可转位刀片上的涂层在控制切削过程中的作用(3)

可转位刀片上的涂层在控制切削过程中的作用

显然，刀片和切削条件的设计需要在了解刀-屑的基础上。另外，Jawahir 和Fang以及 Jawahir等认为在不同的切屑槽样式下，切削比压明显不同。这种现象可以从限定接触长度方面来解释。在给定的切削条件下，通过选择合适的切屑槽几何参数可以使额定功率最小。然而，在进给速度和背吃刀量较小的的情况下，切削比压趋近于无穷大。因此，了解涂层降低能耗的作用是非常有意义的，特别是在这种极端的切削条件下。

本文通过单涂层（TiC），复合涂层（TiC/TiN）以及三复合涂层（TiC/Al2O3/TiN）对于切削比压（功率消耗率）、刀-屑接触状态、平均界面温度对涂层系统结构的影响进行了系统性的研究。

3．实验步骤

切削实验是在TUM35D1精密车床上进行的。该车床进给量为0.04到0.4 mm rev-1，主轴转速为28到2514rpm，切削速度可满足实验选择，其可通过转速计进行测量。切削速度可从测量主轴转速和工件的直径来测出。采用的工件长250mm，直径80mm的圆柱体棒料。整个切削实验在没有冷却液以及背吃刀量恒为1mm下进行。在试验中，工件材料为45钢和18/8奥氏体不锈钢（即AISI304或DIN1.4301）。切削温度的计算需要知道工件材料的导热系数和比热容ρc或温度函数，以及刀具导热系数。

表1中列出了与试验有关的热学性能和切削条件的参数。所用的涂层和未涂层刀片为ISO标准刀片TNMA和TNMG，刀片固定在机械刚性刀架PTGNR 2020-16上。使用的刀具几何角度如下：主偏角κr=90°，前角γo=5°，后角αo=5°。

在不同的切削条件下，切削45钢和18/8奥氏体不锈钢，以测量切削比压和切削温度。在每次切削实验中，需要记录切削力和热电势以及测量刀-屑的接触长度。为了测得由顶层涂层和切屑构成的热结产生的热电势，采用了经典的自然热电偶法。为了获取实验信号，实验装备中采用了由信号调理模块，模拟/数字转换器卡，486DX40个人计算机和数据采集软件（SNAP-MASTER）组成的数据采集系统。屑-刀接触区域是指切屑从流向前刀面到在摩擦作用下被去除的那个平面。假定屑-刀接触区域的外边界与刀刃的距离等于原来屑-刀接触长度，其通过光学显微镜是很容易测量的。

在各种切削条件下，切削比压kc可由记录的切削力的平均值通过下式进行估算：

式中，Fc 为切削力，A为切削面积，等于进给速度f与背吃刀量ap的乘积。