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《制造技术与机床》杂志创刊于1951年，是我国机械工业科技期刊中创刊早、发行量大、影响面广的刊物之一，拥有广泛、专业的读者群体。本刊属中文核心期刊，中国科技论文统计用刊和《中国学术期刊文摘》摘录用期刊。
TiAlN涂层刀具的高温摩擦应力仿真分析（上）Ti基氮化物涂层中研究最早的是TiN涂层，其具有高强度、高硬度及较高的抗氧化性等特点，因而广泛应用于金属材料的机械加工、医疗、微电子腐蚀防护等各个领域。但随着先进制造技术的发展，单一的TiN涂层不能够满足生产需要，研究发现在TiN涂层基础上发展起来的多元以及多层复合涂层，性能远优于单一的TiN涂层。一些金属元素Al、Cr、W、V和Zr等都具有很好的合金化特性，与二元涂层TiN相比，加入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的三元氮化物刀具涂层。 刀具在切削的过程中产生大量的摩擦热，使涂层的工作温升急剧增加，因此目前对涂层刀具的摩擦学研究逐渐由常温转到高温环境，而这些研究均从实验的角度揭示TiAlN涂层刀具的摩擦特性与磨损机理，但对在高温摩擦过程中涂层所受的高温摩擦应力的研究较少。本研究针对TiAlN涂层目前常用的球-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，为研究涂层的磨损机理提供进一步的理论依据。 TiAlN涂层由于其较高的硬度和耐磨性，多应用在高速干切削条件，在切削中处在高应力状态，其应力可达1～2 GPa，所以在本研究中选用球-盘接触方式所提供的点接触形式进行摩擦试验，以求接近涂层实际的使用工况。试验用的摩擦盘和对磨球的外形如图1所示。其中TiAlN涂在YG6(WC+6 wt% Co)基体盘的表面，对磨球采用纯SiC制成，二者的参数特性如表1,外形照片如图1所示。
摩擦试验在CETR UMT-2高温摩擦磨损试验机上进行，设备的相关工作原理及主要的技术参数在文献中有详细的叙述。根据摩擦实验的结果，研究其在25～700 ℃环境下，垂直压力为10 N，摩擦系数为0.2时涂层所受应力情况。
2.1 涂层中热应力的产生TiAlN涂层的制备是在一定的沉积温度下完成的，在此温度下，涂层与基体可看成无约束叠加复合，不存在力的作用。但是，当温度变化时，涂层材料与基体材料不同的热膨胀系数将会导致二者产生不同的热收缩倾向。但二者在结合界面处相互制约，以防随意变形而导致分离脱落，因此这种不同的收缩倾向将使涂层与基体在界面附近产生热应力。本研究涉及温度的变化，鉴于热应力对涂层失效产生的影响，在考虑摩擦应力时，势必要考虑高温摩擦环境中的热应力，进行综合计算。 2.2 摩擦接触表面的最高温度计算在摩擦的过程中，摩擦副除了受环境温度的影响外，自身还会产生耦合温升，使得摩擦区域的最高温度大于摩擦盘的其余部分，相应的摩擦区域的热应力数值改变，从而影响了整体的摩擦应力，因此需要考虑摩擦温升对摩擦应力的影响。即计算摩擦接触表面的最高温度。 在本研究中，采用文献中的解析计算公式。其中，作者通过必要的假定，采用热传导方程推导出了高温环境下球-盘摩擦形式中摩擦盘表面的最高温度计算公式：
这部分的计算是在摩擦试验结束后完成的，所使用的计算参数均取试验过程中的真实数值。 未完待续，下期放送 版权声明：本文所有文字和图片内容均来源于中文核心期刊《制造技术与机床》杂志，如需转载，请与010-64739674/85联系。经授权后方可转载，转载务必注明“稿件来源：机床杂志社《制造技术与机床》杂志”，违者本刊将依法追究责任。 |
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