TiAIN涂层刀具的高温摩擦应力仿真分析.pdf

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1、设计与研究D∞啪andRe湖『ChTiAIN涂层刀具的高温摩擦应力仿真分析+刘爱华①刘文清②苗秋华①(①山东交通学院机械制造系，山东济南250023；②山东法因数控机械股份有限公司，山东济南250101)摘要：TiAlN涂层是目前应用广泛的三元氮化物刀具涂层。针对T认lN涂层目前常用的球一盘高温摩擦方式中的高温摩擦应力进行仿真研究，揭示高温摩擦过程中涂层的受力状态。结果表明：在涂层与基体的结合面上，温度对径向应力叽的影响较大。对结合面上的轴向应力呒和剪切应力％的影响不大；沿深度方向，力的加载中心处的叽、

2、力的加载边缘处的L：在涂层与基体的接合面上均存在突变，且随温度的升高，突变程度增加，涂层易发生翘曲脱落。关键词：TiAlN；涂层刀具；高温；摩擦应力；仿真分析中图分类号：TG711文献标识码：AFrictIOnstresssimuIatiOnanaIysisOftheTiAINcOatingtOOIsateIeVatedtemperatureLIUAihua①，LIUWenqing②，MIAOQiuhua①(Q)DepartmentofMechanicalEngineering，ShandongJiao

3、tonguniversity，Jinan250023，CHN；(④shandongFinCNCMachineCo．，I』td．，Jinan250101，cHN)Abstract：TiAlNcoatingistemarynitrideswhichhasbeenwidelyusedintherangeofmetalcutting．Thestudyemphasizesonthef矗ctionstressateleVatedtothecommonlyusedbaU—on—disctempemturesaccor

4、dingexperimentalf0咖，exploresthestressconditioninthe衔ctionprocessatelevatedtemperature．There—sultsshowthattemperaturesgreatlyaf．fecttheradialstress盯。onthebondingsu—．aceofcoatingandsub—stmte，butdon’tmuchafkctaxialstress盯：andtheshearstress丁船；alongthedepthdi

5、rection，盯，onthecenterofthe10adingand丁船ontheedgeoftheloadingaUexistedvaluebreakonthebondingsudAceofcoatingandsubstrate，andthebreakde铲eeincreaseswiththeincreaseoftemperature，thecoatingcaneasilybedefomedandbreako仃fromthesubstrate．Keywords：TiAlN；coatingt001s

6、；elevatedtemperature；衔ctionstress；simulationanalysisTi基氮化物涂层中研究最早的是TiN涂层，其具研究逐渐由常温转到高温环境∞‘6J，而这些研究均从有高强度、高硬度及较高的抗氧化性等特点，因而广泛实验的角度揭示TiAlN涂层刀具的摩擦特性与磨损机应用于金属材料的机械加工、医疗、微电子腐蚀防护等理，但对在高温摩擦过程中涂层所受的高温摩擦应力各个领域。但随着先进制造技术的发展，单一的TiN的研究较少。本研究针对TiAlN涂层目前常用的球一涂层不能够满足生产

7、需要，研究发现在TiN涂层基础盘高温摩擦方式中的高温摩擦应力进行仿真研究，揭上发展起来的多元以及多层复合涂层，性能远优于单示高温摩擦过程中涂层的受力状态，为研究涂层的磨一的TiN涂层‘1o。一些金属元素Al、Cr、W、V和Zr等损机理提供进一步的理论依据。都具有很好的合金化特性，与二元涂层TiN相比，加入1高温摩擦实验以上金属元素形成的三元或者多元氮化物涂层性能均得到了明显提高，其中的TiAlN涂层是目前应用广泛TiAlN涂层由于其较高的硬度和耐磨性，多应用的三元氮化物刀具涂层‘2‘“。在高速干切削条件

8、，在切削中处在高应力状态，其应力刀具在切削的过程中产生大量的摩擦热，使涂层可达1～2GPa，所以在本研究中选用球一盘接触方式的工作温升急剧增加，因此目前对涂层刀具的摩擦学所提供的点接触形式进行摩擦试验，以求接近涂层实}山东省优秀中青年科学家奖励基金(Bs2013zZ010)；山东交通学院科研基金(Z201219)；山东交通学院博士科研启动基金资助·60·穗、bj，劈zulq$糌月q朋Desig几andR洲咄设计与研究际的使用工况。试验用的摩