TiC—TiN復(fù)合硬質(zhì)合金涂層刀具切削應(yīng)用及其性能分析

馮小東 王公安 胡一龍

摘 要：介紹了TiC-TiN復(fù)合硬質(zhì)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(guān)切削幾何參數(shù)，歸納TiC-TiN復(fù)合涂層刀具切削幾何參數(shù)及其切削性能相關(guān)規(guī)律，形成關(guān)系圖表。

關(guān)鍵詞：TiC-TiN；涂層刀具；幾何參數(shù)；切削性能；復(fù)合

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

1 硬質(zhì)合金涂層刀具發(fā)展概況

隨著新型材料的研究發(fā)展，刀具材料由碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼發(fā)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(zhì)量。刀具材料的切削性能及其幾何參數(shù)的選擇不僅影響加工效率還直接影響零件的加工質(zhì)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(fā)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(jīng)得以應(yīng)用，但在不同材料加工性能及其最優(yōu)車削幾何參數(shù)選擇等有待進(jìn)一步實驗分析與研究。

2 TiC-TiN復(fù)合硬質(zhì)合金涂層刀具車削幾何參數(shù)

涂層刀具不僅有經(jīng)濟(jì)性而且具有通用性，可適合多種材料的切削，如碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)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(zhì)合金刀具的韌性及其強(qiáng)度有所下降，尤其在大沖擊重負(fù)荷的粗加工不適合使用。在車削中涂層刀具可進(jìn)給量f可達(dá)0.5-0.8mm/r，切削速度也大大提高。

目前TiC-TiN復(fù)合雙涂層刀具主要應(yīng)用在車削加工當(dāng)中，實驗中采用實驗設(shè)備C6140臥式車床，針對不同材料進(jìn)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(shù)據(jù)可見在加工合金鋼與硬質(zhì)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(shù)量也顯著增加。TiC-TiN復(fù)合雙涂層刀片普通碳鋼切削幾何參數(shù)選擇原則：粗加工時轉(zhuǎn)速不易太低，背吃刀量不易太大，避免低轉(zhuǎn)速大負(fù)荷加工，加劇涂層磨損；精加工時易采用高轉(zhuǎn)速、低進(jìn)給量車削，提高每刃加工量。以45#鋼為例，車削加工切削參數(shù)選擇可參考如下（材料45#鋼、直徑Ф50mm）：粗加工時機(jī)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(jī)床切削參數(shù)：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(dāng)調(diào)整。在加工有色金屬時（如6061鋁合金），因有色金屬材質(zhì)較軟，其切削參數(shù)適當(dāng)增大，但是有色金屬易產(chǎn)生積削瘤，影響刀具實際前角，對加工不利，使用時應(yīng)間斷性的對積削瘤進(jìn)行清理。

3 TiC-TiN雙層涂層硬質(zhì)合金刀具切削性能分析

TiC-TiN雙涂層刀片是目前應(yīng)用最為廣泛的，是一種復(fù)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(yōu)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(guān)系如圖1所示；在不同切削條件下各涂層后刀面磨損的關(guān)系如圖2所示。

4 結(jié)語

TiC-TiN復(fù)合涂層車削時與工件材料表面切削摩擦系數(shù)較小，切削加工時刀具產(chǎn)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(qiáng)度大，抗氧化性高，有較強(qiáng)的抗裂紋擴(kuò)展能力。目前TiC-TiN涂層刀具應(yīng)用以比較普遍，TiC-TiN涂層針對中高速機(jī)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(shù)優(yōu)化還有待進(jìn)一步實驗探究和推廣。

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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(jī)械工程。