可转位刀片上的涂层在控制切削过程中的作用

可转位刀片上的涂层在控制切削过程中的作用

可转位刀片上的涂层在控制切削过程中的作用

摘要

本文使用TiC、TiC/TiN和TiC/Al2O3/TiN三种涂层刀具分别切削中碳钢和奥氏体不锈钢，研究了其切削比压和刀-屑界面温度的不同。通过大量的试验对切削力和接触温度进行了测量。切削温度是通过在工件上嵌入标准热电偶进行测量的。引进2个新参数来比较使用平型和槽型刀片时的刀-屑接触的切削力与切削温度。在高速切削时，最优的涂层结构能使刀-屑接触温度和功率损耗最小。这种测量力和温度的新方法与原来刀-屑接触的方法相比，其区别主要在于它能为槽型刀片的设计提供具体的数据。

关键词：切削比压；界面温度；涂层；钢；车削

1.引言

使用涂层刀具切削加工各种材料，包括难切削材料，表明先进的机加工技术和目前的加工过程对刀具材料的要求越来越高。根据市场数据，目前的现代企业所使用的刀具中，超过40%的为涂层刀具，它们完成了所有机加工任务的80%。在车削加工中，超过80%的可转位刀片为涂层刀片，其所采用的主要的涂装工艺为化学气相沉积（CVD）。常用的CVD涂层材料包括碳化钛（TiC），氮化钛（TiN），氧化铝（Al2O3），及其多层、多组分材料。一些多层涂层的加工利用两种加工技术，比如CVD和物理气相沉积（PVD）。这些牌号的涂层可用来加工大部分材料，包括车削、镗削和铣削时，铸铁、钢、不锈钢以及一些合金的重型粗加工和高速精加工。

Trent认为涂层刀片的优点主要是它在高速车削铸铁或钢时，降低了磨损率，从而2-3倍地延长了刀具寿命。Subramanian 和 Strafford认为利用CVD方法涂覆TiN涂层的刀具和钻头，其寿命会有很大提高（常常超过原有寿命10倍）。市场上超过80%的涂层刀具是TiN涂层刀具，其原因是它可以作为保护层。另外，TiN涂层能实现干式润滑以更好的控制切屑，以及降低切屑在刀刃上的粘着。TiC涂层刀具优于未涂层刀具的原因在于，当切削速度超过时，积屑瘤较小和被加工工件表面粗糙度较好。化学性质不活泼的TiC和Al2O3能减小氧化腐蚀，TiN能降低刀具的摩擦系数。多涂层牌号的刀片能同时具有涂层和各基体的性质。例如，TiN涂覆在TiC/ Al2O3涂层上，显著提高了低速和高速加工时涂层刀具的抗腐蚀能力。

众所周知，难切削材料的耐磨性随着刀尖的温度升高而显著减小。采用干式高速切削时，会产生大量的热。这导致如果发热的切屑和刀片之间没有良好的隔热，例如没有