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《上海交通大学》 2008年
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涂层刀具切削性能评价及其实验研究

薛锴  
【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。
【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

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【引证文献】
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