抛光涂层硬质合金刀片加工钛合金的切削性能试验研究

摘要

钛合金具有耐高温、耐腐蚀、耐冲击等优异的性能，在航空航天、汽车和船舶等领域得到广泛应用。钛合金同时具有导热系数小，高温化学活性高，弹性模量低，摩擦系数大等特性，易导致其加工性能差，属典型难加工材料。涂层硬质合金刀片具有高硬度、高耐磨性和良好的化学稳定性等优点，是目前加工钛合金的主流刀具。涂层硬质合金刀片基体主要采用磨削工艺加工，而磨削加工导致硬质合金刀片基体表面存在变质层、不规则磨粒划痕及残余应力等缺陷，这些缺陷都极大地降低了涂层硬质合金刀片的切削性能和使用寿命。鉴于化学机械抛光（CMP）具有加工表面质量好、无表面/亚表面损伤、表面缺陷密度低、材料去除率高、成本低等优点，因此，CMP是未来硬质合金刀片实现精密和超精密加工的重要方法，围绕化学机械抛光硬质合金刀片的切削性能研究具有重要的工程应用价值和理论指导意义。为此，本文以磨削加工的硬质合金 YG8刀片为研究对象，首先对其表面进行化学机械抛光预处理，然后分别用PVD与CVD方法制备涂层硬质合金刀片，并通过车削钛合金的对比试验，探究切削参数对切削力和刀片耐用度的影响规律，借助测力仪、超景深显微镜、扫描电子显微镜和能谱仪等手段对抛光涂层硬质合金刀片的切削性能进行对比分析。具体工作开展如下：
　　1）YG8硬质合金刀片基体前刀面抛光预处理。采用多工序工艺流程，分别对刀片进行了粗抛、半精抛和精抛处理，并采用超景深显微镜对硬质合金刀片表面形貌进行了观测。
　　2）抛光涂层硬质合金刀片的制备。分别采用CVD、PVD涂层工艺对抛光和磨削的硬质合金刀片基体进行涂层，为后续的切削试验奠定基础。
　　3）抛光涂层硬质合金刀片加工钛合金的切削力试验研究。采用正交试验法，通过车削TC4钛合金试验，揭示了不同切削参数对硬质合金刀片切削力的影响规律。
　　4）抛光涂层硬质合金刀片加工钛合金的刀片耐用度试验研究。采用单因素试验法，通过车削 TC4钛合金试验，并采用超景深显微镜、场发射扫描电子显微镜（SEM）及能谱分析仪(EDS)等设备，揭示了不同切削参数对硬质合金刀片耐用度的影响规律，并对刀片磨损机理进行了分析。
　　综上，本文的研究为进一步提高涂层刀片的切削性能和优化刀片涂层工艺提供了科学依据。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状分析

1.3 研究目标和主要内容

第2章 涂层硬质合金刀片的制备

2.1 引言

2.2 涂层硬质合金刀片基体的化学机械抛光预处理

2.3 涂层硬质合金刀片制备

2.4 小结

第3章 抛光涂层硬质合金刀片切削力试验

3.1 引言

3.2 切削力试验设计

3.3 切削参数对切削力的影响分析

3.4 切削力的回归分析

3.5 小结

第4章 抛光涂层硬质合金刀片耐用度试验研究

4.1 引言

4.2 刀片耐用度试验设计

4.3 刀片磨损形貌及磨损机理分析

4.4 小结

结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果