选用PVD-AlTiN涂层硬质合金刀具高速干铣削高强钢AISI4340,采用分形理论,研究了铣削参数对切削力分形特征的影响,指出分形维数是独立于切削力大小,并可描述切削力的稳定性;发现分形维数随铣削速度的增加,出现"高-低-高-低"的趋势,并在试验铣削参数范围内,确定了切削力较为稳定的铣削参数是v_c=320m/min,f_z=0.02mm/z,a_p=0.2mm,a_e=4mm;在较高铣削速度v_c=400m/min和v_c=440m/min条件下,v_c对切削力稳定性的影响即分形维数的大小占主导作用。此研究内容丰富了分形理论在高速切削领域的应用,对高速铣削切削力稳定性的表征具有指导意义。

针对普通刀具切削质量差、刀具耐用度低等问题,对CVD涂层刀具制备方法及切削性能进行研究。首先以硬质合金刀具为基体通过CVD方法制备金刚石涂层,分析涂层表面形貌。然后在不同条件下进行铝合金材料的干式切削试验,分析金刚石涂层对切削力、切削温度以及工件表面粗糙度的影响规律。最后,通过对刀具磨损机理的分析,讨论涂层对刀具使用寿命的影响。研究结果表明,所制备的涂层刀具能够降低切削力和切削温度,大大提高刀具的切削性能和工件的表面质量,并能有效提高刀具使用寿命。

在高速铣削高温合金GH2132的过程中,刀具磨损严重、刀具寿命较短。在一定条件下,涂层刀具在稳定磨损阶段能够生成耐磨损或自润滑的氧化物薄膜层(自组织结构),此结构能够起到提高刀具切削性能、延缓磨损以及延长使用寿命的作用。基于此,进行高速铣削涂层刀具表面自组织结构研究,以提高刀具寿命。结果表明:高速铣削高温合金GH2132时,PVD-AlTiN硬质合金刀具表面自组织结构稳定存在的条件为F_(x)=90~105 N、F_(y)=115~168 N、F_(z)=410~510 N、σ_(s)=-735~-873 MPa。研究结果为涂层刀具加工高温合金提供了参考,并且有助于绿色智能制造。

为探究和改善蠕墨铸铁RuT500的铣削力,基于单因素试验,选用TiAlN/AlCrN、TiCN/Al2O3复合涂层硬质合金刀具对RuT500进行铣削加工,结合响应面探究涂层和铣削参数对RuT500铣削力的影响规律,并进行了铣削参数优化。结果表明:相比于TiAlN/AlCrN复合涂层硬质合金刀具,TiCN/Al2O3复合涂层硬质合金刀具铣削RuT500时会产生更大的铣削力;对蠕墨铸铁铣削力影响最显著的因素是背吃刀量,其次是进给量,铣削速度对蠕墨铸铁铣削力的影响程度相对较少;铣削参数交互作用对铣削力的

通过设计正交试验方案,在不同的切削参数下进行CVD涂层刀具高速铣削天然大理石磨损试验。采用网格法估算刀具磨损面积,并分析单一切削参数变化对刀具磨损面积的影响规律;用显微镜观测刀具磨损表面,并对CVD涂层刀具高速铣削天然大理石磨损特性分析。实验结果表明：CVD涂层刀具高速铣削天然大理石过程中,刀具的磨损面积随着切削速度的增加而减小,随着进给速度和切削深度的增加而增加;刀具的主要磨损形态有：机械犁沟与崩刃、涂层与基体剥离、积屑瘤。

选用PVD-TiAlN+TiN复合涂层硬质合金刀具高速铣削高强钢AISI4340,探讨了铣削参数对后刀面磨损的影响,并分析了加工成本。通过响应优化器得到具有95%置信度的理论最佳加工参数,采用Gilbert方法计算了加工成本,验证了该涂层刀具在高速铣削AISI4340时的经济可行性。结果表明,切削速度对后刀面磨损的影响最为显著,径向切深没有统计上的显著性,但径向切深在1~3mm时,后刀面磨损随径向切深的增加而增加。PVD-TiAlN+TiN复合涂层硬质合金刀具高速铣削AISI4340钢在最佳切削参数vc=350m/min,fz=0.03mm/z,ap=0.6mm,ae=4mm条件下的刀具寿命为31.30min,估计加工成本为17.35。该研究对高强钢的高效低成本加工具有指导意义。

选用PVD—TiAlN-TiN硬质合金涂层刀具,进行高速干铣削AISI4340高强钢正交试验,研究铣削力及加工表面粗糙度随切削参数的变化,并建立铣削力及加工表面粗糙度与切削参数之间的经验模型。分析结果表明每齿进给量和铣削速度对主切削力Fz影响较大,径向切削深度对加工表面粗糙度Ra影响较小。建立的铣削力及加工表面粗糙度经验模型,经过检验,相对误差较小。涂层刀具高速铣削AISI4340钢时,采用较小的轴向切削深度和每齿进给量以及较大的铣削速度和径向切削深度有利于得到较小的铣削力和加工表面粗糙度。

针对AISI 4340高强钢加工质量较差的问题,采用硬质合金涂层刀具进行高速干铣削试验,研究切削参数对加工表面硬化和残余应力的影响。结果表明：铣削速度对加工表面硬化程度和硬化层深度影响最大,且随着铣削速度的增加,加工表面硬度值减小,硬化层深度逐渐减小;加工表面在进给、切削以及45°方向均产生残余压应力,铣削速度和每齿进给量对残余应力的影响较大;在vc=400～500 m/min,fz=0.03～0.06 mm/齿,ap=0.2～0.3 mm,ae=3～4 mm的切削条件加工时,可以获得较小的加工表面硬化程度和较大的表面残余压应力。该结果对高强度钢类零部件的生产具有理论指导意义。

引言 自1969年德国Krupp公司和瑞典Sandvik公司研发成功化学气相沉积（CVD）涂层技术，并向市场推出CVDTiC涂层硬质合金月片产品开始，月具涂层技术不断发展，特别是PVD涂层技术飞跃发展，将涂层刀具在提高硬度、耐磨性、耐腐蚀性、抗高温性能和延长刀具寿命等办面的功能得到极大普及，