高速切削刀具物理气相沉积涂层研究进展

涂层刀具是利用气相沉积方法在高强度的硬质合金或高速钢(HSS)基体表面涂覆几个微米的高硬度、高耐磨性的难熔金属或非金属化合物涂层而获得的,涂层刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、耐热耐氧化和摩擦系数小等特性.涂层材料作为化学屏障和热屏障,减少了刀具与工件间的扩散和化学反应,减少了月牙洼磨损,提高了涂层刀具使用寿命和切削效率.高性能涂层刀具已成为现代刀具的标志,目前发达国家涂层刀具在刀具中所占比例已超过80％,并不断上升.     

PVD涂层刀具铣削GH4169高温合金薄壁件性能对比

为解决高温合金薄壁件加工时颤振大和磨损大的问题,研究了不同成分体系涂层对铣削刀具的影响。采用电弧离子镀的方法在硬质合金刀具表面沉积了AlTiN/TiAlN、AlCrN/TiAlN和Ti SiN/TiAlN 3种双层涂层。采用扫描电子显微镜、纳米压痕仪与微米划痕仪表征了3种涂层的表面形貌与力学性能,在高性能铣床进行了涂层刀具的铣削试验,采集了刀具后刀面磨损照片与对应切削力,分析了不同涂层在铣削时的性能表现。研究表明,TiSiN/TiAlN涂层具有最高的硬度与耐磨因子,在铣削24 m后,后刀面磨损最小,但涂层表层易与高温合金发生黏结;AlCrN/Ti AlN涂层硬度与耐磨因子稍低,铣削24 m后,刀具接近失效,但与高温合金黏结并不严重;AlTiN/TiAlN涂层硬度与耐磨因子最小,铣削后磨损最严重,铣削12 m时刀具已经失效,但涂层与高温合金黏结最为轻微。因此,使用硬度与耐磨因子较大的涂层能够有效减小刀具铣削高温合金时的磨损,进而提高刀具寿命。     

不同材质刀具在7075铝合金高速铣削中的磨损研究

为了研究7075铝合金高速铣削中不同材质刀具的磨损与选用,采用化学气相沉积法（（CVD）制备微米（MCD）/纳米（NCD）金刚石涂层刀具,利用场发射扫描电镜观察膜层的表面形貌,结合拉曼谱仪分析CVD金刚石涂层刀具薄膜的结构和成分;分别采用同规格尺寸的硬质合金刀具、MCD涂层刀具在无润滑干切条件下,进行粗加工高速铣削试验,观测两种刀具在加工一定距离后的磨损状况;分别采用同规格尺寸的硬质合金刀具、MCD涂层刀具、NCD涂层刀具在无润滑干切条件下,进行精加工高速铣削试验,观测和分析工件精加工铣削后的表面粗糙度值。结果表明：在大切深高速粗加工铣削7075铝合金时,MCD涂层刀具的寿命为硬质合金刀具的3倍;在小切削深度大进给的高速精加工7075铝合金中,三种刀具铣削后的工件表面粗糙度平均值分别为0.981、1.122和0.960μm,NCD涂层刀具的加工效果要优于MCD涂层刀具;同时通过同一材质刀具的粗、精加工试验对比,发现同规格尺寸的刀具在小切深大进给高速精加工中的寿命是大切深大进给高速粗加工寿命的10倍。这说明7075铝合金的粗加工铣削优选MCD涂层刀具,精加工铣削优选NCD涂层刀具。     

WS_2/Zr软涂层微纳织构陶瓷刀具的制备及其切削性能

<正>本文针对目前表面织构刀具及陶瓷刀具的研究现状,提出将微纳米织构与软涂层结合并应用于陶瓷刀具表面,制备出新型的软涂层微纳织构陶瓷刀具,并通过切削实验研究了软涂层与微纳织构对陶瓷刀具切削性能的影响,为进一步提高陶瓷刀具切削性能提供了一种新的设计思路。     

基于微量润滑的钛合金高速切削涂层刀具磨损机理

使用TiAlN-F、AlTiN-ML和(nc-AlTiN)/(a-Si_3N_4)3种硬质合金涂层刀具,分别在干切削和微量润滑(MQL)条件下高速切削TC4钛合金,对比刀具寿命,分析刀具磨损形态和失效形式,研究刀具磨损机理。试验结果表明,在干切削条件下,不同涂层对刀具寿命影响不大。在微量润滑(MQL)条件下,涂层材料显著减缓刀具磨损,提高刀具寿命,其中(nc-AlTiN)/(a-Si_3N_4)涂层性能最优。在高速切削TC4钛合金时,粘结磨损、氧化磨损、扩散磨损、磨料磨损相互作用,磨损机理较为复杂,刀具失效形式主要为崩刃、涂层剥落和磨钝。     

CVD金刚石涂层切割刀具的重复利用

由于化学气相沉积 (ＣＶＤ)形成的膜较薄 ,如果金刚石涂层刀具有少量粘接或基材表面损坏 ,应中止切削。因此 ,正在研究ＣＶＤ金刚石涂层切割刀具的重复利用技术 ,即从刀具上完全取下旧薄膜 ,在去除涂层的表面涂上新薄膜 ,然后进行了切割耐久试验 ,并进行了比较。通过切削试验证     

用超细晶粒硬质合金刀具车削硬质合金喷涂层

对于钨钴类硬质合金喷涂层,因其本身就是金属切削刀具材料的主要组成部分,难以进行切削加工。本文在一系列切削试验的基础上,对切削硬质合金喷涂层的刀具材料、切削用量及刀具几何参数进行了初步选择,积累了一些加工经验,初步解决了生产中的实际问题。     

TiAlN涂层刀具高速铣削GH4169刀具磨损形貌及机理分析

针对难加工镍基高温合金GH4169切削过程中刀具磨损严重、加工效率低下、成本高等问题,使用新型PVD-TiAlN涂层硬质合金刀具高速铣削GH4169,获得了刀具的磨损形貌.采用电子扫描显微镜(SEM)观测了刀具的磨损形貌,通过能谱分析仪(EDS)分析了磨损刀具表面的元素分布,并对刀具的主要磨损机理进行了分析.结果表明:TiAlN涂层刀具高速铣削GH4169时,刀具的磨损形态主要表现为微崩刃、微裂纹和剥落,刀具的磨损机理主要为粘结磨损、氧化磨损和扩散磨损.     

信心铸就梦想创新赢得市场——访深圳中天超硬刀具有限公司总经理刘旻

近年来,复合材料在军民用飞行器上的用量正大幅提升,如何提高复合材料的切削性能是亟待解决的问题.深圳中天超硬刀具有限公司的总经理刘昱告诉记者,对于航空用刀具的研制,企业一方面从刀具材料入手,广泛了解世界各大供应商最新的材料情况;一方面从刀具的设计入手,优化刀具对不同材料的切削参数,提供最优切削性能:一方面掌握国内外最新的涂层工艺,选择适合的涂层方法和涂层材料.     

TiAlN涂层刀具高速铣削GH4169刀具耐用度研究

针对难加工镍基高温合金材料GH4169实际切削过程中的加工效率低下、刀具磨损严重、加工表面质量差等问题,本文采用正交试验法,使用新型PVD-TiAlN涂层硬质合金刀具进行高温合金GH4169的高速铣削试验。研究了TiAlN涂层刀具高速铣削GH4169过程中的刀具耐用度和由于刀具磨损引起的试件表面粗糙度的变化规律;建立了高温合金GH4169的刀具寿命经验公式和刀具磨损与试件表面粗糙度之间的变化规律曲线。结果表明:高温合金GH4169高速铣削过程中,切削速度对刀具寿命的影响非常明显,进给量及切削深度的影响较小;TiAlN涂层硬质合金刀片的耐用度随着切削速度的增大而减小;试件的表面粗糙度值随着刀具的磨损总体上呈现增加的趋势。     

微纳织构涂层刀具研究进展

<正>国内外相关研究学者采用电火花、光刻、激光等织构加工技术与气相沉积等涂层制备技术,在硬质合金、高速钢等刀具上制备了尺寸从微米级到纳米级的多种表面织构以及各种软、硬涂层,研究了其切削加工钢、铝合金、钛合金等工件材料的切削性能。结果表明,织构涂层刀具在改善涂层性能、刀-屑接触面摩擦润滑状态、降低切削力和切削温度、延缓刀具磨损等方面具有显著的效果。     

离子淀积可提高表面粗糙度等级

离子淀积可提高表面粗糙度等级在切削刀具上采取等离子体辅助的离子强制淀积（ＩＡＤ）技术，可以得到更均匀的、较好粘附力和极光滑表面的ＴｉＮ涂层。与ＰＶＤ（物理气相渡积）涂层比较，用ＩＡＤ技术所获涂层显著地降低刀具的摩擦，即减少刀具的磨损．这就排除了ＰＶＤ...     

从第十二届模展看刀具发展趋势

2008年5月在上海举办的第12届国际模具展汇集了国内外众多著名刀具公司参展,展品包括新的刀具材料牌号、新型的刀具结构、刀具表面涂层技术和装备、工具系统及刀具装夹技术等,这些产品和技术代表了刀具工业发展的先进水平和刀具切削技术的发展趋势。     

涂层刀具铣削加工300M钢的刀具磨损试验研究

建立了一套便携式的在线刀具磨损图像检测装置及相应的计算程序,利用该装置观察到了涂层硬质合金刀具加工300M高强度钢过程的定性磨损规律,并确定了刀具磨损量的测量方法。     

未来刀具

刀具技术在航空制造等领域进入了以发展高速切削、开发新的切削工艺和加工方法、提供成套技术为特征的新阶段。不断寻求开发新型刀具材料、优化刀具结构设计、研究刀具涂层技术以及先进切削润滑冷却工艺成为迫切要求。     

山特维克可乐满打造新颖独特的刀片涂层

挑战:如何让钢件车削的稳定性能更上一层楼,以及在切削参数更高的情况下提高可预测性、增强安全性并延长刀具寿命. 解决方案:通过创新刀片涂层技术与刀片制造工艺,开发新一代涂层硬质合金刀片牌号. 刀片涂层的主要目的是增强刀片耐磨性并延长刀具寿命.原则上讲,在刀片基体上涂覆合适的多层涂层后,高机械强度刀片的耐用性可大大提高,并有可能实现更高的切削参数.1970年,首个化学气相沉积(CVD)涂层牌号的出现标志着刀片涂层的问世,之后刀片涂层经历了突飞猛进的发展.如今,针对ISO P25这一应用范围的第7代钢件车削刀片为生产效率树立了新标准.新涂层硬质合金牌号的刀具材料具有前所未有的卓越性能,为生产效率的进一步提升开辟了道路.     

复合涂层刀具钻削高温合金Inconel 718钻削性能研究

高温合金Inconel 718是一种典型的难加工材料,本文利用DEFORM-3D软件对无涂层、TiC单涂层和TiC/Al₂O₃复合涂层硬质合金刀具进行钻削高温合金Inconel 718的仿真分析,研究在不同钻削条件下复合涂层刀具的切削性能,并进行钻削实验进行验证。结果表明：TiC/Al₂O₃复合涂层刀具能有效降低钻削轴向力和钻削温度,其轴向力降低幅度最高为20%,钻削温度最高降低了35%。通过钻削实验验证了仿真模型的准确性,可为实际钻削加工高温镍基合金Inconel 718中选择涂层种类及钻削参数提供参考。     

电弧-磁控复合沉积TiSiN涂层及其切削性能研究

"硬涂层"是在韧性较好的基体上,如高速钢、硬质合金等涂覆一层或多层高硬度、高耐磨性的薄膜,实现里韧外硬,大大提高了刀具的寿命,扩展了使用范围.但随着切削速度的提高、绿色干切削技术的发展以及难加工材料的广泛应用,刀具所处的切削环境越来越恶劣,如剧烈的摩擦、极高的温度等,诸如TiN、ZrN等二元涂层越来越无法满足市场要求,对刀具涂层材料提出了更高的要求.因此,三元和多元涂层得到广泛研究,并取得了很大成功,如TiAlN、TiZrN、CrAlN等[1-3].     

刀具涂层技术的新进展

涂层刀具的出现,使刀具切削性能有了重大突破,它将刀具基体与硬质薄膜表层相结合,由于基体保持了良好的韧性和较高的强度,而硬质薄膜表层又具有高耐磨性和低摩擦系数,从而使刀具的性能得到大大提高.     

复杂槽型刀片车削时表面残余应力有限元仿真与试验

针对复杂槽型车刀片对残余应力分布的影响进行有限元仿真,得到前角及涂层对残余应力的影响规律;通过切削试验分析了切削参数和刀具参数对切削力和切削温度的影响作用,进而研究了槽型和涂层对残余应力的影响规律.研究结果表明:涂层刀具减少了已加工表面的残余拉应力;轴向和切向残余应力是拉应力,且切向残余应力大于轴向残余应力.