Ti(C,N)涂层刀具磨损失效分析及数值模拟研究

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针对生产过程中Ti(C,N)涂层刀具切削Cr12模具钢时磨损比较严重的问题,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、透射电镜(TEM)等实验手段分析了Ti(C,N)涂层刀具切削性能,同时采用有限元软件对刀具切削磨损过程进行了数值模拟,得出了刀具磨损失效的因为。   我们首先分析了涂层刀具的发展,涂层材料的性能,总结了刀具切削过程中刀具切削力、切削温度变化情况,然后对刀具的磨损过程和磨损主要类型进行分析,在此基础上提出本文的研究目的和研究意义。   研究了相同的刀具在不同的切削参数下切削相同时间,切削力的变化与刀具磨损之间关系。结果表明:当刀具磨损量增大时其切削力增加明显,800N左右为Ti(C,N)涂层WC基硬质合金整体立铣刀铣削Cr12钢的严重磨损判断的界线。切削参数对切削力大小影响依次为轴向铣削深度ap影响最大,径向铣削深度ae影响次之,铣削速度vc和主轴转速n影响最小。因此优化后的切削参数应满足轴向切削深度尽量小于1.5mm,径向切削深度不宜大于5mm,切削速度应低于691m/min,主轴转速小于22000r/min。   研究了刀具磨损与Ti(C,N)涂层组份和WC基体材料性能的关系。结果表明:Ti(C,N)涂层中当C含量小于1.0wt%时,随着C含量的增加,材料组织和力学性能较好;Ni含量的增加,材料抗弯强度增大。刀具利用涂层材料低的摩擦系数降低切削力,远离800N。其切削性能T01>T02>T03,而T03刀具磨损形式主要是扩散磨损和粘结磨损。   模拟了在不同切削参数下刀具切削力的变化,验证了800N为刀具严重磨损判断的界线。模拟了在相同切削参数下涂层刀具和未涂层刀具切削力变化情况,验证了涂层材料能降低切削力、减小切削热,保护切削刃,避免产生崩刃的作用。验证了刀具前刀面靠近主切削刃处容易磨损是由于在高速切削加工中,切削温度高,导致粘结、氧化和扩散磨损加剧造成的。
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