TiN、TiAlN涂层刀具的切削性能对比研究

摘要

传统的切削加工主要以湿式切削为主，切削过程中加入润滑物质（油脂、水或其他有机溶液），润滑物质主要起降低摩擦系数和加快冷却速度，以降低切削力和切削温度，保证切削顺利进行。切削采用的刀具主要是高速钢和硬质合金刀具，切削效率和切削质量较低，刀具的使用寿命也较低，因此制造业对切削加工刀具提出了更高的要求。涂层刀具的发明对传统切削加工技术是一次关键性的变革，从此改变了传统湿式切削加工技术，涂层刀具的出现带来了干式切削加工技术，同时也提高了切削精度，提高了切削效率。为了更好的指导刀具在切削加工领域中的应用，提高刀具的使用效率，本文主要研究内容:(1)采用304不锈钢球与TiN、TiAlN涂层进行了摩擦磨损试验，测量其摩擦系数，观察其磨损形态。(2)采用电弧离子镀技术在YT15、YG6硬质刀具上制备TiN、TiAlN涂层。(3)采用YT15硬质合金刀具、YT15-TiN和YT15-TiAlN涂层刀具对不同硬度的40Cr钢进行了切削试验，测量其切削力和切削温度。(4)采用YG6硬质合金刀具、YG6-TiN和YG6-TiAlN涂层刀具对304不锈钢进行了切削试验，测量其切削力。(5)分析刀具的磨损形态及磨损情况。通过以上研究表明:
　　 (1)在摩擦参数不变的情况下，随着摩擦距离的不断增加，摩擦系数先减小后增大。
　　 (2)在摩擦参数不变的情况下，随着载荷的不断增加，摩擦系数先快速增加，后来缓慢增加。
　　 (3)摩擦磨损类型主要有:粘着磨损、磨粒磨损和疲劳剥落磨损。
　　 (4)YT15硬质合金刀具的最佳切削速度为96m/min，YT15-TiN涂层刀具的最佳切削速度为114m/min。YT15硬质合金刀具经过涂覆TiN涂层后，提高了其切削速度，同时也提高了使用寿命。
　　 (5)TiAlN涂层刀具更适合在比较苛刻的条件（高温、高速及难加工材料）下进行切削加工。
　　 (6)TiAlN涂层刀具在切削过程中会发生氧化现象，生成的Al2O3膜具有降低切削力的作用，有效的保护基体材料被快速磨损。因此TiAlN涂层有效的提高了刀具的使用寿命。
　　 (7)YG6-TiN涂层刀具可以提高YG6硬质合金的切削速度，同时也提高了切削加工效率。
　　 (8)在切削过程中，TiAlN涂层比TiN涂层对刀具的切削效率和使用寿命提高得更加明显。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 涂层刀具研究

1.2.1 涂层刀具的种类

1.2.2 涂层刀具的特点

1.2.3 涂层刀具的制备方法

1.2.4 常用涂层及性能

1.2.5 涂层刀具的应用及磨损机理

1.3 TiN、TiAIN涂层研究现状

1.3.1 TiN、TiAIN涂层的制备方法

1.3.2 TiN、TiAIN涂层的应用

1.4 本课题研究的目的和主要内容

1.4.1 研究目的

1.4.2 研究内容

第二章 试验材料、设备及试验方法

2.1 涂层刀具的制备工艺

2.2 涂层刀具的性能测试方法

2.2.1 维氏硬度的测量

2.2.2 涂层厚度测量

2.2.3 切削力检测

2.2.4 切削温度检测

2.2.5 摩擦磨损试验机

2.2.6 YT15、TiN和TiAIN涂层刀具样品

2.3 研究方案

第三章 TiN、TiAIN涂层材料的摩擦磨损特性研究

3.1 摩擦磨损试验方法

3.2 TiN涂层材料的摩擦磨损特性研究

3.2.1 摩擦距离对TiN涂层摩擦磨损特性的影响

3.2.2 载荷对TiN涂层的摩擦磨损特性的影响

3.3 TiAIN涂层材料的摩擦磨损特性研究

3.3.1 摩擦距离对TiAIN涂层摩擦磨损特性的影响

3.3.2 载荷对TiAIN涂层的摩擦磨损特性的影响

3.4 磨痕扫描电镜观察及EDS分析

3.4.1 TiN涂层磨损表面分析

3.4.2 TiAIN涂层磨损表面及EDS分析

第四章 TiN、TiAIN涂层刀具对40Cr的切削性能研究

4.1 40Cr热处理

4.1.1 热处理工艺参数计算

4.2 切削工艺参数

4.3 TiN涂层刀具的切削性能

4.3.1 YT15刀具与YT15-TiN涂层刀具切削低硬度40Cr钢

4.3.2 YT15刀具与YT15-TiN涂层刀具切削中硬度40Cr钢

4.4 TiAIN涂层刀具切削性能

4.4.1 YT15刀具与YT15-TiAIN涂层刀具切削低硬度40Cr钢

4.4.2 YT15刀具与YT15-TiAIN涂层刀具切削中硬度40Cr钢

4.4.3 YT15刀具与YT15-TiAIN涂层刀具切削高硬度40Cr钢

4.5 刀具表面观察与分析

第五章 TiN、TiAIN涂层刀具对304不锈钢的切削性能研究

5.1 YG6、YG6-TiN刀具切削304不锈钢

5.1.1 切削速度对YG6、YG6-TiN刀具切削304不锈钢切削力的影响

5.1.2 进给量对YG6、YG6-TiN刀具切削304不锈钢切削力的影响

5.1.3 背吃刀量对YG6、YG6-TiN刀具切削304不锈钢切削力的影响

5.2 YG6、YG6-TiAIN刀具切削304不锈钢

5.2.1 切削速度对YG6、YG6-TiAIN刀具切削304不锈钢切削力的影响

5.2.2 进给量对YG6、YG6-TiAIN刀具切削304不锈钢切削力的影响

5.2.3 背吃刀量对YG6、YG6-TiAIN刀具切削304不锈钢切削力的影响

5.3 刀具表面观察与分析

第六章 结论

参考文献

致谢

硕士期间发表的论文