简论刀具涂层技术课程论文毕业论文版论文范文

简论刀具涂层技术课程论文毕业论文版论文范文 实验表明,干式切削理想的条件应该是在高速切削条件下进行,这样可以减少传到工件!刀具和机床上的热量。 经过大量的研究,高速钢和硬质合金经过PVD!CVD涂层处理后也可以用于干切削,且成本较立方氮化硼(CBN)!聚晶金刚石(PCD)!超细晶粒硬质合金等超硬材料要低。 实验表明,在加工铝硅合金和淬火钢中,涂层刀具与未涂层刀具相比寿命有大幅度提高。 关键词:涂层材料；涂层刀具；切削性能；刀具寿命-1-刀具涂层技术理论研究AbstractMachinery manufacturing,one of the mostimportant ponentsof manufacturing,bears themission toprovide machineriesand equipmentsfor eachdepartment of the nationaleconomy.The paceof modernizationof ourcountry dependsmainly onthe developmentof machinerymanufacturing industry.Therefore,from thissense,the machinerymanufacturing industry15related tothe developmentofthecountry.Among theaterial Removalprocessing hasbeen ovalprocessing canbe dividedinto cuttingprocessing andsome specialprocessing.Cutting processing,aterial fromthe uchhigher thanthe ainmaterial utilizedin theproduction ofcutting toolsis high-speed steelan345678910简论刀具涂层技术课程论文毕业论文版论文范文导读arresistance,thermalshockandanti-caking.NoaterialssuchasCubeBoronNitride(CBN),polycrystallinediamond(PCD)andultra-finegrainedcementcarbidehavebeenachining process.Dry-type processing,high demandingofthematerial oftool,requires materialsto beof highred hardnessand toughnessof hot,good alshock andanti-caking.Noaterials such as Cube Boron Nitride(CBN),polycrystalline diamond(PCD)and ultra-fine grainedcement carbidehave beenWidely used in dry cutting.The exp345678910简论刀具涂层技术课程论文毕业论文版论文范文导读定性等材料越来越多,它们的加工难度较大,虽然可以使用硬质合金涂层!金刚石!立方氮化硼和陶瓷等刀具加工,但这些刀具12345678910erimental resultsshoachine tools.Many studiesreveal thathigh-speeds teeland cemented carbide coatedby PVD,CVD canalso beusedindrycutting,and aremuch cheaperthan super-hard materialssuchasCubeBoronNitride(CBN),polycrystalline diamond(PCD)and ultra-fine grainedcementedcarbide.The experimental,results shoethan Theuncoated one.In thispaper fromthe cuttingexperiment aterial；coated tool；tool lifetime；cutting performance-2-刀具涂层技术理论研究前言我们知道,刀具表面徐层是提高刀具寿命的一项有效手段,因为刀具表面涂层不仅可以提高刀具的表面硬度,增强其耐磨性,而且可以减小刀具表面摩擦系数,增加润滑能力,提高切削速度,减少换刀次数,改善被加工零件的精度及表面光洁度,提高产品质量,提高生产效率。 工业发达国家的涂层刀具占使用刀具的80%以上,而我国不及20%,因此涂层刀具在我国广泛使用具有重大意义.目前,国内镀膜工艺尚不完善、也不太稳定,因而极大地限制了它的实际应用。 我们从多弧离子镀技术工艺的角度,对刀具涂层质量的因素进行了研究,发现影响【1】刀具涂层质量的因素主要是刀具温度、涂层组分、涂层厚度等。 随着制造业的发展,采用高强度!高硬度!高耐磨性!高耐热性和高化学稳定性等材料越来越多,它们的加工难度较大,虽然可以使用硬质合金涂层!金刚石!立方氮化硼和陶瓷等刀具加工,但这些刀具345678910简论刀具涂层技术课程论文毕业论文版论文范文导读究己有十数年的历史,目前己有的研究表明,采用涂层刀具进行加工,不仅可以满足零件的加工质量要求,而且可以实现绿色加工,在世界各国越来越重视环保的今天,相信涂层刀具的应用前景十分广阔。 -3-刀具涂层技术理论研究1研究意义刀具表面涂层技术是应市场需求发展起来的一种优质表面改性技术。 由于该项技术可使切削刀具价格昂贵,又不抗冲击,所以一般工厂采用不多。 淬火钢的硬度一般在45HRC以上,材料硬度高!塑性变形性差!切削阻力大!切削温度高,加工刀具容易磨损,切削很困难；高硅铝合金具有较高的高温强度!良好的热稳定性和高的耐磨性,是一种理想的耐磨材料,近年来高硅铝合金在汽车!摩托车!军工及航天等领域得到了广泛的应用。 因此,探讨这些难加工材料的切削加工性能选择合适的刀具材料十分必要。 本文应用试验的方法,通过不同涂层材料的刀具进行切削加工,在保证加工质量的前提下,寻求切削加工的最佳参数。 目前,金刚石涂层刀具多选用钨钻类硬质合金(wc-co)或氮化硅(SiN)等陶瓷材料作基体。 硬质合金基体的不足之处在于基体中作为粘结相的CO具有催石墨化的作用,对金刚石涂层的质量及涂层与基体之间的附着力有不利影响。 以WC-CO硬质合金为基体的金刚石涂层刀具是当前研究和发展的主要方向。 国内外对涂层刀具的研究己有十数年的历史,目前己有的研究表明,采用涂层刀具进行加工,不仅可以满足零件的加工质量要求,而且可以实现绿色加工,在世界各国越来越重视环保的今天,相信涂层刀具的应用前景十分广阔。 -3-刀具涂层技术理论研究1研究意义刀具表面涂层技术是应市场需求发展起来的一种优质表面改性技术。 由于该项技术可使切削刀具获得优良的综合机械性能,从而大幅度提高机械加工效率及刀具使用寿命,因此该项技术已成为满足现代机械加工高效率!高精度!高可靠性要求的关键技术之一。 世界各国都【2】【3】十分注重涂层技术的发展。 刀具表面涂层应具有足够的化学稳定性能!热硬度和与基体较强的粘结性能,优化的涂层厚度!细的显微结构及残余压应力可以进一步提高涂层性能。 涂层材料化学惰性的标准是它的形成标准,即自由能的负数很高或在一定切削温度下,它在工件材料的溶解度很低。 在一定切削温度下,只要硬涂层比基体的硬度高,就有助于增强抗磨粒磨损。 虽然切削主要由化学磨损所控制,但由于高的涂层硬度会使刀具前面在较高的温度下,其抗月牙洼磨损性能得到增强。 涂层方法及过程参数影响硬涂层的显微结构,反之,显微结构(如颗粒尺寸!颗粒结构!颗粒边界和相边界)又影响硬涂层的力学性能和金属切削性能。 为了获得满意的切削能,刀具涂层与基体的粘结必须牢固；为了达到最大的金属切除率,涂层的厚度必须是最优化的:太薄,在切削时保持的时间太短；太厚,它的作用就好象是整体的材料,失去了与基体组合的优越性4。 刀具表面涂层的目的是延缓磨损,提高刀具寿命,因此研究刀具在切削过程中的磨损机56理是刀具表面改性的前提条件。 刀具磨损可概括为以下几个方面。 1.1粘结磨损粘结是指刀具与工件材料接触到原子间的距离时所产生的结合现象。 它是在足够大的压345678910简论刀具涂层技术课程论文毕业论文版论文范文导读9Lm,因此到八十年代中后期,美国已有85%的硬质合金工具采用了表面涂层处理,其中CVD涂层占到99%；到九十年代中期,CVD涂层硬质合金刀片在涂层硬质12345678910力和温度作用下,产生塑性变形而发生所谓的冷焊现象,是摩擦面塑性变形所形成的表面原子间吸附力所造成的结果。 两摩擦表面的粘结点因相对运动,晶粒或晶粒群受剪或受拉而被对方带走是造成粘结磨损的原因。 粘结磨损在两材料的接触面上,不论在软材料一边还是硬材料一边,都可能发生。 同时,刀具材料往往有组织不均!存在内应力!微裂纹以及空隙!局部软点等缺陷,所以刀具表面也常常发生破裂而被工件材料带走形成粘结磨损。 1.2氧化磨损在高速切削过程中,当切削区的温度比较高时,气体介质靠相互间的化学作用力渗入刀具和工件材料的摩擦表面,于是摩擦表面形成的氧化膜也可能在接触区形成裂纹和缩孔。 如果氧化膜与刀具和工件表面的结合强度低,那么氧化膜就很快为摩擦所破坏,然后重新形成。 这样就建立了一个氧化膜不断破坏又不断重新生成的稳定的动态平衡过程。 当氧化速度超过摩擦面所发生的其他过程速度时,刀具产生的磨损即为氧化磨损。 1.3剥落与崩刃剥落和崩刃是指在刀具的前刀面上或后刀面上剥落一块贝壳状碎片,经常是连切削刃一起剥落。 崩刃是指在切削刃上产生小的缺口。 剥落与崩刃等实际上都是属于刀具的脆性磨损,是一种非正常的磨损。 性质较脆的刀具材料(如陶瓷刀具材料和硬质合金刀具材料)在大多数情况下都会产生这种现象。 特别是在重型切削或有冲击(如断续切削)的情况时,崩刃和破碎更为常见。 1.4扩散磨损-4-刀具涂层技术理论研究扩散磨损是指刀具材料和工件材料在高温下相互扩散而造成刀具的磨损。 例如在很高的切削温度下,硬质合金材料同被切削材料钦合金的接触硬度比很大,这样导致切削力显著减小；但是在高的接触温度下,大的塑性变形使两金属接触十分紧密,促进了刀具和被切削金属间的固体互相溶解。 扩散磨损常常伴有接触表面层中成分的分解,工件材料和刀具材料成分之间的相互扩散。 研究解决这些磨损机理,归根到底就是要研究切削过程中刀具的应力分布和温度分布情况,找出发生磨损的薄弱环节,通过先进的表面工程技术阻止或减缓以上磨损现象的发生,从而达到延长刀具寿命的目的。 2国内外刀具涂层技术的现状刀具涂层技术通常可分为化学气相沉积(CVD)技术和物理气相沉积(PVD)技术两大类,分7别评述如下。 2.1国外CVD技术的发展二十世纪六十年代以来,CVD技术被广泛应用于硬质合金可转位刀具的表面处理。 由于CVD工艺气相沉积所需金属源的制备相对容易,可实现TiN、TiC、Ti、TiBN、TiB 2、Al2O3等单层及多元多层复合涂层的沉积,涂层与基体结合强度较高,薄膜厚度可达7-9Lm,因此到八十年代中后期,美国已有85%的硬质合金工具采用了表面涂层处理,其中CVD涂层占到99%；到九十年代中期,CVD涂层硬质合金刀片在涂层硬质345678910简论刀具涂层技术课程论文毕业论文版论文范文导读合金刀具中仍占80%以上。 尽管CVD涂层具有很好的耐磨性,但CVD工艺亦有其先天缺陷:一是工艺处理温度高,易造成刀具材料抗弯强度下降；二是薄膜内部呈拉应力状态,易导致刀具使用时产生微裂纹；三是CVD工艺排放的废气、废液会造成较大环境污染,与目前大力提倡的绿色制造观念相抵触,因此自九十年代中期以来,高温CVD技术的发展和应用受到一定制约。 MT-CVD涂层刀片适于在高速、高温、大负荷、干式切削条件下使用,其寿命可比普通涂层刀片提高一倍左右。 2.2国外PVD技术的发展PVD技术出现于二十世纪七十年代末,由于其工艺处理温度可控制在500e以下,因此可作为最终处理工艺用于高速钢类刀具的涂层。 由于采用PVD工艺可大幅度提高高速钢刀具的切削性能,所以该技术自八十年代以来得到了迅速推广,至八十年代末,工业发达国家高速钢复杂刀具的PVD涂层比例已超过60%。 PVD技术在高速钢刀具领域的成功应用引起了世界各国制造业的高度重视,人们在竞相开发高性能、高可靠性涂层设备的同时,也对其应用领域的扩展尤其是在硬质合金、陶瓷类刀具中的应用进行了更加深入的研究。 研究结果表明:与CVD工艺相比,PVD工艺处理温度低,在600e以下时对刀具材料的抗弯强度无影响(试验结果见表1)；薄膜内部应力状态为压应力,更适于对硬质合金精密复杂刀具的涂层；PVD工艺对环境无不利影响,符合现代色制造的发展方向。 随着高速切削加工时代的到来,高速钢刀具应用比例逐渐下降、硬质合金刀具和陶瓷刀具应用比例上升已成必然趋势,因此,工业发达国家自九十年代初就开始致力于硬质合金刀具PVD涂层技术的研究,至九十年代中期取得了突破性进展,PVD涂层技术已普遍应用于硬质合金立铣刀、钻头、阶梯钻、油孔钻、铰刀、丝锥、可转位铣刀片、异形刀具、焊接刀具等的涂层处理目前PVD技术不仅提高了薄膜与刀具基体材料的结合强度,涂层成分也由第一代的TiN发展为TiC、Ti、ZrN、CrN、MoS 2、T