PVD涂层与未涂层硬质合金刀具切削力的对比试验研究

1 引言

硬质合金刀具物理气相沉积涂层技术(PVD)是二十世纪八十年代发展起来的刀具涂层技术。由于PVD涂层的硬质合金刀具比化学气相沉积(CVD)涂层硬质合金刀具有更好的抗耐磨性和更高的刀具耐用度，且不易破损，因而PVD涂层硬质合金刀具技术的发展受到业界的高度重视。国外PVD高速钢刀具涂层技术经过十年的发展，已趋完善，并在八十年代中期开始了硬质合金复合涂层技术的研究工作，先后开发了TiN、TiCN 和TiAlN 等涂层工艺技术，并研制了自动化水平较高的专用涂层设备，从而保证了产品质量的稳定性和可靠性，使PVD涂层硬质合金刀具大量投入了使用，占领市场。近年来，国内汽车、石油、冶金工业的发展以及数控机床性能的不断提高，对硬质合金刀具尤其是涂层硬质合金刀具的需求日趋增加，因而有必要对涂层硬质合金刀具的切削性能加强研究。目前，国内对涂层硬质合金刀具的研究的主要集中在CVD涂层硬质合金刀具上，对PVD涂层刀具的研究还少有报道。本文将通过PVD涂层硬质合金刀具与未涂层硬质合金刀具切削42CrMo钢工件的对比试验进行切削力方面的研究。

2 切削试验

1）试验条件

试验所用三种刀具型号均为DNMG150608-25：一种是自贡硬质合金厂生产的牌号为ZP25的硬质合金刀具，另两种是以ZP25为基体、分别采用PVD方法涂复TiN 和TiCN 涂层的硬质合金刀具；刀具几何参数见表1。工件材料为42CrMo钢，调质处理，材料的化学成分和机械性能见表2、表3。试验在CA6140普通车床上进行。

表1 刀具工作时的几何角度

2) 试验方法

试验采用单因素法，每次切削试验时分别改变切削速度、进给量、切削深度，用KISTLER三向测力仪采集、测量每次试验时的三向切削力FX、FY、FZ(如图1)；用PC386微机扩展槽中PCL-818L板把切削中产生的模拟电压信号采集转化成数字信号输入计算机，再通过计算机显示、保存、处理，得到不同切削条件下的切削力数据文件及三向切削力的各个平均值。每一种试验均做三次，以保证数据的可靠性。在切削过程中，采用JCL820074工具显微镜对刀具的磨损进行观察并分析不同刀具不同的磨损形貌。