WS_2软涂层刀具的材料优选及涂层制备.pdfVIP

助 锨 材 料 2012年第9期(43)卷 WS2软涂层刀具的材料优选及涂层制备 连云崧 ，邓建新 ，李士鹏，颜 培 ，宋文龙，赵 军 (山东大学 机械工程学院，山东 济南 250061) 摘 要： 运用有 限元软件分析 了不 同基体材料和过 究的热点 J。正 因为 WS。优 良的润滑性能，因此考 渡层的基体表面WS 软涂层 的残余热应力。结果表 虑在高速干切削时使用 WS 软涂层刀具，刀具表面能 明弹性模量和热膨胀系数等参数是影响涂层残余热应 形成具有润滑作用的连续固态润滑层，可达到减小摩 力大小的主要 因素 。采用中频磁控溅射 、多弧离子镀 擦 、阻止粘结 、降低切削力和切削温度、减小刀具磨损 外加 离子束辅助沉积 工艺制备 了4种 WS 软涂层 刀 的 目的 。 具并对其性能进行 了测试，分析结果符合有限元计算 残余热应力是影响涂层刀具性能的关键 因素之 的结论 ，发现残余热应力对 WS。软涂层 刀具的性能产 一 _l7 j。 刀具基体 、过渡层和表面涂层 的材料各不相 生很大的影响，并发现 Zr过渡层能有效促进 WS Ⅱ型 同，物理性能也就大相径庭 。弹性模量 、热膨胀系数 、 织构 的生长。 泊松比是 3个影响材料物理性 能的主要因素，如果选 关键词 ： WS 软涂层刀具 ；残余热应力；中频磁控溅 择的基体材料和过渡层与 WS。的物理性能相差太大 ， 射 ；有限元仿真 ；刀具材料 匹配不当，很可能会对涂层 的残余热应力产生较大的 中图分类号 ： TG174 文献标识码 ：A 影响，进而影响到涂层与基体的结合力 、厚度，降低涂 文章编号：1001-9731(2012)09—1134一O5 层刀具的切削和摩擦性能 。因此 ，对于研究涂层 、 过渡层和基体材料的物理相容性问题成为了本文的重 1 引 言 点 。本文采用有限元分析软件分析 了WS 软涂层刀 目前，国内外减小刀具切削加工时的摩擦磨损 的 具的残余热应力 ，并对于刀具基体和过渡层进行了优 主要办法是使用具有一定润滑作用的切削液。切削液 选 。为验证有限元分析的结论 ，采用 中频磁控溅射、多 的主要作用是改善加工过程 的摩擦润滑状态 ，降低切 弧离子镀外加离子束辅助沉积工艺制备 了4种 WS。 削温度 ，从而提高刀具寿命。但在高速切削过程中，采 软涂层刀具并对其性能进行了测试。 用切削液润滑存在 以下不足：(1)在高温作用下切削 2 有限元分析 液中的添加剂很难与刀具表面发生作用而形成能充分 接触的边界膜 ；(2)切削液随温度升高，其粘性呈指数 2．1 基体材料的选择 下降；(3)高温环境下液态润滑性能的衰退 。因此 ，对 采用有限元分析软件进行建模分析 。在几何建模 于高速干切削等存在很高切削高温的场合，传统 的方 时，因为旨在研究涂层与基体材料的物理相容性 ，因此 法 已经不能很好地满足润滑的要求 ；另一方面，切削液 忽略形状对涂层系统残余热应力的影响。选取圆柱形 的制造 、使用及排放需消耗大量的能源和资源，并且切 单元建立几何模型进行有限元分析 ，基体高度、半径均 削液在各个时期均会对环境造成严重污染。解决这一 为50m，涂层厚度为3m。有限元模型参照文献[11] 问题的最有效途径是采用少、无切削液的对环境友好