多元氮化物涂层的制备及其高速干铣削性能研究

【摘要】随着社会和科技的发展,难加工材料在先进制造技术、石油化工、航天技术以及核电技术的应用也越来越广泛。对加工难加工材料的先进机械设备和切削刀具提出了很高的性能要求。淬硬钢具有很高的强度和硬度,常用于制造各种对硬度和耐磨性要求较高的关键零部件,是典型的难加工材料。对于解决对淬硬钢的加工一直是重要的研究课题。使用高速切削(HSC)淬硬钢的方法相比传统加工方法不仅可以获得更高的效率、而且可以得到更好的表面质量和更低的加工费用。除了在加工工艺上的改进,涂层技术在切削刀具中的应用也起到了至关重要的作用。性能优异的涂层可以显著改善刀具表面性能,提高刀具的切削性能和寿命。本文针对高速铣削淬硬钢对刀具涂层的要求,利用非平衡磁控溅射系统和多弧离子镀系统分别制备了CrTiAlN涂层(磁控溅射)和AlCrN(多弧离子镀)以及AlCrTiSiN(多弧离子镀)多元纳米复合涂层。利用现代材料分析技术对涂层的性能作了基本测定,逐一地分析了涂层与基体结合强度、摩擦系数、涂层硬度、微观形貌的测定和成分分析等基本性能。实验结果表明制备出的涂层有着较高的硬度,良好的结合力,较低的摩擦系数等。在研究刀具的切削性能方面,用已优化的切削实验方案对淬硬钢进行了高速铣削加工。采用直接测量刀具磨损、观察其破损磨损形貌和切削力的方法,研究了涂层硬质合金铣刀在干式高速切削条件下加工不同淬硬钢材料的切削性能及其适应性。将切削测试结果与金属切削理论结合起来,分析了金属切削过程中常见的磨损破损现象,建立了切削摩擦学分析模型及评价刀具磨损失效的方法。结果表明涂层减小了刀具与切屑间的机械应力,并且使切屑更平滑的流出。而且在高速铣削中,涂层有效的减小了刀具磨损,降低切削力,使切削过程更加稳定,加工的尺寸精度和质量也得到了提高。通过对刀刃磨损区域的SEM观察和局部化学成分分析,进一步研究了涂层刀具与未涂层刀具的磨损形貌和磨损规律。结果表明涂层刀具的初期磨损阶段较短,正常磨损阶段明显延长。其主要原因是涂层在一定程度上阻碍了刀具磨损延长了刀具的寿命。涂层铣刀磨损方式主要是后刀面磨损和磨粒磨损,伴随着粘接磨损,氧化磨损以及刀尖和刀刃的破损。
【作者】鲁力；
【导师】王启民；
【作者基本信息】广东工业大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】硬质涂层；淬硬钢；高速铣削加工；切削性能；磨损机理；CrTiAlN；AlCrN；AlCrTiSiN；

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