TiC—TiN復合硬質合金涂層刀具切削應用及其性能分析

馮小東 王公安 胡一龍

摘 要：介紹了TiC-TiN復合硬質合金涂層刀具用途及性能，利用實驗類比方法分析TiC-TiN涂層刀具相關切削幾何參數，歸納TiC-TiN復合涂層刀具切削幾何參數及其切削性能相關規律，形成關系圖表。

關鍵詞：TiC-TiN；涂層刀具；幾何參數；切削性能；復合

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.026

1 硬質合金涂層刀具發展概況

隨著新型材料的研究發展，刀具材料由碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼發展到鑄造鈷基合金、陶瓷、以及超硬刀具材料，刀具切削加工效率得到大大提升，而且提高了加工精度，保證了加工質量。刀具材料的切削性能及其幾何參數的選擇不僅影響加工效率還直接影響零件的加工質量及精度。近年來涂層刀具研究也取得了很大的成就，由原來的TiC單涂層發展到TiC（N）、AL2O3等雙層、三層及多層涂層。TiC-TiN雙涂層刀具雖然已經得以應用，但在不同材料加工性能及其最優車削幾何參數選擇等有待進一步實驗分析與研究。

2 TiC-TiN復合硬質合金涂層刀具車削幾何參數

涂層刀具不僅有經濟性而且具有通用性，可適合多種材料的切削，如碳素結構鋼、合金結構鋼、工具鋼、易切鋼、合金鑄鐵及不銹鋼的高速精加工。但是涂層硬質合金刀具的韌性及其強度有所下降，尤其在大沖擊重負荷的粗加工不適合使用。在車削中涂層刀具可進給量f可達0.5-0.8mm/r，切削速度也大大提高。

目前TiC-TiN復合雙涂層刀具主要應用在車削加工當中，實驗中采用實驗設備C6140臥式車床，針對不同材料進行多件加工對比，如圖表1TiC-TiN涂層刀片與未涂層刀片切削效果對比如下：

通過類比加工和實驗測量數據可見在加工合金鋼與硬質合金相比，TiC-TiN涂層刀具在V=80～200m/min時，刀具的耐用度可提高2倍左右，每刃切削工件數量也顯著增加。TiC-TiN復合雙涂層刀片普通碳鋼切削幾何參數選擇原則：粗加工時轉速不易太低，背吃刀量不易太大，避免低轉速大負荷加工，加劇涂層磨損；精加工時易采用高轉速、低進給量車削，提高每刃加工量。以45#鋼為例，車削加工切削參數選擇可參考如下（材料45#鋼、直徑Ф50mm）：粗加工時機床切削速度：V=400-600mm/s、F=0.2-0.3mm/r、Ap=2-5mm范圍；精加工時機床切削參數：V=600-800mm/s、F=0.08-0.2mm/r、Ap=0.3-1mm范圍。具體加工以實際加工條件適當調整。在加工有色金屬時（如6061鋁合金），因有色金屬材質較軟，其切削參數適當增大，但是有色金屬易產生積削瘤，影響刀具實際前角，對加工不利，使用時應間斷性的對積削瘤進行清理。

3 TiC-TiN雙層涂層硬質合金刀具切削性能分析

TiC-TiN雙涂層刀片是目前應用最為廣泛的，是一種復合涂層，鐵基體與TiC接近，TiC的抗氧化性高，涂裝層極薄（0.3-0.5μm），總厚度可增至10μm，能有效避免中間脫碳層，它綜合了TiC和TiN單涂層刀具優點，在刀片表層是純TiN涂層，中間過渡層是Ti（C、N）固溶體。

通過加工不同材料對比可得不同涂層刀片耐用度與切削速度的關系如圖1所示；在不同切削條件下各涂層后刀面磨損的關系如圖2所示。

4 結語

TiC-TiN復合涂層車削時與工件材料表面切削摩擦系數較小，切削加工時刀具產生的殘余切削熱也相對減少，因此切削溫比未涂層及TiC涂層也低，同時抗彎強度大，抗氧化性高，有較強的抗裂紋擴展能力。目前TiC-TiN涂層刀具應用以比較普遍，TiC-TiN涂層針對中高速機加工是較好的選擇，但是對于其不同材料切削性能及幾何參數優化還有待進一步實驗探究和推廣。

參考文獻：

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[2]樂兌謙.金屬切削刀具[M].-2版.北京：機械工業出版社，2011

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作者簡介：馮小東（1987-），男，山東臨沂人，本科，實驗師，研究方向：機械工程。