1 PVD涂層技術(shù)

1. TiN的性質(zhì)
   TiN顏色為金色喜德，面心立方晶格山橄，熔點(diǎn)為2950℃，其靜磨擦系數(shù)為0.13～0.15,動(dòng)磨擦系數(shù)為0.05～0.10,熱膨脹系數(shù)為9.35×10^-6/℃岗命。在大多數(shù)酸、堿中不溶解保蒲，在350～400℃空氣中不氧化品救，TiN無毒性。
2. TiN涂層工藝
   利用CLDA-700磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備在硬質(zhì)合金刀片上沉積TiN，保持其它參數(shù)不變他景，只改變氮分壓捅振。具體工藝為：硬質(zhì)合金刀片在鍍膜室內(nèi)濺射清洗 5min后開始沉積TiN,活化源功率2.5kW,靶功率10kW,基片負(fù)偏壓200V,極間距240mm,鍍膜室溫度500℃。保持其它參數(shù)不變托足，使氮分壓值分別為0.9×10-2怯糠、2.4×10-2、4.5×10^-2妒穷、6.0×10^-2和8.6×10^-2Pa沉積時(shí)間,60min瓦统。其結(jié)果，隨著氮分壓增加橡舟，膜層相組成朝著富氮相方向發(fā)展金矛，變化趨勢(shì)為：aTi→(aTi+Ti2N)→(Ti2N+TiN)→TiN.由Ti2N和TiN兩相組成的膜硬度最高，為HK2500kg/mm²勺届。氮分壓對(duì)膜層硬度的影響驶俊，主要是由氮分壓不同使膜層的相組成不同而引起的。

2 試驗(yàn)分析

1. PVD涂層對(duì)硬質(zhì)合金刀具的切削力影響
   1. 刀具的選擇
      選用A免姿、V和H型斷屑槽(GB2076-87)的可轉(zhuǎn)位刀片(參見圖1所示)饼酿，精磨周邊和底面后，將一部分進(jìn)行PVD涂層胚膊，刀片材料YT15,U級(jí)精度故俐。
      

      (a)SNUM150608-A4	(b)SNUM150608-V4	(c)SNUM150608-H4
      圖1正方形A、V澜掩、H形槽刀片

   2. 試驗(yàn)方法及結(jié)果
      試驗(yàn)在大連機(jī)床廠生產(chǎn)的C620-3型普通車床上進(jìn)行购披，外圓干式切削，工件材料為45鋼肩榕，退火狀態(tài)刚陡。根據(jù)主偏角的要求，選擇可轉(zhuǎn)位車刀刀桿符合 GB5343.2-85標(biāo)準(zhǔn)株汉。切削力的測(cè)量選用瑞士產(chǎn)的新型Kistler壓電式測(cè)力儀(型號(hào)為9257B)以及配套的電荷放大器筐乳，SC16光線示波器記錄儀。對(duì)試驗(yàn)用三種斷屑槽形狱槽，分別改變切削深度a_p,切削速度v,進(jìn)給量f,用接觸圖形法測(cè)量切削區(qū)的刀-屑接觸長(zhǎng)度涨给，對(duì)切削力進(jìn)行測(cè)量，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示屿帕。
      

      (a)kr=75°念肆，SNUM150608-A4刀片

      (b)kr=75°，SNUM150608-V4刀片

      (c)kr=75°盗晓，SNUM150608-H4刀片 (工件材料：45鋼徊疆，—未涂層愕啰，----PVD涂層) 圖2PVD涂層與未涂層刀具的切削力比較

   3. 試驗(yàn)結(jié)果分析
      1. PVD涂層刀具的切屑變形系數(shù)x與未涂層刀具相比明顯減小，減小幅度約為10～25%棉莹。x減小温盅，切屑厚度減小，切屑自然卷曲半徑增大梢拜，這一點(diǎn)對(duì)切屑的折斷是不利的改耽。
      2. PVD涂層后刀-屑接觸長(zhǎng)度l_f與未涂層刀具相比也有明顯縮短，說明涂層以后刀具和切屑之間的磨擦系數(shù)減小叁巨。
      3. 加工時(shí)切屑呈淺棕色斑匪，變形區(qū)薄，這表明涂層刀具的切削溫度低于未涂層刀具俘种，刀具耐用度提高秤标。
      4. PVD涂層刀具的切削力比未涂層刀具切削力略有下降，其中進(jìn)給方向的切削力下降比較明顯宙刘。
      5. 選擇不同的二維槽形(直線圓弧形苍姜，全圓弧形，折線形)悬包，其切削力基本沒有變化衙猪。
2. PVD涂層對(duì)刀具斷屑性能的影響
   1. 試驗(yàn)條件與方法
      斷屑試驗(yàn)方法符合專業(yè)規(guī)范要求。工件材料直徑大于70mm,采用的切削速度為：未涂層刀片切削45鋼布近，v=130m/min,PVD涂層刀具切削45鋼垫释，v=180m/min,其他條件同上。試驗(yàn)得到的斷屑范圍曲線如圖3所示撑瞧。
      

      (a)SNUM150608-A4	(b)SNUM150608-V4	(c)SNUM150608-H4
      —未涂層棵譬，v=130m/min;----PVD涂層，v=180m/min;—.—PVD涂層预伺，v=130m/min圖3 PVD涂層與未涂層刀片斷屑范圍的比較(45鋼)

   2. 試驗(yàn)結(jié)果分析
      PVD涂層以后唠俄，盡管切削速度明顯提高，但斷屑范圍并沒有明顯變化早斯。這與通常人們認(rèn)為無斷屑槽刀具隨著切削速度提高會(huì)使切屑難以折斷杜戈，斷屑范圍明顯減小的觀點(diǎn)是不一致的。的有以下幾方面的原因可解釋這一問題：
      1. 當(dāng)切削速度較高時(shí)(v>100m/min)阶桦，切削力的變化幅度較小拉拨，不能引起切屑折斷方式及屑形的變化，切屑的折斷方式主要是由斷屑槽形狀及尺寸铜朗、切深旦坷、進(jìn)給量以及工件材料特性所確定的。后刀面障礙型折斷方式的最大應(yīng)力εmax為
         

         emax= ach ( 1 - 1 ) —— — — 2 R0 RL

         (1)

         式中 a_ch為切屑厚度;R₀為切屑的初始曲率半徑;RL為折斷前的最大曲率半徑嗅桑。
      2. 切削溫度升高使切屑截面溫度梯度增大庶鸡，底層溫度及熱應(yīng)變明顯高于表層使切屑容易彎曲迎反。
      3. 切削速度提高致使流屑速度提高，使卷曲的切屑碰撞障礙的沖擊力明顯增大趾迈；對(duì)于失穩(wěn)甩斷的切屑，流屑速度提高使失穩(wěn)的切屑振動(dòng)頻率提高烤惊，振幅增大而容易甩斷乔煞。計(jì)算切屑失穩(wěn)的臨界長(zhǎng)度公式
         

         L0=1.568( c )? —— rw2

         (2)

         式中c為螺旋屑的抗彎剛度；r為單位長(zhǎng)度的切屑質(zhì)量柒室；w為螺旋屑的旋轉(zhuǎn)角速度
         高速切削產(chǎn)生的熱塑剪切失穩(wěn)使切屑易于在熱塑剪切帶折斷渡贾。
      4. 對(duì)于二維平行槽刀片，其切屑折斷的極限切深a_d與刀尖圓弧半徑r_e相當(dāng)雄右。當(dāng)斷屑槽型反屑壁一側(cè)為直線形時(shí)空骚，切屑屑型也為逐步過渡形成，即在一定切削深度下擂仍，隨著進(jìn)給量由小變大囤屹，切屑由不折斷向折斷過渡。
      5. A型斷屑槽的斷屑范圍較大逢渔，在進(jìn)給量f肋坚、切削深度a_p較小時(shí)，應(yīng)選擇直線形斷屑槽肃廓。

3 結(jié)論

1. 采用磁控濺射離子鍍技術(shù)沉積的Ti₂N涂層硬度達(dá)HK2500kg/mm²,和TiN復(fù)合相智厌，可提高硬質(zhì)合金刀具耐用度1～4倍。
2. PVD涂層刀片切削45鋼使切削力下降官澳，特別是進(jìn)給方向切削力下降較明顯尔兆。
3. 選用PVD涂層，盡管切削速度明顯提高(130～180m/min)但斷屑范圍并沒有明顯變化澈渠。
4. 可用未涂層刀片的斷屑范圍曲線指導(dǎo)涂層刀片的斷屑槽型的合理選用蜈坛，涂層刀片的槽型設(shè)計(jì)基本可依據(jù)未涂層刀片的有關(guān)規(guī)律。