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金刚石涂层对刀具切削力的磨损分析

编辑:河南安恒机械刀片有限公司   时间:2014/07/22   字号:
摘要:金刚石涂层对刀具切削力的磨损分析

摘要:利用热丝化学气相沉积(HFCVD)法在Si3N4刀具上涂覆一层金刚石薄膜,用以对灰口铸铁进行加工。切削试验的主要参数:切削速率为500m/min、700 m/min和900 m/min,刀具进给量0.1mm/r、0.25mm/r和0.4mm/r,切削深度保持恒定为lmm。为了评估切削过程中的刀具机能,着重对刀具切削力进行分析,证明了切削力跟着进给量的增加而明显增大。金刚石薄膜的存在使切削过程保持不乱,同时在刀具上观察到来自工件的铁和锰元素的黏附现象。切削试验是在配有三轴测力仪的数控机床长进行的,由国产软件采集并记实测试结果。通过配有x射线能谱仪的扫描电子显微镜分析刀具磨损并利用轮廓仪进行刀具表面分析。

 

                                                    枢纽词  高速切削;涂层;金刚石;刀具磨损

 

  0引言  近年来,良多材料开始使用高速切削加工(HSM)技术。HSM技术在汽车和航空航天等竞争激烈的行业中具有重要意义。高速切削加工技术已经应用于电火花加工(EDM)中的工具电极制造,进步出产率并缩短了交货时间,从而保证加工行业的成功。通常在HSM的加工参数优化中,宁可在切削力和工件表面质量之间做出牺牲,也不考虑降低刀具的最大切削速率。机床刚度的进步、新型刀具材料的研制(包括涂层技术)、控制系统精度的进步和加工工艺的改进在很大程度上促进了HSM技术的发展。HSM作为干切削技术具有广阔的应用远景,由于从环境角度考虑,应该淘汰有污染的切削液。
  灰口铸铁广泛应用于金属加工行业,例如汽车、泵和其它机械零部件制造行业。它表面的类石墨层状结构在切削过程中起着重要的辅助作用,能够采用HSM技术进行高速切削加工。陶瓷刀具的主要特征是高温下的高耐磨性,以较小进给量进行高速切削加工,可以得到具有较高几何精度和表面质量的产品。HSM技术结合刚性机床和陶瓷刀具,就可以取代铁基合金的磨削加工,从而明显进步出产率,降低产品本钱作为一种陶瓷材料,氮化硅(Si3N4)具有高硬度、高抗压强度、高断裂韧度和优良的抗热震机能,是常见的切削刀具之一。而且陶瓷刀具假如选用合适的涂层,会拥有更好的机能,并能有效阻止Si3N4和铁基合金之间的摩擦化学反应。
  因为众所周知的石墨化现象,铁基合金不能用复合金刚石刀具加工。金刚石涂层刀具表现出与复合金刚石刀具不同的机能,但是还没有经由严格的车削试验以证明它能够进行铁基合金的加工。因为金刚石薄膜具有良好的机械机能,本文采用化学气相沉积法(CVD)对Si3N4刀具涂覆金刚石薄膜进行加工试验。此外,金刚石的高热导率有助于降低刀具表面温度,而且金刚石薄膜热胀系数较小,能够与陶瓷刀具表面良好结合,在室温下的界面层残余应力很小。CVD法涂覆金刚石薄膜有助于进步刀具表面硬度,所以有效地降低了刀具磨损。然而高温下层状铸铁与金刚石接触时,所含的铁元素会发生催化反应。实际上,具有金刚石涂层的Si3N4刀具的表面磨损,是在加工过程中因为金刚石与铁元素的催化反应而使金刚石表面粘结退化的结果。然而,因为黏附力不足,在切削力较大的前提下(脉冲切削等),涂层刀具的使用仍旧受到限制。
  在不同的高速切削前提下,用相同的金刚石涂层Si3N4刀具对层状铸铁进行加工测试,每次试验都对切削力和刀具磨损进行丈量和分析,目的是研究高速切削加工中刀具的磨损行为,以便对刀具的切削机能进行改进。

 

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