涂层硬质合金刀具磨损机理的研究

涂层刀具磨损

2005年第39卷№11

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涂层硬质合金刀具磨损机理的研究

贾庆莲　乔彦峰

中国科学院长春光学精密机械与物理研究所

摘　要:通过高速切削试验,观察了涂层刀片的磨损过程,描述了其磨损形态,分析了涂层刀片磨损率不同的原因,提出了涂层硬质合金刀具的磨损机理模型以及涂层硬质合金刀具的磨损类型。

关键词:TiN涂层,　硬质合金刀具,　磨损机理,　高速切削

StudyonWearingMechanismofJiaAbstract:Basedonthewearappearanceofthecoatedcementedcarbidetoolsarestudied.Theofinexperimentsareanalyzed.Themodelofwearmechanismofthecoatedwearofthecoatedcementedcarbidetoolssuchasdiffusewear,plasticdistortionwearandfatigueKeywords:TiNcoating,　cementedcarbidetools,　wearingmechanism,　high2speedcutting

　　1　引言

用化学气相沉积法(CVD法)在WC基硬质合金表面涂覆一薄层高硬度的难熔金属化合物(如TiC、TiN)

,所制备的涂层硬质合金具有高耐磨性的表层和足够韧性的基体。在高速切削条件下,涂层硬质合金刀具的切削性能较佳,其原因之一是由于刀具表面的涂层材料向基体材料一方的“渗透”作用,使刀具上涂层材料已磨穿区的抗扩散磨损能力提高;原因之二是由于刀具刃口涂层材料被磨损的滞后性,即在继续切削过程中,刃口涂层材料起到了有效的机械支承作用,提高了涂层刀片的耐磨性。一般情况下,涂层硬质合金的低速切削性能较差,这是因为在低速切削条件下,涂层的磨损会以磨损率很高的脆性疲劳剥落磨损为主。　　2　高速切削试验

动(或主运动)方向发生塑性滑移。其后果必导致

前、后刀面的涂层材料发生塑性断裂,即塑性疲劳剥落磨损,前、后刀面的涂层在图1a所示R、F处被磨穿。

图1　磨损特征

(2)正常磨损阶段

大量观察表明,在正常磨损阶段,前、后刀面涂层磨穿区均离刃口一定距离(见图1b)。也就是说,刀片刃口的涂层完整性尚好。为便于分析,将前、后刀面磨损面划分为六个区(见表1)。

区域

特征

前刀面近主刃处未磨穿区前刀面已磨穿区

前刀面远离主刃处未磨穿区后刀面近主刃处未磨穿区后刀面已磨穿区

后刀面远离主刃处未磨穿区

ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ

试验中以TiC涂层硬质合金刀片在无级变速车床上加工材料为38CrNi3MoVA的工件,切削用量为:

f=012mm/r,ap=2mm,v=70～300m/min。由试验可知,在较高切削速度范围内,涂层刀片的磨损过程大致可划分为三个阶段(见图1)。

(1)初磨阶段自切削开始至刀具表面涂层材料被磨穿前的这个阶段称为初磨阶段。由于涂层刀片表面存在残余

μ拉应力,其表面不平度约为2～4m,在刀具—切屑

(或工件)间的强烈摩擦下,表面涂层材料沿切屑流

收稿日期:2005年3月

　　据观察,已被磨穿的Ⅱ、Ⅴ区磨损面呈均匀的晶粒状,未磨穿的前刀面Ⅰ、Ⅲ区,后刀面Ⅳ、Ⅵ区均呈

μ“脊沟”状浅擦痕,深度为1～3m,其方向平行于切

屑流动方向(或主运动方向)。据分析,可以认为磨损面上的脊沟是涂层材料沿切屑流动方向的塑性滑移所形成。

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