 9 一 Ω ;; 磁控溅射离子镀设 备在 硬 质合金刀 片上沉积 ΓΑ 8 , 保持其它参数不变 , 只改 变氮分压 7 具体工艺为 : 硬质合金刀 片在镀膜 室 内溅射清洗 5 Ν 2& 后开始沉积 ΓΑ 8 , 活化源功率 � 7 ≅ ΡΞ , 靶功率 �; ΡΞ , 基片负偏压 � ; ; 6 , 极 间 距 �!; Ν Ν , 镀膜室温度 ≅;; ℃ 7 保持其它参 数 不变 , 使氮分压 值分别为 ; 7 Υ � ; 一 , 、 � 7 ! Υ 一; 一 ’、 � 7 � 试验分析 −6 < 涂层对硬质合金刀具切削力的影响 � 7 � 7 � 刀具的选择 选 用 9 、 6 和 Χ 型断屑槽 =Η Ψ � ; Ω Κ 一 Λ Ω Ι的 可转位 刀 片 =参 见 图 � 所 示 Ι , 精磨周边 和底 面 后 , 将一部分进行 −4 < 涂层 , 刀 片材 料 ΖΓ �≅ , 3 级精度 7 � 7 � 7 � 试验方法及结果 试验在大连机床厂生产的 1 Κ�; 一 Τ 型普通车 床上进行 , 外圆干式切削 , 工件材料为 ! ≅ 钢 , 退火 状态 7 根据主偏角 的要求 , 选择可转位车刀 刀 杆 符合 Η Ψ ≅ Τ! Τ 7 � 一 Λ≅ 标 准 7 切削力 的测量选 用瑞 士 产 的 新 型 Θ 250 .+% 压 电 式 测 力 仪 =型 号 为 � ≅ ΩΨΙ以及配套的电荷放大器 , )1 �Κ 光线示波器 记 录仪 7 对试验用三种断屑槽形 , 分别改变切 削 深度 ∋ Δ , 切削速度 。 , 进给量( , 用接触 图形 法测 量切 削区 的刀 一 屑 接触 长度 , 对切 削力进 行测 量 , 试验结果如图 � 所示 7 收稿 日期 : .卯Λ 一 �� 一 ; 作者简介 : 刘开源 =. ≅ ! 一 Ι , 男 , 辽宁铁岭人 , 鞍 山师范学院讲师 , 硕 士 7 刘开源 : − 6 < 涂层刀具的切刘性能研究第 � 期 �; ≅ [[[[[恋恋恋 钊钊钊钊钊如如如如如石石召召目目目3 州州矛矛二 7 7 7 777 ΦΦΦ‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘‘777 ‘‘ ∴ ]]],,,::: Ε Ε Ε 7 7 7 Ε Ε ,, 卜艺‘叫叫叫叫... ...色 〕〕 ]]]ΣΣΣ 、 ��� ‘‘、了了际际... 州州》勺勺 、、 ⊥⊥⊥. 沪 】】 『『Ε 一_ , 叮Ε 一 777叮一 一一〕〕」」」ς ... =∋ Ι )8 3 Β .≅=Ι 印 Λ一 9 ! 伪Ι)8 工∀Β �≅=Ι 印 Λ一 4! 图 . 正方形 9 、 6 、Χ 形槽刀片 =1Ι )8 3 Β �≅=刀刀 一 Χ ! � 7 � 7 Τ 试验结果分析 = �Ι−6 < 涂层刀 具的切屑变形系数 母与未涂 层刀具相比明显减小 , 减小幅度约为 �; ⎯ 一 �≅ ⎯ 7 七减小 , 切屑厚度减小 , 切屑 自然卷 曲半径增 大 , 这一点对切屑的折断是不利的 7 =�Ι −6 < 涂层后刀 一 屑接触长度 .: 与未涂 层 刀具相 比也有明显缩短 , 说 明涂层 以后 刀具和 切 屑之间的磨擦系数减小 7 =ΤΙ 加工时切屑呈浅棕色 , 变形 区薄 , 这表明 涂层刀具的切削温度低于未涂层刀 具 , 刀 具耐用 度提高 7 =! Ι− 6 < 涂 层刀具 的切削力 比未涂层刀 具切 削力略有下降 , 其 中进给方向的切削力下 降比较 明显 7 气‘ �俪 Τ 侧扣Τ ; ; ; Τ 倪; 丐月Ν Ν Δ ‘� ; ≅“以Ν 2& � ;=Ι ; � ;=Ι ; � ∴;=Ι 要 �; ;=Ι Α=>Ι ; .;;=Ι 可=Ν 二加, ,Ι (. =Ν ·% 一 , Ι习阔 =∋ Ι Ρ , α Ω ≅ 7 , )8 3 Β �≅; 印Λ 一9! 刀 片 介 ;7 Τ腼.% 马‘ �画介 ;7 Τ浏叫% Τ 以幻Τ 川刀 Τ 翻协 丐α �俪7 二 �; ≅ Ν .Νβ & � 《阅; � ; 吠, � 仪幻奚吸 , 二自7 7 ‘7 7 凡 � 以幻 � 《扣; �以>Ι凡卜卜卜一, 一一 7 χ厂世% 二生二冬 凡 � Τ 习, ∴ 一 一 �;; �;; 可=Ν · Ν 沁‘ , Ι =δ Ι Ρ , α Ω≅ 。 , )卜3 Β .≅= 旧粥 一 6! 刀 片 (Σ =�, , �卜 % 一 .Ι Τ ; ;=Ι 介 ; Τ 俪.%。“ �; , 咧Ν 加 ϑ, Τ ;=Ι ; 气 , �枷介 ;7 Τ俪.% Τ 臼力 丐α Π ΝΝ。α �;≅ 叫Ν 2& � 侧洲】 � 仪幻要 � 仪刃之二韶毕漂7 , , ‘ ϑ7 � 侧刀 二《比旧 � 侧> Ι 凡之二α 二 ϑ, � Τ ! ≅ ; �的 � ;=Ι # 叼枷 。.=⋯, 协=+Ι Ρ , α Ω ≅ 。 , ) 8 3 Β Α, 万粥 一 Χ ! 刀片 图 � −6 < 涂 层与未涂层刀具的切削力 比较 =工件材料 : !≅ 钢 , —未涂 层 , ; 7 � ; 、! (.=娜 · % 一 ,Ι −6 < 涂层 Ι �; Κ 沈 阳 工 业 大 学 学报 第 �� 卷 =≅Ι 选择不同的二维槽形 =直线圆弧形 , 全 圆 弧形 , 折线形 Ι , 其切削力基本没有变化 7 �7 � − 6 < 涂层对刀具断屑性能的影响 �7 � 7 � 试验条件与方法 断屑试验方法符合专业 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 要求 7 工件材料 直径大于 Ω ; Ε , 采用的切削速度为 : 未涂层刀 片切 ((Α∀ ! ≅ 钢 , 4 α � Τ; Ν ΣΝ 2& , −6 < 涂层刀 具切削 ! ≅ 钢 , 4 α �Λ; Ν娜& , 其他条件同上 · 试 验得到的断 屑范围曲线如图 Τ 所示 7 ‘于,Τ 7 , ‘ 厚 !≅ 俐睡 ! 奢 Τ 国奋 Κ ] ! ≅ 俐≅ ]! ]Τ 卜 “岁方 Κ亡,��凡 ! 。 一曰 缸 ’一 ’如 ’ 而 ∀#∃ % 一, &#∃ % 一 , ∀∋∃ 二一 , ‘( ) 人∗ + , − 。 , ./ 0 1 2 , 双)3 一 4 � 刀片 ∃ 5 ) 6 ∗ + , − ‘ , ./ 7 1 2 , 治〕3一 8� 刀片 ∃ 9 ) 介∗ + , − ’ , ./ 0 1 :−; 印3 一 < � 刀片 图 = > ? ≅ 涂层与未涂层刀 片断屑范围的 比较 ∃ �− 钢 ) —未涂 层 , 。 + :=; % ∋而Α Β Χ Χ 一 >8≅ 涂 层 , 。 + #.Δ % ∋而Α Β 一 一 >?≅ 涂层 , 。 + :=; % ∋而ΑΕΦ ΕΦ Ε 试验结果分析 ∃Ε ) 对于二维平行槽刀片 , 其切屑折断的极限 ∃#) >8 ≅ 涂层以后 , 尽管切削速度明显提 高 , 但断屑范围并没有 明显 变 化 Φ 这与 通 常人们 认 为的无断屑槽刀具随着切削速度提高会使切屑难 以折断 , 断屑范围明显减小 的观 点是不一致 的 Φ 有以下几方面的原因可解释这一问题 Γ ∃ () 当切削速度较高时 ∃8 岁 #ΔΔ % ∋% ΗΑ) , 切削 力的变化幅度较小 , 不能引起切屑折断方式及屑 形的变化 , 切屑的折断方式主要是 由断屑槽形状 及尺寸 、 切深 、 进给量 以及工件材料特 性所 确定 的 · 后刀 面障碍型折断方式的最大应力 “Ι 为 切深 ( 。 与刀尖圆弧半径 ∗’ 相 当 Φ 当断屑槽型反 屑壁一侧为直线形时 , 切屑屑型也为逐 步过渡形 成 , 即在一 定切 削深 度下 , 随着进 给 量 由小 变 大 , 切屑由不折断向折断过渡 Φ ∃ =) 4 型断屑槽 的断屑范 围较 大 , 在进 给量 介切削深度 ( , 较小时 , 应选择直线形断屑槽 · = 结 论 、 一夸‘贵一贵, ∃#) 式中 ( 。 为切屑厚度 Β ϑ 。为切屑的初始 曲率半 径 Β ϑ Γ 为折断前的最大曲率半径 · ∃ 5 ) 切 削温 度升 高使 切 屑截 面温 度梯 度增 大 , 底层温度及热应变明显高于表层使切屑容易 弯曲 Φ ∃Κ )切削速度提高致使流屑速度提高 , 使卷 曲 的切屑碰撞障碍的冲击力 明显增 大 Β 对于失稳甩 断的切屑 , 流屑速度提高使失稳的切屑振动频率 提高 , 振幅增大而容易甩断 Φ 计算 切屑失稳的临 界长度公式 ∃ #) 采用磁控溅 射离子镀技术沉积的 ΛΗ !/ 和 Λ2 / 复合相 , 其涂层硬度达 <Μ! −;; 6 Ν ∋% % ! , 可提高硬质合金刀 具耐用度 :Ι � 倍 Φ ∃Ε) >? ≅ 涂层刀 片切 削 �− 钢 使 切削 力 下 降 , 特别是进给方向切削力下降较明显 Φ ∃ =) 选用 >? ≅ 徐层 , 尽管切削速度明显提高 ∃ :=; Ι :3; % ∋% ΗΑ ) 但断屑范围并没有明显变化 · ∃� ) 可用未涂层刀 片的断屑范围曲线指导涂 层刀 片的断屑槽型的合理选用 , 涂层 刀 片的槽型 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 基本可依据未涂层 刀片的有关规律 Φ Γ 。 一 : Φ − Ο 3濡 ∃Ε )式中 Κ 为螺旋屑的抗弯刚度 Β Π 为单位长度 的 切 屑 质量 Β 田为 螺 旋 屑 的 旋 转 角 速 度 Φ ∃ Θ ) 高速切削产生的热塑剪切失稳 使切屑易 于在热塑剪切带折断 Φ 参考文献 Γ 【#Ρ 刘开源 Φ 金属切削过程中刀 一 屑接触区域的研究 旧」Φ 大连 Γ 大连理工大学 , #男=Φ 【ΕΡ 吴希让 Φ Σ ? ≅ 、 >? ≅ 涂层和未涂层刀 片性能 比较团Φ 工具技术 , :卯Ε , Ε仪:Ε)Γ =; Ι == Φ :=: 周明华 Φ 切屑控制田 Φ 工具技术 , #卯3 ,斌:Ε )Γ, 一 :; Φ :�: 王玉魁 , 韩会民 , 王传恩 , 等 Φ >Τ 1Υ 2> 法沉积的 Λ 2/ 涂层对硬质合金刀具切削性能的影响团Φ 工具技术 , :卯−,Ε 火� )Γ=Ο 弓ς · ∃下转第 : :; 面 ) � �; 沈 阳 工 业 大 学 学 报 第 � � 卷 < +4 +.# −Ν + & 0 # ( −% # Μ ∃ +02 # & Ν ∋&∋ , +Ν + & 0 ∋ & Μ + # & 0% # . 5/50+Ν 2& + # & + %+0+ −%+而劝& , 5 0∋ 02 # & < 3 )∗∋ &, 一β2∋ & , �」9∴ 叭 一 5∗∃ , Η 9∴ ε +& Ε Μ # & , =9 ΒΓ Α、%20∃0+ # ( Γ# &百� 3 & 2犯%5 20/ , )∗ ∋ & ,腼 万众心� , 1∗ 2咫 9 δ50 拍沈 ∴ & 0∗ + δ ∋ 5+ # ( ∋ & ∋ ./525 # ( 0∗ + Ν∋ 0+ %2 ∋ . (. # Ξ ∋ & Μ 2& (# %.们∋ 02# & (.# Ξ # ( 0∗ + φ# & + %+ 0+ −%# Μ ∃ φ 02# & , 0∗25 −∋ −+% (2 & Μ 5 # ∃ 0 5# Ν+ Ρ +/ .2& Ρ 5 , Ξ ∗ 2φ∗ ∋ .毛戈0 0∗ + φ# & φ% +0+‘ ≅ γ ∃ ∋ .20/ ∋ & Μ φ# & φ% +0+ −%+ Ν 2Υ 2& , 50∋ 02# & ‘5 Ν ∋ & ∋ , +Ν+ & 0 +((2 + 2+& +/ 7 Β φ∋ & Ξ ∗ 2.+ , 2& 0∗ + 5∃ −−# %0 # ( φ# Ν −∃ 0+ % 0+1 ∗& # .# , / 20 0∋ Ρ+5 ∋ 5/& 0∗ +0 2+ 50∃ Μ / # & 0∗+ −%# Μ ∃ φ0 2# & φ# & 0%# . ∋ & Μ 枉戈∗ & # .# , / Ν∋ & ∋ , +Ν+ & 0 ∋ & Μ Μ +4 +. # −5 ∋ 5 ∃ 20 # ( ∋ −−.2φ∋ 02# & 5/5 0+Ν 7 Θ +/ Ξ # % Μ , φ# & φ %+ 0+ 0# Μ .& # .# , /Φ −%# Μ ∃比# & Ν∋ & ∋ , ∋ 7 +&仁 Δ%# Μ ∃ +石# & φ# &加. =李 革 编辑 Ι =上接第 �; Κ 面 Ι 自�7�;Θ∋) 0∃ Μ / # & + ∃ 002 & , −% # Δ+ %0/ −6 < + # ∋ 0+Μ + ∋ %δ2Μ + 0# # .5 ς】3 =<+ Δ 0 7 # ( Β +φ ∗∋ & 元∋. η & ,2仆戈 & & , , 9Α 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf ∗∋ & 一 /0以 & Γ +∋ + δ+ %5 1 #. 】铭+ , 9 &5 ∗∋& ? �喇叉Ι≅ , 1 ∗ 2&∋ Ι 9 δ 50 拍沈 Γ ∗+ φ# ∋ 02& , �≅ & # Ξ %+φ# , & 2Π。」 ∋ 5 # & + # ( 0∗+ Ρ+ / 0+1 ∗ & # .# , 2+5 0# .+ & , 0∗+& 0# # .�2(+ 7 Α& 0∗ 25 −∋ −+% , ∃ 5 2& , 0∗+ φ# ∋ 02& , 0+φ ∗ & # .# , / # ( −.∋ 5Ν∋ +& ∗∋ & φ+Μ Ν∋ , & + 0%# & 5−∃ 0 0+ % 2# & Δ .∋ 02 & , Ν∋ Ρ + 0∗+ ) 8 3 Β φ∋ %δ 2Μ + 0# # .5 φ# ∋ 0 7 Ψ/ 0∗+ + Υ Δ + %2 Ν+ & 05 # ( −6 < 一 φ# ∋ 0+Μ φ# Ν Δ ∋ %2 & , Ξ 20∗ ∃ & φ# ∋ 0+Μ , 20 �≅ (# ∃ & Μ 0∗∋ 0 −6 < φ# ∋ 0+Μ φ∋ %δ 2Μ + Ν∋ Ρ + 0∗ + 0# # .一 +∗ 2− φ# & 0∋ φ0 ς+ & , 0∗ & # 0∋ δ./ 5∗# %0 +& , 0∗+ + ∃ 002& , (# %优 Μ+φ%φ∋ 5+ , 0∗ + 0# # . .2(+ 2& +%+∋ 5+ δ/ ∋ (∋ +0# % . Ε ! 7 Α& ∋ Μ Μ 202# & ,0∗+ +∃ 00 2& , 5−++Μ Ξ∋ 5 ∋ −−∋ %+ & 0./ %∋ 25+Μ , δ ∃ 0 0∗ + %∋ & , + # ( φ∗ 2− δ暇Ρ 2& , ∗∋ Μ & # + .服%./ φ∗ ∋ & , + 7 Θ +/ Ξ # %Μ ‘ φ# ∋ 02 & , Φ +∃ 川& , (# %φ+ Φ φ∗ 2− δ %+∋ Ρ 2& , =代俊秋 编辑Ι