1. TiN的性質(zhì)
   TiN顏色為金色，面心立方晶格，熔點(diǎn)為2950℃，其靜磨擦系數(shù)為0.13～0.15,動(dòng)磨擦系數(shù)為0.05～0.10,熱膨脹系數(shù)為9.35×10-6/℃。在大多數(shù)酸、堿中不溶解，在350～400℃空氣中不氧化，TiN無毒性。
2. TiN涂層工藝
   利用CLDA-700磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備在硬質(zhì)合金刀片上沉積TiN，保持其它參數(shù)不變，只改變氮分壓。具體工藝為：硬質(zhì)合金刀片在鍍膜室內(nèi)濺射清洗5min后開始沉積TiN,活化源功率2.5kW,靶功率10kW,基片負(fù)偏壓200V,極間距240mm,鍍膜室溫度500℃。保持其它參數(shù)不變，使氮分壓值分別為0.9×10-2、2.4×10-2、4.5×10-2、6.0×10-2和8.6×10-2Pa沉積時(shí)間,60min。其結(jié)果，隨著氮分壓增加，膜層相組成朝著富氮相方向發(fā)展，變化趨勢(shì)為：aTi→(aTi+Ti2N)→(Ti2N+TiN)→TiN.由Ti2N和TiN兩相組成的膜硬度最高，為HK2500kg/mm2。氮分壓對(duì)膜層硬度的影響，主要是由氮分壓不同使膜層的相組成不同而引起的。

2 試驗(yàn)分析

1. PVD涂層對(duì)硬質(zhì)合金刀具的切削力影響
   1. 刀具的選擇
      選用A、V和H型斷屑槽(GB2076-87)的可轉(zhuǎn)位刀片(參見圖1所示)，精磨周邊和底面后，將一部分進(jìn)行PVD涂層，刀片材料YT15,U級(jí)精度。
      
      (a)SNUM150608-A4
      (b)SNUM150608-V4
      (c)SNUM150608-H4圖1正方形A、V、H形槽刀片
   2. 試驗(yàn)方法及結(jié)果
      試驗(yàn)在大連機(jī)床廠生產(chǎn)的C620-3型普通車床上進(jìn)行，外圓干式切削，工件材料為45鋼，退火狀態(tài)。根據(jù)主偏角的要求，選擇可轉(zhuǎn)位車刀刀桿符合GB5343.2-85標(biāo)準(zhǔn)。切削力的測量選用瑞士產(chǎn)的新型Kistler壓電式測力儀(型號(hào)為9257B)以及配套的電荷放大器，SC16光線示波器記錄儀。對(duì)試驗(yàn)用三種斷屑槽形，分別改變切削深度ap,切削速度v,進(jìn)給量f,用接觸圖形法測量切削區(qū)的刀-屑接觸長度，對(duì)切削力進(jìn)行測量，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。
      
      (a)kr=75°，SNUM150608-A4刀片
      (b)kr=75°，SNUM150608-V4刀片
      (c)kr=75°，SNUM150608-H4刀片
      (工件材料：45鋼，—未涂層，----PVD涂層)
      圖2PVD涂層與未涂層刀具的切削力比較
   3. 試驗(yàn)結(jié)果分析
      1. PVD涂層刀具的切屑變形系數(shù)x與未涂層刀具相比明顯減小，減小幅度約為10～25%。x減小，切屑厚度減小，切屑自然卷曲半徑增大，這一點(diǎn)對(duì)切屑的折斷是不利的。
      2. PVD涂層后刀-屑接觸長度lf與未涂層刀具相比也有明顯縮短，說明涂層以后刀具和切屑之間的磨擦系數(shù)減小。
      3. 加工時(shí)切屑呈淺棕色，變形區(qū)薄，這表明涂層刀具的切削溫度低于未涂層刀具，刀具耐用度提高。 #p#分頁標(biāo)題#e#
      4. PVD涂層刀具的切削力比未涂層刀具切削力略有下降，其中進(jìn)給方向的切削力下降比較明顯。
      5. 選擇不同的二維槽形(直線圓弧形，全圓弧形，折線形)，其切削力基本沒有變化。
2. PVD涂層對(duì)刀具斷屑性能的影響
   1. 試驗(yàn)條件與方法
      斷屑試驗(yàn)方法符合專業(yè)規(guī)范要求。工件材料直徑大于70mm,采用的切削速度為：未涂層刀片切削45鋼，v=130m/min,PVD涂層刀具切削45鋼，v=180m/min,其他條件同上。試驗(yàn)得到的斷屑范圍曲線如圖3所示。
      
      (a)SNUM150608-A4
      (b)SNUM150608-V4
      (c)SNUM150608-H4

      
      —未涂層，v=130m/min;----PVD涂層，v=180m/min;—.—PVD涂層，v=130m/min

      圖3 PVD涂層與未涂層刀片斷屑范圍的比較(45鋼)

   2. 試驗(yàn)結(jié)果分析
      PVD涂層以后，盡管切削速度明顯提高，但斷屑范圍并沒有明顯變化。這與通常人們認(rèn)為無斷屑槽刀具隨著切削速度提高會(huì)使切屑難以折斷，斷屑范圍明顯減小的觀點(diǎn)是不一致的。的有以下幾方面的原因可解釋這一問題：
      1. 當(dāng)切削速度較高時(shí)(v>100m/min)，切削力的變化幅度較小，不能引起切屑折斷方式及屑形的變化，切屑的折斷方式主要是由斷屑槽形狀及尺寸、切深、進(jìn)給量以及工件材料特性所確定的。后刀面障礙型折斷方式的最大應(yīng)力εmax為
         emax=ach(1-1)2R0RL (1)式中 ach為切屑厚度;R0為切屑的初始曲率半徑;RL為折斷前的最大曲率半徑。
      2. 切削溫度升高使切屑截面溫度梯度增大，底層溫度及熱應(yīng)變明顯高于表層使切屑容易彎曲。
      3. 切削速度提高致使流屑速度提高，使卷曲的切屑碰撞障礙的沖擊力明顯增大；對(duì)于失穩(wěn)甩斷的切屑，流屑速度提高使失穩(wěn)的切屑振動(dòng)頻率提高，振幅增大而容易甩斷。計(jì)算切屑失穩(wěn)的臨界長度公式
         L0=1.568(c)?rw2 (2)式中c為螺旋屑的抗彎剛度；r為單位長度的切屑質(zhì)量；w為螺旋屑的旋轉(zhuǎn)角速度
         高速切削產(chǎn)生的熱塑剪切失穩(wěn)使切屑易于在熱塑剪切帶折斷。
      4. 對(duì)于二維平行槽刀片，其切屑折斷的極限切深ad與刀尖圓弧半徑re相當(dāng)。當(dāng)斷屑槽型反屑壁一側(cè)為直線形時(shí)，切屑屑型也為逐步過渡形成，即在一定切削深度下，隨著進(jìn)給量由小變大，切屑由不折斷向折斷過渡。
      5. A型斷屑槽的斷屑范圍較大，在進(jìn)給量f、切削深度ap較小時(shí)，應(yīng)選擇直線形斷屑槽。

3 結(jié)論

1. 采用磁控濺射離子鍍技術(shù)沉積的Ti2N涂層硬度達(dá)HK2500kg/mm2,和TiN復(fù)合相，可提高硬質(zhì)合金刀具耐用度1～4倍。
2. PVD涂層刀片切削45鋼使切削力下降，特別是進(jìn)給方向切削力下降較明顯。
3. 選用PVD涂層，盡管切削速度明顯提高(130～180m/min)但斷屑范圍并沒有明顯變化。 #p#分頁標(biāo)題#e#
4. 可用未涂層刀片的斷屑范圍曲線指導(dǎo)涂層刀片的斷屑槽型的合理選用，涂層刀片的槽型設(shè)計(jì)基本可依據(jù)未涂層刀片的有關(guān)規(guī)律。