PVD涂层与未涂层硬质合金刀具切削刀的对比试验研究

PVD涂层与未涂层硬质合金刀具切削刀的对比试验研究 PVD涂层与未涂层硬质合金刀具切削刀的 对比试验研究 2O03年第37卷?7 PVD涂层与未涂层硬质合金刀具切削力的对比试验研究 33 奚维斌张弘搜朱英臣 ‘中国科学院等离子物理研究所大连理工大学大连大学 摘要:应用同型号未涂层,TiN涂层和TiCN涂层硬质合金刀具进行切削试验,用KISrlER三向测力仪,电荷 放大器和Pc机组成的切削力数据采集系统进行三向切削力采集.试验 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明在切削过程中PVD涂层硬质合金刀具 的切削力随刀具进给量,切削深度,切削速度的变化规律与未涂层硬质合金刀具相同,但涂层硬质合金刀具的切削 力明显小于未涂层硬质合金刀具的切削力. 关键词..PVD,涂层,硬质合金,切削力 ExperimentalInvestigationonContrastingCuttingForcesofCoated-P? CementedCarbidesInsertswithNon-CoatedCementedCarbidesInserts XiWeibinZhangHongtaoZhuYingeheng Abs乜ad:Thecuttingexperimentsweredoneinwhichthenon-coated,coated-TiNandeoated-TiCNcementedca rbidesin— sertswereusedtoturn42CrMosteelworkpieces.Thecutdngforceswerepickedupwithdataacquisitions ystemthatWfl8consisted oftheKISI’LER-ameasuringinstrumentforcuttingforcesinthreedistances,achargeamplifierandaeor nputer.Thee)eriInent resultsshowedthatthechanregularity0fthecoatedcutler’scuttingforcewiththecuttinga~pth,cuttingsp eedandfeedrateis 涨踞thenon-coated’.Buttheeultingforceofthecoatedcutterisobviously8mailerthanthenon-coated’. Keywords:PVD,伽laling,cementedcarbides,cuttingforce 1引言 硬质合金刀具物理气相沉积涂层技术(PVD)是 二十世纪八十年代发展起来的刀具涂层技术.由于 PVD涂层的硬质合金刀具比化学气相沉积(CVD)涂 层硬质合金刀具有更好的抗耐磨性和更高的刀具耐 用度,且不易破损引,因而PVD涂层硬质合金刀 具技术的发展受到业界的高度重视.国外PVD高 速钢刀具涂层技术经过十年的发展,已趋完善,并在 八十年代中期开始了硬质合金复合涂层技术的研究 工作,先后开发了TiN,TiCN和TiA1N等涂层工艺技 术,并研制了自动化水平较高的专用涂层设备,从而 保证了产品质量的稳定性和可靠性,使PVD涂层硬 质合金刀具大量投人了使用,占领市场.近年来,国 内汽车,石油,冶金工业的发展以及数控机床性能的 收稿日期:2002年12月 不断提高,对硬质合金刀具尤其是涂层硬质合金刀 具的需求Et趋增加,因而有必要对涂层硬质合金刀 具的切削性能加强研究.目前,国内对涂层硬质合 金刀具的研究的主要集中在CVD涂层硬质合金刀 具上,对PVD涂层刀具的研究还少有报道.本文将 通过PVD涂层硬质合金刀具与未涂层硬质合金刀 具切削42CrMo钢工件的对比试验进行切削力方面 的研究. 2切削试验 (1)试验条件 试验所用三种刀具型号均为DNMGl50608—25: 一 种是自贡硬质合金厂生产的牌号为ZP25的硬质 合金刀具,另两种是以ZP25为基体,分别采用PVD 方法涂复TiN和TiCN涂层的硬质合金刀具;刀具几 何参数见表1.工件材料为42CrMo钢,调质处理, 硬度HRC34,材料的化学成分和机械性能见表2,表 机床进行大的改造,可充分利用机床原有的修整装 置,应用合理的修整工艺便可获得较满意的整形效 果.该方法工艺简单,操作方便,砂轮整形后用绿色 SiC在工作转速下对砂轮进行修锐后便可用于插齿 刀加工. 修整试验证明:(1)若切深和修整棒进给速度一 定,则主轴转速较低时修整棒对金刚石砂轮的修整效 率较高;(2)修整棒进给速度与修整效率呈非线性关 系;(3)改变砂轮参数对砂轮修整效率的影响很小. 参考文献 1袁哲俊,王先逵.精密和超精密加工技术.机械工业出版 社,1999 2李伯民,赵波等.《实用磨削技术》.机械工业出版社,1996 第一作者:况喜梅,在读硕士研究生,北京理工大学机械 与车辆学院,100081,北京市 3.试验在CA6140普通车床上进行. 表1刀具工作时的几何角度 角后角副后角主偏角副偏角刃倾角尖圆弧半径 口0口0TT lI”z 3o3o9003507o10.8rran 表2工件材料的化学成份(%) ClMnlsilSlPlCrlMo 0.4510.66J0.25J0.01210.017l1.0610.I8 表3工件材料的机械性能 屈服强度N/ITl抗拉强度N/ITl伸长率%l收缩率%瞳度HRC 1050I920f16.0f62I30 (2)试验方法 试验采用单因素法,每次切削试验时分别改变 切削速度,进给量,切削深度,用KISTLER三向测力 仪采集,测量每次试验时的三向切削力Fx,Fy,Fz(如 图1);用PC386微机扩展槽中PCL一818L板把切削 中产生的模拟电压信号采集转化成数字信号输入计 算机,再通过计算机显示,保存,处理,得到不同切削 条件下的切削力数据文件及三向切削力的各个平均 值.每一种试验均做三次,以保证数据的可靠性. 在切削过程中,采用JCL820o74工具显微镜对刀具 的磨损进行观察并分析不同刀具不同的磨损形貌. 图1切削合力和三向切削力方向示意图 3试验结果与分析 由切削试验可知,当切削条件为口=0.8mm,.厂 =O.3nma/r,t7=135m/min时,ZP25,TiCN涂层和TiN 涂层三种刀具的主切削力分别为742.4N,654N, 644.7N,单位切削力分别是3093.36N/Il,2726.51 N/rI蚰2,2686.41N/-l蚰2(单位切削力是指单位面积上 的主切削力),可见涂层硬质合金刀具的切削力明显 低于未涂层刀具.国外研究人员的试验结果也得出 涂层硬质合金刀具与未涂层硬质合金刀具相比具有 较小的切削力【4J.涂层硬质合金刀具的切削力比硬 质合金的切削力小,主要原因是涂层刀具的涂层材 料与工件材料的摩擦系数比硬质合金与工件材料的 摩擦系数要小,这可以从下列推导中得到证明. 工具技术 根据麦钱特的切削力学模型,刀具前刀面上作 用着摩擦力与法向力,其合力为F;在切削剪 切面上作用着剪切力F.及法向力F;F.和F二 力与平衡(如图2所示).由图2可得 Fx =re(g-to)(1) 图2麦钱特切削力学模型 在本试验中已知刀具前角y0,再通过三向测力 仪测得和Fz,则可利用式(1)比较三种刀具摩擦 角卢的大小.试验中求得F和Fz比值的平均值: 硬质合金刀具为0.48,TiCN涂层刀具为0.40,TiN 涂层硬质合金刀具为0.34,根据式(1),三种刀具与 工件的摩擦角由大到小依次是硬质合金刀具,TiCN 涂层刀具,TiN涂层刀具.这与试验中测定的材料 摩擦系数是相同的【3J.由李和谢弗(LeeandShaffer) 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 ,有 ,5+=号(2) 由于式(2)中刀具前角y0是一定值,由式(2) 知,当刀具摩擦角变小时,剪切角就变大.根 据以上讨论,可以得出三种刀具在切削时的剪切角 由大到小依次是:TiN涂层刀具,TiCN涂层刀具,硬 质合金刀具.对于同一种材料来说,其剪切强度r 是一定值,因此剪切角大,剪切面反而小,所需切削 力就小. 采用单因素法进行切削试验并对试验中测得的 切削力数据做进一步地处理,得到采用不同切削参 数时刀具切削力的变化曲线(见图3,图4,图5).从 图3图5中可以看出:在切削加工中,涂层硬质合 金刀具的切削力随进给量,,切削深度口及切削速 度的变化规律与未涂层硬质合金刀具切削力的变 化趋势基本相同,即随着进给量切削深度口.的 增加,切削力增大;随着切削速度的增加,切削力降 低.分析其原因,是由于当进给量.厂和切削深度口. 增加时,切削面积相应增加,因此总的切削力增加; 而随着切削速度的增加,切削温度增高,摩擦系数 减小,剪切角增大,由中山一雄切削力理论可推导出 2OO3年第37卷No7 三向切削力减小[2I. 口I,/mm 图3三种刀具的切削力随切削深度变化的对比 0O0.150.200.250.300.350.400.45 ,mmr.’ 图4三种刀具的切削力随进给量变化的对比 图5三种刀具的切削力随速度变化的对比 由图3图5还可以看出,无论在何种切削条 件下,涂层硬质合金刀具的切削力都低于未涂层硬 质合金刀具的切削力,证明涂层硬质合金刀具在切 削中所需切削力比未涂层硬质合金刀具在切削中所 需切削力小. 4结论 切削试验证明:在切削加工过程中,应用物理气 相沉积涂层技术(PVD)的硬质合金刀具的切削力随 进给量厂,切削深度n切削速度t,的变化规律与未 涂层硬质合金刀具切削力的变化规律是相同的,但 涂层硬质合金刀具的切削力明显小于未涂层硬质合 金刀具的切削力;根据切削试验的结果,牌号为 ZP25的硬质合金刀具和以ZP25为基体,分别采用 PVD方法涂复TiN和TiCN涂层的硬质合金刀具的 三向切削力按大小排序依次为:F>FT~CN>F竹N, 其主要原因在于这三种刀具材料与工件材料之间的 摩擦系数不同. 参考文献 35 1刘培德等.切削力新篇.大连理工大学出版社,1991 2中山一雄着.金属切削加工理论.机械工业出版社,1985 3李鹏兴,林行方主编.表面 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 .上海交通大学出版社, 1989 4JAudy,KNStratford,CSubramanian.Theefficiencyofun. coatedandcoatedtoolsyste~inthem8clliIlingoflowcadxm steelassessedthroughcuttingforcemeasurexaents.Surfaceand C0a吐rTechnology,1995(76—77):706—711 5JKopac.Influenceofc咄materialandcoatingOiltoolquery andtoollife.JoumalofMaterialsprocessingTechnology,78 (1998)95—103 6VCVenkatesh,CTYe.PerformanceStudiesofUncoated, CVD-CoatedandPVI~CoatedCarbidesinTurningand. ukllsoftheCIRP,1991(1):.545—550 7PangSiqin.FailmemechanismofCvDcoatedCarbidetools. JournalofBeij~In~tuteofTechnology,1997,(1):67—71 第一作者:奚维斌,中国科学院等离子物理研究所, 230031合肥市1126号信箱超导电工中心 我国汽车产业迅速崛起 国家统计局日前发布的最新统计 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 显示,今年第一季 度,汽车制造业的销售收入超过纺织业和电气机械及器材制 造业,位居通讯设备,计算机及其它电子设备制造业,电力,黑 色冶金和化工行业之后,首次成为我国工业第五大支柱产业. 报告显示.汽车产业对经济增长的贡献明显提高.从 1999年开始,汽车工业的增长速度一直高于整个工业增长速 度,2OO2年的增长率更是超过工业增长26个百分点.今年 一 季度,国家统计局公布的我国工业增长率为17.2%,而汽 车业增长率已经攀到了54.7%. 2O0O年,汽车制造业销售收入占工业的比重为3.9%, 之后两年提升迅速,到今年一季度已经达到6.2%.从行业 利润总额来看,汽车制造业利润总额占工业利润总额的比重 上升趋势十分明显:2OOO年底是3.9%,去年达到7.8%,最 近几个月,所占的比重更是创纪录地突破了10%.汽车制 造业无疑是近几年工业行业中利润增长最快的行业. 我国汽车制造业的迅速崛起,不仅使自身在国民经济发 展中完成了从”配角”到”主角”的转变,同时也为中国确立了 世界汽车制造大国的地位.从全球汽车产量排名表看,20OO 年的世界10大产车国分别是美国,日本,德国,法国,韩国, 西班牙,加拿大,意大利,巴西和墨西哥,中国在第11位.在 后来的两年中,我国汽车产量超过意大利,巴西,墨西哥,韩 国,西班牙和加拿大等6个国家,一举跃居世界第5.预计今 年更将超过法国,成为世界上第4大汽车生产国.国家统计 局还大胆预测:到2OO5年,中国汽车产量将超过德国,成为 全球第3大汽车制造国.