第十四届全国表面工程大会

高速切削的发展趋势更倾向于在更高的切削速度、以及干式或极小量润滑剂(MQL)的工况下进行加工。因此，其严酷的接触条件对切削过程中刀具材料的力学性能提出了更严格的要求。为了改善切削刀具涂层的质量和耐磨损性能，需要针对涂层的微观结构、耐氧化性、热稳定性、热硬性、力学性能等进行优化，从而延长刀具寿命。在切削过程中，复杂的多因素现象对涂层刀具的影响很大，包括：摩擦磨损、粘结作用、高温氧化、疲劳冲击等。例如在铣削过程中刀刃的切入与切出、以及切削过程中锯齿状切屑的产生所导致的切削力和刀具应力的高频周期变化，都会对刀具表面的涂层产生低频或高频的疲劳冲击，造成涂层的断裂及剥落失效。因此，针对刀具涂层的抗疲劳冲击性能的研究是非常重要的。本研究采用物理气相沉积(PVD)工艺分别在ISO P30硬质合金基体上涂覆双层TiSiN/TiAlN涂层和多层TiSiN/TiAlN纳米涂层。涂层的抗低频疲劳断裂能力在纳米冲击实验设备上进行测试，涂层的抗高频疲劳断裂能力在本实验室自行搭建的超声高频疲劳冲击试验平台上进行测试，并通过疲劳冲击过程中的动态载荷信号以及冲击残余凹痕的SEM形貌图来分析涂层的疲劳断裂模式。此外，使用该两种涂层刀具切削加工钛合金Ti-6Al-4V，以验证涂层的力学性能测试与其切削加工性能之间的关联。研究发现：当冲击载荷较小时，多层TiSiN/TiAlN纳米涂层具备更好的抗疲劳断裂性能；当冲击载荷较大时，双层TiSiN/TiAlN涂层则表现出更好的抗疲劳断裂性能；在小进给的切削工况下，多层TiSiN/TiAlN纳米涂层刀具具备更好的切削性能；在大进给的切削工况下，双层TiSiN/TiAlN涂层刀具则表现出更好的切削性能。

纳米涂层；抗疲劳冲击；高频冲击；钛合金；切削性能