自潤滑刀具及其切削加工

前言

　　在全球環(huán)保意識不斷增強與環(huán)保立法日益嚴(yán)格的大趨勢下，如何發(fā)展對環(huán)境無污染、可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)代制造模式已經(jīng)成為我國制造業(yè)面臨的最緊迫難題。在這種綠色浪潮的沖擊下，基于環(huán)保意識的干切削技術(shù)逐漸興起，可以說干切削技術(shù)是一種環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益俱佳的工藝選擇。干切削這種加工方法是未來金屬切削加工的發(fā)展趨勢之一，已在各國工業(yè)界和學(xué)術(shù)界引起廣泛的關(guān)注。但是干切削也存在不足：由于缺少切削液的潤滑和冷卻作用，刀具與工件之間的摩擦加劇，切削溫度升高，刀具的磨損嚴(yán)重，刀具壽命下降，加工表面質(zhì)量惡化。自潤滑刀具是指刀具本身具有減摩和抗磨作用，在沒有外加潤滑液或潤滑劑的條件下，刀具本身就具有一定的潤滑功能，可以改善干切削過程的摩擦潤滑狀態(tài)。實現(xiàn)刀具自潤滑的意義在于：可以降低摩擦、減小磨損、省掉冷卻潤滑系統(tǒng)、克服切削液造成的環(huán)境污染、實現(xiàn)清潔化生產(chǎn)。因此，可以說自潤滑刀具是一種潔凈的干切削刀具。自潤滑刀具的研究開發(fā)為干切削刀具的設(shè)計提供了新的思路和研究領(lǐng)域，為提高刀具性能開拓了新的途徑。深入研究自潤滑刀具及其減摩抗磨機理，對減小刀具磨損、提高刀具的壽命、降低生產(chǎn)成本有重要的實際意義，對豐富和發(fā)展切削刀具的設(shè)計理論具有重要的學(xué)術(shù)價值，還將對減小資源消耗、防止切削液對環(huán)境的污染和實現(xiàn)綠色加工起到極大的推動作用。　　本書作者多年來致力于自潤滑刀具的研究開發(fā)及其減摩抗磨機理的研究。本書是在總結(jié)這些研究成果的基礎(chǔ)上撰寫而成的，其內(nèi)容直接取材于作者在國內(nèi)外專業(yè)期刊上發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和作者指導(dǎo)的博士研究生的博士學(xué)位論文，涉及四種不同類型自潤滑刀具的設(shè)計理論、制備技術(shù)、性能和應(yīng)用等。撰寫本書的目的在于向讀者介紹該領(lǐng)域的最新進(jìn)展，并在實際應(yīng)用中推廣這些成果，希望能對我國刀具技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平的提高起到積極有益的作用。

內(nèi)容概要

本書是作者結(jié)合多年來從事自潤滑刀具技術(shù)研究的成果撰寫而成的。在全面分析國內(nèi)外潤滑刀具技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，著重論述四種自潤滑刀具(添加固體潤滑劑的自潤滑刀具、微池自潤滑刀具、原位反應(yīng)自潤滑刀具和軟涂層自潤滑刀具)的設(shè)計理論、制備方法、物理機械性能、微觀結(jié)構(gòu)、切削性能及其減摩和抗磨機理。本書從理論和應(yīng)用兩方面出發(fā)，著眼于最新的內(nèi)容和動向，既有理論分析，又結(jié)合實際應(yīng)用，反映了自潤滑刀具國內(nèi)外的最新成果?！　”緯晒┣邢骼碚摵颓邢鞯毒叩阮I(lǐng)域的技術(shù)人員和管理人員參考，也可作為科研人員、高等工科院校教師的科研參考書及機械類專業(yè)研究生的教學(xué)參考書。

書籍目錄

序 前盲 第1章 自潤滑刀具的概念及其實現(xiàn)方法 　1.1 干切削及其對刀具的要求 　1.2 切削潤滑原理與潤滑方式 　1.2.1 具有潤滑膜表面的減摩機理 　1.2.2 邊界潤滑條件下的減摩機理 　1.2.3切削加工潤滑原理 　1.2.4 切削加工潤滑方式 　1.3 自潤滑刀具的概念及其實現(xiàn)方法 　1.4 刀具表面存在潤滑膜時的切削力分析 第2章 添加固體潤滑劑的自潤滑刀具 　2.1 添加固體潤滑劑的自潤滑陶瓷刀具的設(shè)計理論 　2.1.1 添加固體潤滑劑的自潤滑陶瓷刀具材料的設(shè)計原則 　2.1.2 添加固體潤滑劑的自潤滑陶瓷刀具材料的化學(xué)相容性分析 　2.1.3 添加固體潤滑劑的自潤滑陶瓷刀具材料的組分設(shè)計 　2.1.4 添加固體潤滑劑的自潤滑陶瓷刀具材料的微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計 　2.2 添加固體潤滑劑的自潤滑陶瓷刀具材料的制備、力學(xué)性能與微觀結(jié)構(gòu) 　2.2.1 自潤滑陶瓷刀具材料的制備 　2.2.2 性能測試 　2.2.3 自潤滑陶瓷刀具材料的力學(xué)性能及微觀結(jié)構(gòu) 　2.3 添加固體潤滑劑的自潤滑陶瓷刀具材料的摩擦磨損特性 　2.3.1 摩擦磨損試驗方法 　2.3.2 固體潤滑劑含量對自潤滑陶瓷刀具材料的摩擦磨損特性的影響 　2.3.3 試驗條件對自潤滑陶瓷刀具材料的摩擦磨損特性的影響 　2.4 添加固體潤滑劑的自潤滑陶瓷刀具材料的自潤滑機理 　2.4.1 添加固體潤滑劑的自潤滑陶瓷刀具材料潤滑膜的成分、微觀結(jié)構(gòu)及形成機理 　2.4.2 添加體潤滑劑的自潤滑陶瓷刀具材料的潤滑膜的轉(zhuǎn)移及自潤滑機理 　2.4.3 添加固體潤滑劑的自潤滑陶瓷刀具材料的潤滑膜的損壞機理 　2.5 添加固體潤滑劑的自潤滑陶瓷刀具切削過程中的減摩機理 　2.5.1 試驗條件 　2.5.2 添加固體潤滑劑的自潤滑陶瓷刀具切削過程中的減摩機理 　2.5.3 切削過程中自潤滑膜的減摩模型及磨損過程的演變規(guī)律 　2.5.4 添加固體潤滑劑的自潤滑陶瓷刀具后刀面的磨損機理 　2.6 本章小結(jié) 第3章 微池自潤滑刀具 　3.1 微池自潤滑刀具的概念及其設(shè)計模型 　3.1.1 微池自潤滑刀具的概念 　3.1.2 微池自潤滑刀具的設(shè)計模型 　3.2.微池自潤滑刀具的結(jié)構(gòu)設(shè)計 　3.2.1 微池自潤滑刀具微孔位置的確定 　3.2.2 微池自潤滑刀具微孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 　3.3 微池自潤滑刀具的制備 　3.4 微池自潤滑刀具試樣的摩擦磨損特性及其減摩機理 　3.4.1 試驗方法 　3.4.2 微池自潤滑刀具試樣的摩擦磨損特性 　3.4.3 不同微孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的微池自潤滑刀具試樣摩擦磨損特性 　3.4.4 填充不同固體潤滑劑的微池自潤滑刀具試樣摩擦磨損特性 　3.4.5 微池自潤滑刀具試樣的減摩機理 　3.5 微池自潤滑刀具的切削性能 　3.5.1 試驗方法 　3.5.2 微池自潤滑刀具的切削性能 　3.5.3 微池自潤滑刀具磨損形貌 　3.5.4 微池自潤滑刀具切削過程的潤滑機理 　3.6 本章小結(jié) 第4章 原位反應(yīng)自潤滑刀具 　4.1 原位反應(yīng)自潤滑陶瓷刀具的設(shè)計理論 　4.1.1 原位反應(yīng)自潤滑陶瓷刀具的設(shè)計原則 　4.1.2 原位反應(yīng)自潤滑陶瓷刀具材料體系的確定 　4.1.3 原位反應(yīng)自潤滑陶瓷刀具材料的化學(xué)相容性分析 　4.1.4 原位反應(yīng)自潤滑陶瓷刀具材料的物理相容性分析 　4.2 原位反應(yīng)自潤滑陶瓷刀具材料的制備、力學(xué)性能與增韌機理. 　4.2.1 原位反應(yīng)自潤滑陶瓷刀具材料的制備工藝 　4.2.2 原位反應(yīng)自潤滑陶瓷刀具材料的力學(xué)性能 　4.2.3 原位反應(yīng)自潤滑陶瓷刀具材料的微觀結(jié)構(gòu) 　4.2.4 原位反應(yīng)自潤滑陶瓷刀具材料的增韌機理 　4.3 原位反應(yīng)自潤滑陶瓷刀具材料的高溫氧化特性 　4.3.1 原位反應(yīng)自潤滑陶瓷刀具材料高溫氧化機理 　4.3.2 原位反應(yīng)自潤滑陶瓷刀具材料的高溫氧化特性 　4.3.3 原位反應(yīng)自潤滑陶瓷刀具材料氧化后的微觀結(jié)構(gòu) 　4.4 原位反應(yīng)自潤滑陶瓷刀具材料的摩擦磨損特性及減摩機理 　4.4.1 摩擦磨損試驗方法 　4.4.2 原位反應(yīng)自潤滑陶瓷刀具材料的摩擦磨損特性及減摩機理 　4.5 原位反應(yīng)自潤滑陶瓷刀具的切削性能 　4.5.1 原位反應(yīng)自潤滑刀具切削加工試驗 　4.5.2 原位反應(yīng)自潤滑刀具的切削力與平均摩擦系數(shù) 　4.5.3 原位反應(yīng)自潤滑刀具的切削溫度 　4.5.4 原位反應(yīng)自潤滑刀具加工工件的表面粗糙度 　4.5.5 原位反應(yīng)自潤滑刀具切削加工時的磨損特性及減摩機理 　4.6 本章小結(jié) 第5章 軟涂層自潤滑刀具 　5.1 MoS2涂層材料與基體材料的匹配 　5.1.1 MoS2涂層材料與基體材料的化學(xué)相容性分析 　5.1.2 MoS2涂層材料與基體材料的物理相容性分析 　5.1.3 基于殘余熱應(yīng)力的MoS2涂層刀具基體材料的優(yōu)選 　5.1.4 MoS2涂層刀具的結(jié)構(gòu)設(shè)計 　5.1.5 涂層刀具最大殘余熱應(yīng)力隨沉積溫度的變化 　5.2 MoS2／Zr軟涂層自潤滑刀具的制備 　5.2.1 MoS2／Zr軟涂層自潤滑刀具的制備工藝 　5.2.2 MoS2／Zr軟涂層自潤滑刀具的性能測試方法 　5.2.3 MoS2／Zr軟涂層自潤滑刀具的制備工藝參數(shù) 　5.3 MoS2／Zr軟涂層自潤滑刀具的性能與微觀結(jié)構(gòu) 　5.3.1 MoS2／Zr軟涂層的形貌和成分 　5.3.2 MoS2／Zr軟涂層的物理機械性能 　5.3.3 MoS2／Zr軟涂層的界面結(jié)合機制 　5.4 MoS2／Zr軟涂層自潤滑刀具材料的摩擦磨損特性 　5.4.1摩擦磨損試驗條件 　5.4.2 MoS2／Zr軟涂層自潤滑刀具材料的摩擦磨損性能 　5.4.3 MoS2／Zr軟涂層自潤滑刀具材料的磨損形貌 　5.4.4 MoS2／Zr軟涂層自潤滑刀具材料的減摩機理 　5.5 MoS2／Zr軟涂層自潤滑刀具的切削性能 　5.5.1 試驗條件 　5.5.2 MoS2／Zr軟涂層自潤滑刀具的切削性能 　5.5.3 MoS2／Zr軟涂層自潤滑刀具的磨損特征 　5.6 本章小結(jié) 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　金屬切削加工中使用的切削液對提高加工效率與加工質(zhì)量均具有重要作用，但是切削液在制造、使用、處理和排放的各個時期均會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。步人21世紀(jì)，各國的環(huán)境戰(zhàn)略經(jīng)歷了一場新的轉(zhuǎn)折，全球性的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整呈現(xiàn)出綠色戰(zhàn)略趨勢，資源利用朝對環(huán)境無污染、少污染的方向發(fā)展。在這種綠色浪潮的沖擊下，基于環(huán)境意識的綠色干切削技術(shù)逐漸興起，成為目前的研究熱點。實現(xiàn)干切削的意義在于：形成的切屑干凈、無污染，易于回收和處理；省去了與切削液有關(guān)的傳輸、過濾、回收等裝置，節(jié)省了與切削液及切屑處理有關(guān)的費用；不產(chǎn)生環(huán)境污染及與切削液有關(guān)的安全與質(zhì)量事故。因此，可以說干切削技術(shù)是一種環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益俱佳的工藝選擇。干切削這種新型加工方法是未來金屬切削加工的發(fā)展趨勢之一，已在各國工業(yè)界和學(xué)術(shù)界引起廣泛的關(guān)注。目前，工業(yè)發(fā)達(dá)國家干切削技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用到了生產(chǎn)領(lǐng)域，并且取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益?！　≡谇邢骷庸み^程中，刀具的前、后刀面不斷與切屑和工件接觸，并發(fā)生劇烈摩擦，接觸區(qū)處于高溫、高壓狀態(tài)。發(fā)生在刀具上的摩擦與磨損會造成刀具損壞而失效，使切削無法進(jìn)行；發(fā)生在工件上的劇烈摩擦則會使加工表面質(zhì)量惡化。為減輕切削加工時的摩擦與磨損，目前普遍采用的方法是在切削加工中使用具有潤滑作用的切削液。切削液的主要作用是改善切削過程的摩擦潤滑狀態(tài)，降低切削溫度，從而延長刀具壽命、提高工件加工表面質(zhì)量。但在切削（尤其是高速切削）高溫作用下，采用切削液潤滑存在以下問題：在切削高溫作用下，切削液中的添加劑難以與刀具表面發(fā)生作用而形成接觸充分的邊界膜；隨著切削溫度的升高，切削液的黏性呈指數(shù)性下降，加上切削壓力的作用，易造成微凸體直接接觸；高溫環(huán)境下易發(fā)生液態(tài)潤滑（潤滑油、脂）性能衰減。因此，對于高速切削等存在切削高溫的加工場合，傳統(tǒng)的切削液減摩潤滑方法已難以滿足加工要求。與傳統(tǒng)的濕切削相比，干切削存在以下不足：由于缺少切削液的潤滑和冷卻作用，刀具前刀面一切屑、刀具后刀面一工件之間的摩擦加劇，切削溫度急劇升高，刀具的磨損嚴(yán)重，刀具壽命下降，加工表面質(zhì)量惡化。因此，干切削對刀具提出了更高的要求。

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