类金刚石涂层刀具制备及切削性能研究

随着新世纪以来精密切削加工业的发展,对刀刃具的切削寿命、加工精度以及加工可靠性等性能的要求越来越高,而传统刀具往往无法满足这些更高的要求。本文利用物理气相沉积(PVD)阴极电弧离子镀技术在直径为6mm的硬质合金铣刀上制备了铬作过渡层的类金刚石复合薄膜。通过测量涂层的膜基结合力、显微硬度和厚度来研究类金刚石涂层的机械性能。使用涂层刀具和未涂层刀具分别对2A50铝合金和AZ91D镁合金进行高速干式铣削,实验中使用YDCB-Ⅲ05测力仪测量铣削力的变化,实验后研究工件表面质量、切屑的形态以及刀具的磨损情况。利用三维仿真软件Deform-3D对不同厚度的类金刚石涂层刀具切削铝合金进行模拟仿真加工,观察切削力、切削热随涂层厚度的变化趋势,分析厚度对涂层刀具切削性能的影响。本研究主要得到以下结论:(1)采用ICS-04ARC PRO涂层设备,利用阴极电弧离子镀技术在硬质合金表面制备出了铬作过渡层的类金刚石复合薄膜。实验测得铬作过渡层的类金刚石复合薄膜的膜基结合强度达到了标准HF-1级,薄膜的厚度为2um,薄膜的硬度为HV3000。(2)使用类金刚石涂层硬质合金刀具和无涂层硬质合金刀具分别对2A50铝合金和AZ91D镁合金进行高速干式切削,实验结果表明类金刚石涂层能有效降低切削加工中的切削力,改善工件表面质量,延长刀具的切削寿命2倍以上。(3)仿真实验结果表明,切削力和切削温度遵循着相同的变化规律:在涂层厚度从1um增大到3um时,切削力和切削温度随着厚度的增大而降低,刀具切削寿命也在提高;在涂层厚度从3um增大到6um时,切削力和切削温度随着涂层厚度的增大而升高,刀具切削寿命有所下降。