[01249983]面向难加工材料的新型润滑涂层刀具关键技术

本成果依托山东省自然科学基金、山东省高校科研计划项目等项目，通过对切削摩擦学、涂层技术、润滑技术等多学科理论和技术进行分析，构建了兼具良好耐磨性和润滑性能的新型自润滑复合涂层刀具的设计理论和技术体系。

通过对复合涂层与刀具基体材料的物理和化学相容性分析计算，优化了复合涂层刀具的结构，构建了复合润滑涂层刀具结构设计模型。

其次，通过对表面和截面微观形貌、成分分析、膜-基结合力、厚度以及显微硬度等性能的研究，成功制备出了具有优异综合性能的复合润滑涂层刀具。

第三，利用制备的复合润滑涂层刀具进行摩擦磨损试验，通过摩擦系数、磨损形貌和成分分析，研究了复合涂层刀具的摩擦磨损特性，并建立了复合涂层刀具的减摩耐磨模型。

最后，利用所研制的复合润滑涂层刀具进行淬硬钢、铝合金等难加工材料的切削试验，系统深入地研究了复合涂层刀具的切削性能，结合切削条件、切削力、切削温度、刀具/工件摩擦系数、加工表面质量、刀具寿命、磨损形貌及成分等测试数据，以切削摩擦学理论为依据，建立了切屑变形、切削力、切削温度、刀具磨损等的理论模型，并阐明复合涂层刀具使用过程中润滑膜的形成机制及涂层磨损演变规律，揭示了复合涂层刀具的减摩抗磨机理、切削适用条件及使用范围。

相关实验结果表明该自润滑复合涂层刀具能够降低摩擦磨损过程中的摩擦系数30%以上，涂层刀具的结合性能提高25%以上，涂层表面光滑，表面粗糙度Ra只有40-50nm，表面摩擦力很低，便于切屑快速流过，减摩耐磨性更好，且刀片表面不易产生积屑瘤，更能适应铝合金、铜合金、镍基合金等难加工材料的切削加工，改善零件加工质量和表面粗糙度，延长涂层的使用寿命10%以上。

目前我国年产数控切削机床超过7万台，配套消耗的刀具费用达35亿元以上。该技术按1%的使用推广率计算，至少每年为企业降低成本3500万元，具有显著的经济效益和社会效益。

另外，本项目对丰富和发展绿色切削刀具的设计理论具有重要的学术价值，对低环境负荷、高资源效益的绿色制造的实施起到积极的推动作用。