基本信息
- 项目名称：
- 玻璃纤维生产用硬质合金TiAlN涂层刀具的研制
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 在以电弧离子镀工艺研制出了综合性能优良、对T12碳素工具钢具有良好切削效果的硬质合金TiAlN涂层铣刀的基础上，进一步制备出适用于玻璃纤维生产的硬质合金TiAlN涂层切刀，分别对TiAlN涂层刀具的显微结构、表面成分、膜基结合强度以及高温抗氧化性能进行了测试分析。
- 详细介绍：
- 在以电弧离子镀工艺研制出了综合性能优良、对T12碳素工具钢具有良好切削效果的硬质合金TiAlN涂层铣刀的基础上，进一步制备出适用于玻璃纤维生产的硬质合金TiAlN涂层切刀，分别对TiAlN涂层刀具的显微结构、表面成分、膜基结合强度以及高温抗氧化性能进行了测试分析。结果表明：TiAlN涂层的玻璃纤维切刀具有较理想的表面结构，膜基结合力好，而且具有硬度高、耐磨性好等优点，不仅可以实现短切玻璃纤维生产的高产、优质、节能、环保与降耗，而且还能克服传统刀具切割玻璃纤维导致“连丝”及超长纤维等缺点，是目前传统玻璃纤维切刀的有效替代品！
作品图片
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 玻璃纤维生产刀具消耗量极大，更换下来的玻璃纤维切刀无回收价值，使得玻璃纤维成本提高，造成大量的金属资源浪费和严重的环境污染。硬质合金TiAlN涂层刀具对用于玻纤切削用的碳素工具钢（T12）具有良好的切削性能。通过硬质合金TiAlN涂层刀具与碳素工具钢刀具的性能及现场试验对比，以期为玻璃纤维生产提供一种寿命长、性价比高、节约资源、减少环境污染和提高切削质量的硬质合金TiAlN涂层刀具。
科学性、先进性及独特之处
- 在研制出综合性能优良、对T12碳素工具钢具有良好切削效果的硬质合金TiAlN涂层铣刀基础上，制备出玻璃纤维生产的硬质合金TiAlN涂层切刀，其使用寿命是现用碳素工具钢刀具的几十倍，能克服碳素工具钢刀具在玻璃纤维束切割中 “连丝” 及超长纤维等问题，可降低刀具成本、提高产量、节省资源、减少环境污染。查新报告表明在国内尚未见硬质合金TiAlN涂层刀具在玻璃纤维研究和生产中的实际应用报道。
应用价值和现实意义
- 2015年全球玻璃纤维复合材料市场价值将突破500亿元。切削刀具是影响切削产量和质量至关重要的因素。研制硬质合金TiAlN涂层刀具应用于玻璃纤维的实际生产中，其切削效果明显改善，实现玻璃纤维生产的高产、优质、节能、环保与降耗，具有显著的经济效益和社会效益！对中国成为世界创造中心，重庆成为长江上游的经济中心，提升重庆市新材料产业的地位将具有十分重要的意义！
学术论文摘要
- 在以电弧离子镀工艺研制出了综合性能优良、对T12碳素工具钢具有良好切削效果的硬质合金TiAlN涂层铣刀的基础上，进一步制备出适用于玻璃纤维生产的硬质合金TiAlN涂层切刀，分别对TiAlN涂层刀具的显微结构、表面成分、膜基结合强度以及高温抗氧化性能进行了测试分析。结果表明：TiAlN涂层的玻璃纤维切刀具有较理想的表面结构，膜基结合力好，而且具有硬度高、耐磨性好等优点，不仅可以实现短切玻璃纤维生产的高产、优质、节能、环保与降耗，而且还能克服传统刀具切割玻璃纤维导致“连丝”及超长纤维等缺点，是目前传统玻璃纤维切刀的有效替代品！
获奖情况
- 2011年5月，在全国中文核心期刊《材料导报》杂志出版的“纳米与新材料专辑17”上发表。
鉴定结果
- TiAlN涂层玻璃纤维切刀具有较理想表面结构，膜基结合力好、硬度高、耐磨性好、使用寿命长、切割效果显著提高等优点。查新结果表明国内尚未见硬质合金TiAlN涂层刀具在玻璃纤维研究和生产中的实际应用报道。
参考文献
- [1] 刘爱华,邓建新,颜培等.TiAlN涂层刀具的抗高温特性研究,制造技术与机床,2010,(7). [2] 赵立新,郑立允.TiN/TiAlN涂层Ti(C,N)基金属陶瓷刀具的切削性能,金属热处理,2009,(2). [3] 刘建华,邓建新,张庆余.TiAlN涂层刀具的发展与应用,工具技术,2006,(4). [4] 钟启茂,刘浩,魏莎.TiAlN涂层刀具在淬硬模具材料加工中的应用,机械工程师,2007,(7). [5] 聂晓庆.高效刀具在树脂基玻璃纤维复合材料切削中的应用,机械工程师,2010,(3). [6] 杨东军,艾传智,赵福令,敖明,杨志翔.高硅氧玻璃纤维复合材料的切削加工实验研究,航天制造技术,2005,(2). [7] 杨广勇,李汉民,周渠,杨洪建.玻璃纤维强化复合材料的切削加工,电子工艺技术,1994,(5). [8] 肖继明,侯晓莉,张波,刘杰,刘荣涛.高硅氧玻璃纤维/酚醛树脂复合材料切削力的试验研究,宇航材料工艺,2009,(3).
同类课题研究水平概述
- 据玻璃纤维工业协会统计数字显示，2010年我国玻璃纤维全年产量达到了233万吨,约占世界总产量的40%以上。其中短切纤维的消耗量占玻璃纤维总量的30%以上，短切玻璃纤维产品在复合材料方面的应用占有相当大的比重。而作为复合材料的增强材料，其长径比是影响复合材料增强效果至关重要的一个因素，在玻璃纤维直径已定的情况下，对短切玻璃纤维的长度有严格的要求。目前，玻璃纤维生产短切工序中所需切刀以碳素工具钢刀具为主（其中以T12材质的切刀最为普遍），同时，在玻璃纤维材料的切削加工方面，国内文献对硬质合金刀具、聚晶金刚石（PCD）刀具以及立方氮化硼（CBN）刀具都进行了报道。然而碳素工具钢刀具使用寿命短、更换频繁、污染环境，玻璃纤维束切割中容易出现“连丝”及超长纤维等问题，已经很难满足短切玻璃纤维的批量化、高质量、高效率生产的要求；聚晶金刚石刀具以及立方氮化硼刀具切削效果虽然较好，但加工困难，价格非常昂贵，性价比低；而硬质合金刀具价格相对便宜，但其高温抗氧化性差，使用寿命短、切削效果较差，限制了硬质合金刀具应用。本研究在研制出了综合性能优良、对T12碳素工具钢具有良好切削效果的硬质合金TiAlN涂层铣刀的基础上，进一步制备出适用于玻璃纤维生产的硬质合金TiAlN涂层切刀，不仅使用寿命是现用碳素工具钢刀具寿命的几十倍，而且还能够克服碳素工具钢刀具在玻璃纤维束切割中的“连丝”及超长纤维等问题，同时，由于换刀周期变长，降低了人力资源的消耗及刀具成本。 查新报告表明，在国内未见硬质合金TiAlN涂层刀具在玻璃纤维生产中的实际应用报道。
