1. TiN的性質
   TiN顏色為金色，面心立方晶格，熔點為2950℃，其靜磨擦系數為0.13～0.15,動磨擦系數為0.05～0.10,熱膨脹系數為9.35×10-6/℃。在大多數酸、堿中不溶解，在350～400℃空氣中不氧化，TiN無毒性。
2. TiN涂層工藝
   利用CLDA-700磁控濺射離子鍍設備在硬質合金刀片上沉積TiN，保持其它參數不變，只改變氮分壓。具體工藝為：硬質合金刀片在鍍膜室內濺射清洗5min后開始沉積TiN,活化源功率2.5kW,靶功率10kW,基片負偏壓200V,極間距240mm,鍍膜室溫度500℃。保持其它參數不變，使氮分壓值分別為0.9×10-2、2.4×10-2、4.5×10-2、6.0×10-2和8.6×10-2Pa沉積時間,60min。其結果，隨著氮分壓增加，膜層相組成朝著富氮相方向發展，變化趨勢為：aTi→(aTi+Ti2N)→(Ti2N+TiN)→TiN.由Ti2N和TiN兩相組成的膜硬度最高，為HK2500kg/mm2。氮分壓對膜層硬度的影響，主要是由氮分壓不同使膜層的相組成不同而引起的。

2 試驗分析

1. PVD涂層對硬質合金刀具的切削力影響
   1. 刀具的選擇
      選用A、V和H型斷屑槽(GB2076-87)的可轉位刀片(參見圖1所示)，精磨周邊和底面后，將一部分進行PVD涂層，刀片材料YT15,U級精度。
      
      (a)SNUM150608-A4
      (b)SNUM150608-V4
      (c)SNUM150608-H4圖1正方形A、V、H形槽刀片
   2. 試驗方法及結果
      試驗在大連機床廠生產的C620-3型普通車床上進行，外圓干式切削，工件材料為45鋼，退火狀態。根據主偏角的要求，選擇可轉位車刀刀桿符合GB5343.2-85標準。切削力的測量選用瑞士產的新型Kistler壓電式測力儀(型號為9257B)以及配套的電荷放大器，SC16光線示波器記錄儀。對試驗用三種斷屑槽形，分別改變切削深度ap,切削速度v,進給量f,用接觸圖形法測量切削區的刀-屑接觸長度，對切削力進行測量，試驗結果如圖2所示。
      
      (a)kr=75°，SNUM150608-A4刀片
      (b)kr=75°，SNUM150608-V4刀片
      (c)kr=75°，SNUM150608-H4刀片
      (工件材料：45鋼，—未涂層，----PVD涂層)
      圖2PVD涂層與未涂層刀具的切削力比較
   3. 試驗結果分析
      1. PVD涂層刀具的切屑變形系數x與未涂層刀具相比明顯減小，減小幅度約為10～25%。x減小，切屑厚度減小，切屑自然卷曲半徑增大，這一點對切屑的折斷是不利的。
      2. PVD涂層后刀-屑接觸長度lf與未涂層刀具相比也有明顯縮短，說明涂層以后刀具和切屑之間的磨擦系數減小。
      3. 加工時切屑呈淺棕色，變形區薄，這表明涂層刀具的切削溫度低于未涂層刀具，刀具耐用度提高。 #p#分頁標題#e#
      4. PVD涂層刀具的切削力比未涂層刀具切削力略有下降，其中進給方向的切削力下降比較明顯。
      5. 選擇不同的二維槽形(直線圓弧形，全圓弧形，折線形)，其切削力基本沒有變化。
2. PVD涂層對刀具斷屑性能的影響
   1. 試驗條件與方法
      斷屑試驗方法符合專業規范要求。工件材料直徑大于70mm,采用的切削速度為：未涂層刀片切削45鋼，v=130m/min,PVD涂層刀具切削45鋼，v=180m/min,其他條件同上。試驗得到的斷屑范圍曲線如圖3所示。
      
      (a)SNUM150608-A4
      (b)SNUM150608-V4
      (c)SNUM150608-H4

      
      —未涂層，v=130m/min;----PVD涂層，v=180m/min;—.—PVD涂層，v=130m/min

      圖3 PVD涂層與未涂層刀片斷屑范圍的比較(45鋼)

   2. 試驗結果分析
      PVD涂層以后，盡管切削速度明顯提高，但斷屑范圍并沒有明顯變化。這與通常人們認為無斷屑槽刀具隨著切削速度提高會使切屑難以折斷，斷屑范圍明顯減小的觀點是不一致的。的有以下幾方面的原因可解釋這一問題：
      1. 當切削速度較高時(v>100m/min)，切削力的變化幅度較小，不能引起切屑折斷方式及屑形的變化，切屑的折斷方式主要是由斷屑槽形狀及尺寸、切深、進給量以及工件材料特性所確定的。后刀面障礙型折斷方式的最大應力εmax為
         emax=ach(1-1)2R0RL (1)式中 ach為切屑厚度;R0為切屑的初始曲率半徑;RL為折斷前的最大曲率半徑。
      2. 切削溫度升高使切屑截面溫度梯度增大，底層溫度及熱應變明顯高于表層使切屑容易彎曲。
      3. 切削速度提高致使流屑速度提高，使卷曲的切屑碰撞障礙的沖擊力明顯增大；對于失穩甩斷的切屑，流屑速度提高使失穩的切屑振動頻率提高，振幅增大而容易甩斷。計算切屑失穩的臨界長度公式
         L0=1.568(c)?rw2 (2)式中c為螺旋屑的抗彎剛度；r為單位長度的切屑質量；w為螺旋屑的旋轉角速度
         高速切削產生的熱塑剪切失穩使切屑易于在熱塑剪切帶折斷。
      4. 對于二維平行槽刀片，其切屑折斷的極限切深ad與刀尖圓弧半徑re相當。當斷屑槽型反屑壁一側為直線形時，切屑屑型也為逐步過渡形成，即在一定切削深度下，隨著進給量由小變大，切屑由不折斷向折斷過渡。
      5. A型斷屑槽的斷屑范圍較大，在進給量f、切削深度ap較小時，應選擇直線形斷屑槽。

3 結論

1. 采用磁控濺射離子鍍技術沉積的Ti2N涂層硬度達HK2500kg/mm2,和TiN復合相，可提高硬質合金刀具耐用度1～4倍。
2. PVD涂層刀片切削45鋼使切削力下降，特別是進給方向切削力下降較明顯。
3. 選用PVD涂層，盡管切削速度明顯提高(130～180m/min)但斷屑范圍并沒有明顯變化。 #p#分頁標題#e#
4. 可用未涂層刀片的斷屑范圍曲線指導涂層刀片的斷屑槽型的合理選用，涂層刀片的槽型設計基本可依據未涂層刀片的有關規律。