涂層刀具熱傳導(dǎo)及溫度測(cè)試技術(shù)圖書(shū)目錄

主要物理符號(hào)及單位1

第1章緒論7

1.1概述7

1.2涂層刀具的結(jié)構(gòu)、厚度、性能特點(diǎn)10

1.3切削加工熱量耗散模型11

1.4涂層刀具熱傳導(dǎo)及切削溫度研究常用的方法15

1.4.1涂層刀具的熱傳導(dǎo)16

1.4.2涂層刀具切削溫度17

1.5本章小結(jié)18

第2章涂層刀具的熱物理性質(zhì)19

2.1材料的熱傳導(dǎo)機(jī)理19

2.2涂層刀具的熱傳導(dǎo)20

2.3涂層刀具的導(dǎo)熱系數(shù)22

2.3.1涂層刀具導(dǎo)熱系數(shù)特性22

2.3.2涂層刀具導(dǎo)熱系數(shù)的選用24

2.4涂層刀具的對(duì)流換熱系數(shù)27

2.5本章小結(jié)33

第3章涂層刀具切削熱分配與熱流量34

3.1涂層刀具切削熱分配34

3.1.1工件材料對(duì)切削熱分配的影響34

3.1.2切削參數(shù)對(duì)切削熱分配的影響35

3.1.3刀具涂層對(duì)切削熱分配的影響 36

3.2熱流量與對(duì)流換熱系數(shù)計(jì)算實(shí)例分析38

3.3本章小結(jié)44〖KMB〗

第4章刀具切削溫度常用測(cè)量技術(shù)45

4.1切削溫度研究的方法45

4.2熱電偶測(cè)量切削溫度47

4.2.1熱電偶測(cè)溫原理47

4.2.2熱電偶測(cè)溫的基本定則49

4.2.3切削溫度常用的測(cè)量方法50

4.3薄膜熱電偶測(cè)量溫度技術(shù)56

4.4本章小結(jié)60

第5章涂層刀具切削溫度自測(cè)技術(shù)61

5.1涂層刀具的物理機(jī)械性能61

5.1.1涂層形貌和涂層厚度61

5.1.2涂層與基體之間的結(jié)合力62

5.1.3涂層材料和基體材料的熱物理參數(shù)66

5.2涂層刀具切削溫度自測(cè)傳感器66

5.2.1涂層刀具切削溫度自測(cè)傳感器的測(cè)溫原理68

5.2.2涂層刀具切削溫度自測(cè)傳感器的標(biāo)定70

5.3涂層刀具切削溫度自測(cè)傳感器的應(yīng)用76

5.3.1涂層刀具切削溫度的測(cè)量78

5.3.2涂層刀具切屑溫度測(cè)量結(jié)果81

5.4本章小結(jié)82

第6章涂層刀具切削溫度的解析法研究84

6.1涂層刀具的瞬態(tài)切削溫度分布84

6.1.1給定前刀面熱流密度的涂層刀具瞬態(tài)溫度分布84

6.1.2給定前刀面溫度的涂層刀具瞬態(tài)溫度分布95

6.2涂層刀具的穩(wěn)態(tài)溫度分布101

6.2.1給定前刀面熱流密度的涂層刀具穩(wěn)態(tài)溫度分布101

6.2.2給定前刀面溫度的涂層刀具穩(wěn)態(tài)溫度分布105

6.2.3給定兩表面溫度的涂層刀具穩(wěn)態(tài)溫度分布108

6.3涂層刀具切削溫度分析計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果比較110

6.3.1涂層刀具切削力、刀-屑摩擦系數(shù)與切屑厚度111

6.3.2涂層刀具的熱流密度116

6.3.3涂層刀具溫度的解析法計(jì)算120

6.4本章小結(jié)121

第7章基于涂層刀具的擴(kuò)散層模型的切削溫度分析123

7.1涂層刀具切削溫度的有限元模擬123

7.1.1刀具切削溫度的有限元分析技術(shù)123

7.1.2刀具切削溫度的有限元仿真研究現(xiàn)狀126

7.2涂層刀具的擴(kuò)散層132

7.2.1涂層刀具擴(kuò)散層的物理建模133

7.2.2涂層刀具擴(kuò)散層厚度的確定134

7.2.3涂層刀具擴(kuò)散層的導(dǎo)熱系數(shù)137

7.3基于涂層刀具切削溫度的有限元仿真141

7.3.1涂層刀具擴(kuò)散層厚度及擴(kuò)散體積分?jǐn)?shù)141

7.3.2涂層刀具有限元建模142

7.3.3涂層刀具前刀面切削溫度仿真144

7.4本章小結(jié)148

第8章總結(jié)與展望149

8.1結(jié)論149

8.1.1刀具涂層對(duì)熱傳導(dǎo)的影響149

8.1.2涂層刀具切削溫度自測(cè)傳感器149

8.1.3涂層刀具熱傳導(dǎo)理論的研究150

8.1.4涂層刀具切削試驗(yàn)的研究151

8.2工作展望151

參考文獻(xiàn)152" 2100433B

不同涂層材料和刀具基體對(duì)切削熱的產(chǎn)生和溫度場(chǎng)分布具有很大的影響切削溫度是選擇刀具基體和涂層的重要依據(jù) 本書(shū)從涂層材料性質(zhì)分析、切削熱的分配、切削溫度測(cè)量技術(shù)、切削溫度的理論分析、切削試驗(yàn)到涂層刀具切削溫度動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)、擴(kuò)散層理論提出以及刀具溫度高精度仿真技術(shù)由淺入深探索了涂層影響刀具切削溫度的規(guī)律分析了涂層刀具熱傳導(dǎo)理論明確涂層對(duì)刀具熱傳導(dǎo)的作用機(jī)理實(shí)現(xiàn)了對(duì)涂層刀具切削溫度的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量和高精度仿真

本書(shū)適用從事切削加工的研究人員以及大學(xué)研究生閱讀也可供從事切削加工的工程技術(shù)人員參考使用"

涂層刀具現(xiàn)狀

涂層刀具已成為現(xiàn)代切削刀具的標(biāo)志，在刀具中的使用比例已超過(guò)50%。切削加工中使用的各種刀具，包括車(chē)刀、鏜刀、鉆頭、鉸刀、拉刀、絲錐、螺紋梳刀、滾壓頭、銑刀、成形刀具、齒輪滾刀和插齒刀等都可采用涂層工藝來(lái)提高它們的使用性能。

涂層刀具類(lèi)別

涂層刀具有四種：涂層高速鋼刀具，涂層硬質(zhì)合金刀具，以及在陶瓷和超硬材料（金剛石或立方氮化硼）刀片上的涂層刀具。但以前兩種涂層刀具使用最多。在陶瓷和超硬材料刀片上的涂層是硬度較基體低的材料，目的是為了提高刀片表面的斷裂韌度（可提高10%以上），可減少刀片的崩刃及破損，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

涂層刀具新型涂層技術(shù)

Ti-Al-X-N新型涂層技術(shù)是利用氣相沉積方法在高強(qiáng)度工具基體表面涂覆幾微米高硬度、高耐磨性難熔Ti-Al-X-N涂層，從而達(dá)到減少刀具磨損，延長(zhǎng)壽命，提高切削速度的目的。它是高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng)課題取得的重要成果。

涂層刀具涂層方法

生產(chǎn)上常用的涂層方法有兩種：物理氣相沉積（PVD) 法和化學(xué)氣相沉積（CVD) 法。前者沉積溫度為500℃，涂層厚度為2~5μm；后者的沉積溫度為900℃~1100℃，涂層厚度可達(dá)5~10μm，并且設(shè)備簡(jiǎn)單，涂層均勻。因PVD法未超過(guò)高速鋼本身的回火溫度，故高速鋼刀具一般采用PVD法，硬質(zhì)合金大多采用CVD法。硬質(zhì)合金用CVD法涂層時(shí)，由于其沉積溫度高，故涂層與基體之間容易形成一層脆性的脫碳層（η相），導(dǎo)致刀片脆性破裂。近十幾年來(lái)，隨著涂覆技術(shù)的進(jìn)步，硬質(zhì)合金也可采用PVD法。國(guó)外還用PVD/CVD相結(jié)合的技術(shù)，開(kāi)發(fā)了復(fù)合的涂層工藝，稱為PACVD法（等離子體化學(xué)氣相沉積法）。即利用等離子體來(lái)促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，可把涂覆溫度降至400℃以下（涂覆溫度已可降至180℃~200℃），使硬質(zhì)合金基體與涂層材料之間不會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散、相變或交換反應(yīng)，可保持刀片原有的韌性。據(jù)報(bào)道，這種方法對(duì)涂覆金剛石和立方氮化硼（CBN）超硬涂層特別有效。

涂層刀具要求

用CVD法涂層時(shí)，切削刃需預(yù)先進(jìn)行鈍化處理（鈍圓半徑一般為0.02~0.08mm，切削刃強(qiáng)度隨鈍圓半徑增大而提高），故刃口沒(méi)有未涂層刀片鋒利。所以，對(duì)精加工產(chǎn)生薄切屑、要求切削刃鋒利的刀具應(yīng)采用PVD法。涂層除可涂覆在普通切削刀片上外，還可涂覆到整體刀具上，已發(fā)展到涂覆在焊的硬質(zhì)合金刀具上。據(jù)報(bào)道，國(guó)外某公司在焊接式的硬質(zhì)合金鉆頭上采用了PCVD法，結(jié)果使加工鋼料時(shí)的鉆頭壽命比高速鋼鉆頭長(zhǎng)10倍，效率提高5倍。

涂層刀具使用注意事項(xiàng)

涂層刀具的使用效果除與涂層方法及設(shè)備、涂層工藝和涂層材料有關(guān)外，還有以下情況應(yīng)加以注意：

一、涂前刀具的表面質(zhì)量 。被涂刀具表面應(yīng)是光亮的磨光面，刀具各工作表面上不得有銹斑、磨糊、氧化、崩刃等缺陷，要求刃口上無(wú)毛刺。前、后刀面上的表面粗糙度應(yīng)達(dá)到Ra<0.8~1.25μm。表面粗糙度值愈小，涂層的結(jié)合度愈好。此外，刀具表面的清洗質(zhì)量也十分重要。

二、刀具基體材料。涂層刀具的基體材料與涂層材料應(yīng)合理匹配，須根據(jù)不同的加工要求選用。涂層高速鋼刀具的基體，既可用W₆Mo₅Cr₄V₂(M2)的通用型高速鋼，也可用含鈷的超硬高速鋼和粉末冶金高速鋼(PM HSS)或者是整體采用硬質(zhì)合金鎢鋼制成的　鎢鋼刀片。因粉末冶金的基體均勻，故使用效果好。加工鈦合金時(shí)，推薦用含鈷超硬高速鋼如W₂Mo₉Cr₄VCo₈(M42)作為刀具的基體材料。對(duì)于涂層滾刀，當(dāng)以正常切削速度(小于45m/min)加工齒輪時(shí)，崩刃是滾刀磨損的主要原因，因此應(yīng)選擇韌性較好的W₆Mo₅Cr₄V₂高速鋼作為刀具的基體材料；而在高速滾齒時(shí)(切削速度大于100m/min)，月牙洼磨損是滾刀磨損的主要原因，因此應(yīng)選用耐熱性和耐磨性較高的含鈷超硬高速鋼或CW₉Mo₃Cr₄VN高速鋼為刀具的基體材料。 涂層硬質(zhì)合金刀具的基體，在加工鋼材時(shí)，宜選擇加工鋼材的硬質(zhì)合金，如WC-TiC-Co或WC-TiC-TaC-Co類(lèi)合金(P30用得較多)；加工鑄鐵和有色金屬時(shí)，宜選擇WC-Co類(lèi)合金(K20用得較多)。 被加工材料的硬度及切削加工性，對(duì)涂層刀具的使用效果也有一定影響。試驗(yàn)證實(shí)，涂層刀具最適于切削高硬度和耐磨合金一類(lèi)難加工材料。

三、刀具的幾何角度。 由于涂層的潤(rùn)滑性好，所以涂層刀具工作時(shí)常會(huì)在工件表面上打滑，為此涂層刀具上的后角應(yīng)比未涂層刀具的后角略大。實(shí)踐表明，對(duì)鉸刀等一類(lèi)精加工刀具，加大后角后，可使刃口鋒利，切屑形成容易，打滑現(xiàn)象明顯減少，刀具的使用性能提高。

四、切削用量和切削液 。為了充分發(fā)揮涂層刀具的性能，必須正確選用切削用量和切削液。涂層刀具由于耐熱性好，抗月牙洼磨損能力強(qiáng)，故可采用較大進(jìn)給量和切削速度工作，但首先應(yīng)選取較大進(jìn)給量。通常涂層高速鋼刀具采用的進(jìn)給量比未涂層刀具提高10%~100%，提高20%~30%的切削速度是合適的。為了提高工效，涂層硬質(zhì)合金刀具也可采用比未涂層刀具高25%~70%的切削速度進(jìn)行切削。用涂層硬質(zhì)合金通用刀具加工中碳結(jié)構(gòu)鋼時(shí)的切削速度，立銑刀可達(dá)100~150m/min，鉆頭可達(dá)80~100m/min；絲錐加工鑄鐵為20~40m/min。 實(shí)踐證明，使用20號(hào)機(jī)械油加10%煤油冷卻時(shí)，可使涂層高速鋼鏜刀的壽命提高1~2倍。TiN涂層高速鋼滾刀加工20CrMnTi(197HBS)鋼制斜齒圓柱齒輪(模數(shù)m=5)時(shí)，使用20號(hào)機(jī)械油和煤油混合潤(rùn)滑，刀具壽命可提高5倍左右，即使重磨后也可提高2~3倍，干切時(shí)壽命僅提高1倍。 [pre]涂層刀具使用時(shí)還要求機(jī)床的精度好、剛性高和振動(dòng)小，刀具或刀片的夾持也應(yīng)牢固。

《高性能刀具及涂層刀具材料的切削性能》介紹了高速鋼切削刀具、硬質(zhì)合金切削刀具、陶瓷切削刀具、金剛石切削刀具及立方氮化硼切削刀具的切削性能，同時(shí)介紹了各系列涂層刀具，包括單一涂層刀具、多元復(fù)合涂層刀具及多元多層復(fù)合涂層刀具的切削性能以及不同刀具涂層的制備技術(shù)。全書(shū)共分13章：第1章介紹了各種高性能切削刀具的特點(diǎn)及綜合性能；第2～6章分析了高速鋼切削刀具、硬質(zhì)合金切削刀具、陶瓷切削刀具、金剛石切削刀具及立方氮化硼切削刀具的切削性能；第7～8章介紹了涂層刀具的特性、研究進(jìn)展及應(yīng)用；第9～12章分析了單一涂層刀具、多元復(fù)合涂層刀具及多元多層復(fù)合涂層刀具的切削性能及刀具涂層的各種制備技術(shù)；第13章探討了我國(guó)涂層刀具存在的問(wèn)題及解決對(duì)策。

《高性能刀具及涂層刀具材料的切削性能》可供從事切削加工技術(shù)及刀具材料生產(chǎn)的科技工作者閱讀，也可供高等院校材料類(lèi)、機(jī)械類(lèi)、表面工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)的本科生和研究生參考。