涂層刀具在機(jī)械加工中的應(yīng)用實(shí)例

林成虎，任靖日＊，周俊宏

（1.延邊大學(xué)工學(xué)院 機(jī)械工程系，吉林 延吉133002；2.一汽豐田（長春）發(fā)動機(jī)有限公司，吉林 長春130000）

涂層刀具在機(jī)械加工中的應(yīng)用實(shí)例

林成虎1，任靖日1＊，周俊宏2

（1.延邊大學(xué)工學(xué)院 機(jī)械工程系，吉林 延吉133002；2.一汽豐田（長春）發(fā)動機(jī)有限公司，吉林 長春130000）

在曲軸和連桿加工中采用涂層與未涂層刀具進(jìn)行對比試驗(yàn)，并通過光學(xué)顯微鏡對每種刀具的壽命和磨耗進(jìn)行了觀察和分析.結(jié)果表明，涂層刀具較未涂層刀具相比，刀具磨耗更小，刀具壽命更長，并且可提高加工效率和加工件的精度.

涂層刀具；曲柄；連桿；磨耗；刀具壽命

0 引言

涂層刀具是在高速鋼和硬質(zhì)合金（少數(shù)在陶瓷和超硬材料）上利用氣相沉積方法涂覆一薄層耐磨性好的難熔金屬或非金屬化合物而獲得的［1］，它具有硬度高、耐磨性好、化學(xué)性能穩(wěn)定、摩擦因數(shù)小和熱導(dǎo)率低等特性［2］.由于一種涂層刀具可以代替數(shù)種非涂層刀具使用，因而可以大大減少刀具品種的庫存量，簡化刀具管理，降低刀具設(shè)備成本，提高加工效率［3］.目前，發(fā)達(dá)國家制造工業(yè)中涂層刀具的應(yīng)用率已超過80%，特別是在CNC機(jī)床所用切削刀具中，涂層刀具的應(yīng)用率已超過90%；但在國內(nèi)由于人們?nèi)鄙賹ν繉拥毒叩淖銐蛘J(rèn)識，以及受價(jià)格等因素的影響，使得涂層刀具在我國的制造工業(yè)中未能得到廣泛應(yīng)用（僅占20%）［4－5］，仍以硬質(zhì)合金、高速鋼、金屬陶瓷以及立方氮化硼等一些無涂層刀具為主［6］.本文以曲軸前端螺紋孔攻絲和半精鏜發(fā)動機(jī)連桿大端孔加工為例，對涂層與未涂層刀具磨耗和刀具壽命進(jìn)行觀察分析，為涂層刀具在我國機(jī)械加工中的應(yīng)用和推廣提供參考.

1 曲軸前端螺紋孔攻絲實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)方法

使用小型加工中心做曲軸前端螺紋孔攻絲實(shí)驗(yàn).工件材質(zhì)為鍛鋼，硬度為240 Hv，原絲錐壽命設(shè)定300件.分別使用10支涂層高速鋼絲錐（涂層為TIN涂層）和10支未涂層高速鋼絲錐進(jìn)行試驗(yàn)，每支絲錐可使用4回，并以光學(xué)顯微鏡進(jìn)行觀測.

1.2 結(jié)果與分析

圖1和圖2分別為涂層高速鋼絲錐與未涂層高速鋼絲錐使用300件后的磨耗示意圖（所加工工件經(jīng)檢測全部合格）.圖1顯示，絲錐的TIN涂層開始出現(xiàn)剝落的跡象，而高速鋼基體牙型仍完整.圖2顯示，絲錐前刀面已經(jīng)出現(xiàn)磨損點(diǎn)，邊緣處已經(jīng)磨圓，絲錐磨耗較大，牙型已不完整，需要重新研磨.圖3為涂層高速鋼絲錐用500件后的磨耗示意圖.圖3顯示，絲錐的TIN涂層出現(xiàn)部分剝落，但高速鋼基體牙型較完整，齒闊仍為圓形，仍可繼續(xù)使用.

圖1 涂層高速鋼絲錐加工300件后的磨耗示意圖

圖2 未涂層高速鋼絲錐加工300件后的磨耗示意圖

圖3 涂層高速鋼絲錐加工500件后的磨耗示意圖

2 半精鏜發(fā)動機(jī)連桿大端孔實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)方法

使用專用NC鏜床（非標(biāo)）做半精鏜發(fā)動機(jī)連桿大端孔實(shí)驗(yàn).工件材質(zhì)為粉末冶金，硬度為320 Hv，n＝1 057 r／min，原刀具壽命設(shè)定為100件.分別使用10片涂層金屬陶瓷刀具（涂層為TIN涂層）和10片未涂層金屬陶瓷刀具進(jìn)行試驗(yàn)，每片可使用8回，并以光學(xué)顯微鏡進(jìn)行觀測.

2.2 結(jié)果與分析

圖4和圖5分別為涂層金屬陶瓷刀具和未涂層金屬陶瓷刀具加工100件后的磨耗示意圖（刀具所加工工件經(jīng)檢測全部合格）.圖4顯示，涂層金屬陶瓷刀具的1個(gè)角的磨耗很低，可以忽略不計(jì)，另外3個(gè)角的磨耗分別為0.055、0.093 mm和0.087 mm.在實(shí)際生產(chǎn)中此類刀具的最終使用磨耗一般控制在0.2 mm左右，所以此刀具還存在較大的提壽空間.圖5顯示，未涂層金屬陶瓷刀具的4個(gè)角的磨耗分別為0.154、0.200、0.161 mm 和0.276 mm，說明刀具磨耗較大（有2個(gè)角的磨耗已超出0.2 mm），已不具備提壽條件.圖6為涂層金屬陶瓷刀具加工150件后的磨耗示意圖（刀具所加工工件經(jīng)檢測全部合格）.圖6顯示，當(dāng)涂層金屬陶瓷刀具加工到150件時(shí)，刀具4個(gè)角的磨耗分別為0.171、0.167、0.127 mm和0.143 mm.刀具的磨耗仍在0.2 mm以內(nèi)，表明刀具還有提壽空間.

圖4 涂層金屬陶瓷刀具加工100件后的磨耗示意圖

圖5 未涂層金屬陶瓷刀具加工100件后的磨耗示意圖

圖6 涂層金屬陶瓷刀具加工150件后的磨耗示意圖

3 結(jié)論

本文研究表明，涂層刀具壽命是未涂層刀具壽命的1.5～1.7倍，且由于涂層刀具磨耗小，所以被加工工件可獲得較高的表面加工精度和工件尺寸的穩(wěn)定性.同時(shí)，由于涂層刀具使用壽命提升，可提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的穩(wěn)定性.因此，應(yīng)積極在我國的機(jī)械加工中推廣和使用涂層刀具，以促進(jìn)我國機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展.

［1］戈廣嶺.刀具涂層技術(shù)在普通機(jī)床加工中的應(yīng)用［J］.工具技術(shù)，2008，42（4）：83－84.

［2］付德君，楊慧娟，吳大維，等.刀具涂層技術(shù)的新進(jìn)展［J］.航空制造技術(shù)，2009（13）：80－83.

［3］劉建華，鄧建新，張慶余.TiALN涂層刀具的發(fā)展與應(yīng)用［J］.工具技術(shù)，2006，40（4）：9－13.

［4］雒有成.刀具涂層技術(shù)及其發(fā)展［J］.硬質(zhì)合金，2007，24（4）：252－257.

［5］李洪林，李波，胡恒寧，等.刀具涂層技術(shù)的最新發(fā)展?fàn)顩r［J］.工具技術(shù)，2010，44（4）：3－6.

［6］和文云.涂層刀具推進(jìn)切削加工發(fā)展［J］.企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2010，29（3）：107－123.

The application of coated tools in machining

LIN Cheng－h(huán)u1，REN Jing－ri1＊，ZHOU Jun－h(huán)ong2
（1.DepartmentofMechanicalEngineering，YanbianUniversity，Yanji133002，China；2.FawToyota（Changchun）EngineCo.Ltd.，Changchun130000，China）

Coated tools and non－coated tools are used in producting crankshaft and connecting link.The tool life and tool detrition of both tools are examined by OM.The results sho wthat comparing with non－coated tools，coated tools have not only less defacement and detrition but also higher tool life，while improving the machining efficiency and machining accuracy.The results can give the reference to choose and apply rational tools for the machinery manufacting.

coated tool；crankshaft；connecting link；detrition；tool life

TG711

A

1004－4353（2012）01－0092－03

2012－02－22

＊通信作者：任靖日（1960—），男，博士，教授，研究方向?yàn)椴牧夏Σ翆W(xué)特性.