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本發(fā)明公開(kāi)了一種梯度涂層刀具及其制備方法，該梯度涂層刀具基體材料為高速鋼，基體表面具有多層涂層，涂層為添加MoS2、BN和LaF3的硬質(zhì)合金層和Al2O3基陶瓷層交替的梯度疊層涂層。刀具涂層采用激光熔覆方法制備，制備步驟為：(1)前處理；(2)熔覆硬質(zhì)合金層；(3)熔覆Al2O3基陶瓷層；(4)交替熔覆硬質(zhì)合金層和Al2O3基陶瓷層；(5)后處理。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該刀具表面梯度涂層兼顧Al2O3基陶瓷和硬質(zhì)合金的特點(diǎn)，具有較高的硬度和良好的韌性；MoS2、BN和LaF3的加入使得該刀具在較大切削溫度范圍內(nèi)均具有良好的自潤(rùn)滑功效。該涂層刀具可應(yīng)用于干切削和難加工材料的切削加工。

成果與項(xiàng)目的背景及主要用途：該項(xiàng)目以某企業(yè) CIMS 應(yīng)用工程為背景，針 對(duì)數(shù)控機(jī)床刀具管理的需求開(kāi)發(fā)的一套系統(tǒng)，可與企業(yè) ERP 系統(tǒng)集成。 技術(shù)原理與工藝流程簡(jiǎn)介：系統(tǒng)采用 C/S 模式，運(yùn)行在 Windows 環(huán)境，安 裝操作方便。 技術(shù)水平及專(zhuān)利與獲獎(jiǎng)情況：已經(jīng)在天津市某企業(yè)成功運(yùn)行四年，效果良好。 應(yīng)用前景分析及效益預(yù)測(cè)：可提高數(shù)控刀具利用率，降低企業(yè)資金占用，有天津大學(xué)科技成果選編 可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 應(yīng)用領(lǐng)域：離散制造業(yè)。 技術(shù)轉(zhuǎn)化條件（包括：原料、設(shè)備、廠房面積的要求及投資規(guī)模）：服務(wù)器 一臺(tái)，Windows2000 Server，SQL Server 數(shù)據(jù)庫(kù)。 合作方式及條件：轉(zhuǎn)讓實(shí)施。 

本發(fā)明公開(kāi)了一種內(nèi)螺紋旋風(fēng)成型刀具裝置，該刀具裝置安裝在直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置上，刀具與刀具軸一起做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)與機(jī)殼一起沿軸線(xiàn)做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)合成為螺旋線(xiàn)，可以在刀具旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與工件軸線(xiàn)平行時(shí)切削內(nèi)螺紋；由于采用滾針軸承支撐刀具軸，機(jī)殼支撐筒可以做成較小直徑，使刀具能夠在較小的內(nèi)孔中切削。機(jī)殼支撐筒的外圓柱軸線(xiàn)與刀具軸的軸線(xiàn)偏置，使機(jī)殼支撐筒各角度的壁厚不一樣，切削處的壁厚較薄，而對(duì)面承受載荷處較厚，在有利于進(jìn)刀切削的情況下，提高承載效率。本發(fā)明的內(nèi)螺紋旋風(fēng)成型刀具裝置采用離合器聯(lián)接，能夠方便地實(shí)現(xiàn)與不同的驅(qū)動(dòng)單元耦合，提高了適應(yīng)性，擴(kuò)展了使用范圍。

在機(jī)械加工總工作量中，約三分之一為孔加工，而深孔加工過(guò)程由于排屑困難、切削溫度高、軸線(xiàn)定向性差是孔加工工藝中的難點(diǎn)。生產(chǎn)實(shí)際中深孔加工的效率往往很低，加工精度也難以保證。本項(xiàng)目主要解決在中、大批量生產(chǎn)條件下，深孔加工刀具的設(shè)計(jì)與制造問(wèn)題以及相應(yīng)的切削技術(shù)。采用先進(jìn)的刀具材料、合理的切削幾何結(jié)構(gòu)、有效的排屑及冷卻潤(rùn)滑方式，可大大提高孔加工刀具的耐用度和加工精度，生產(chǎn)效率增長(zhǎng)一倍以上。 替代國(guó)外同類(lèi)刀具，刀具壽命提高兩倍以上，刀具轉(zhuǎn)速可達(dá)3000rpm以上。 各種發(fā)動(dòng)機(jī)中的各種材料的氣門(mén)導(dǎo)管孔、凸輪軸孔、細(xì)油孔，各種管孔的精加工。

廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、鍋爐及裝備制造等行業(yè)的不銹鋼焊管是我國(guó)鋼鐵行業(yè)重點(diǎn)發(fā)展的高端不銹鋼精品深加工產(chǎn)品，其由鋼帶卷制成管而由鎢極氬弧焊接（TIG）而成，但在高速焊接生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)咬邊和駝峰焊道成形缺陷，成為不銹鋼管高效焊接生產(chǎn)的技術(shù)“瓶頸”和行業(yè)技術(shù)發(fā)展的堵點(diǎn)、難點(diǎn)。基于此，通過(guò)研究揭示不銹鋼管TIG焊接生產(chǎn)提速后出現(xiàn)的咬邊、駝峰焊道表面成形缺陷形成機(jī)理，提出利用輔助TIG電弧對(duì)熔池進(jìn)行熱力聯(lián)合調(diào)控抑制高速TIG焊接過(guò)程中咬邊和駝峰焊道的形成，發(fā)明了列置雙TIG電弧（Tandem TIG）高效低能耗焊接工藝，將咬邊和駝峰焊道缺陷防止在萌芽狀態(tài)；與單TIG焊相比，焊接速度提高1倍以上，能耗降低20%以上，很好地解決了焊接高質(zhì)量和高效率難平衡的問(wèn)題；開(kāi)發(fā)了鎢極燒蝕在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和不銹鋼管在線(xiàn)固溶熱處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了不銹鋼管高效、低能耗、低成本焊接生產(chǎn)，提升了不銹鋼焊管行業(yè)技術(shù)水平。在此基礎(chǔ)上，基于相同熱力調(diào)控理念開(kāi)發(fā)了TIG電弧輔助MIG/MAG電弧高速焊接工藝，焊接速度提高75%。項(xiàng)目累計(jì)授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利5件，制定團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)，工信部認(rèn)定節(jié)能技術(shù)1項(xiàng)，獲中國(guó)專(zhuān)利優(yōu)秀獎(jiǎng)等科技獎(jiǎng)勵(lì)6項(xiàng)。項(xiàng)目成果推動(dòng)和引領(lǐng)不銹鋼焊管生產(chǎn)向高效、低能耗方向發(fā)展，具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景。 （a）工藝原理 （b）列置雙TIG電弧和熔池圖像 圖1 列置雙TIG電弧高速焊接工藝原理 （c）鐵素體不銹鋼焊管 （d）奧氏體不銹鋼焊管 圖2 不銹鋼管列置雙TIG電弧高速焊接生產(chǎn) 圖3 鎢極燒損在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 圖4 奧氏體不銹鋼管高速焊接生產(chǎn)過(guò)程中在線(xiàn)固溶熱處理工藝流程

采用離子輔助沉積電弧離子鍍?cè)O(shè)備復(fù)合強(qiáng)流脈沖電子束和離子束進(jìn)行刀具的預(yù)處理，得到表面硬質(zhì)膜和內(nèi)表面的強(qiáng)化層，從而顯著提高刀具在高速切削條件下的使用壽命。

2017年國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng) 我國(guó)刀具消耗全球第一，但高效刀具長(zhǎng)期依賴(lài)進(jìn)口，難以滿(mǎn)足加工成本進(jìn)一步降低和重大裝備研制國(guó)產(chǎn)化水平進(jìn)一步提高的要求，實(shí)現(xiàn)高效切削刀具國(guó)產(chǎn)化的需求已迫在眉睫。針對(duì)高效切削刀具國(guó)產(chǎn)化過(guò)程中面臨的挑戰(zhàn)，構(gòu)建了刀具形性協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)體系；突破刀具材料-結(jié)構(gòu)-性能一體化協(xié)同制備關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)明形性可控的微納復(fù)合金剛石涂層刀具制備新技術(shù)；提出復(fù)雜型線(xiàn)高速鋼刀具高效精密成形新方法；發(fā)明重載高效切削超硬刀具刃口成形新技術(shù)。開(kāi)發(fā)出金剛石涂層刀具、復(fù)雜型線(xiàn)高速鋼刀具和超硬刀具等系列化產(chǎn)品與高效切削應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，在高端裝備制造業(yè)中規(guī)模化應(yīng)用。 金剛石涂層技術(shù)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，在國(guó)內(nèi)已建立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的金剛石涂層刀具生產(chǎn)線(xiàn)，研制出系列化金剛石涂層刀具，通過(guò)中國(guó)商飛工藝認(rèn)定；還批量應(yīng)用于成飛多機(jī)型和航天一院型號(hào)產(chǎn)品研制，替代進(jìn)口，保障了重大裝備研制技術(shù)安全。復(fù)雜型線(xiàn)高速鋼組合拉刀為國(guó)內(nèi)首臺(tái)套，國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品，主要性能指標(biāo)優(yōu)于國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品。開(kāi)發(fā)的系列組合拉刀和輪槽銑刀，打破了國(guó)外壟斷，為我國(guó)三大汽輪機(jī)廠重點(diǎn)新產(chǎn)品研制提供刀具技術(shù)。相關(guān)成果還應(yīng)用于上飛波音737平尾梁緣條生產(chǎn)線(xiàn)、寶鋼管螺紋生產(chǎn)線(xiàn)和通用汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋生產(chǎn)線(xiàn)。研究成果對(duì)促進(jìn)我國(guó)刀具行業(yè)科技進(jìn)步作用顯著；對(duì)企業(yè)降本增效作用顯著，促進(jìn)了高端制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展。 項(xiàng)目獲授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利40項(xiàng)，標(biāo)準(zhǔn)80項(xiàng)，軟件著作權(quán)9項(xiàng)，出版著作4部，SCI/EI收錄論文301篇，榮獲2017年度國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。 金剛石涂層刀具 金剛石涂層刀具 金剛石涂層刀具應(yīng)用（C919部裝現(xiàn)場(chǎng)） 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子輪槽銑刀 燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子輪槽拉刀 燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子輪槽拉刀應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng) 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子輪槽銑刀應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)

鈦合金由于具有比強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、耐蝕性好、高溫性能好等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為航空航天、石油化工、交通運(yùn)輸及生物醫(yī)學(xué)等高端裝備制造領(lǐng)域的關(guān)鍵工程材料之一。因其低熱導(dǎo)率、高化學(xué)活性、低彈性模量和加工硬化等問(wèn)題，使鈦合金成為最典型的難加工材料。我國(guó)鈦合金高速、高精度加工所用的高端刀具基本依賴(lài)進(jìn)口，研發(fā)新型鈦合金切削加工高端刀具已經(jīng)成為解決制約我國(guó)高端裝備制造業(yè)快速發(fā)展的關(guān)鍵，是我國(guó)急需解決的卡脖子問(wèn)題之一。

項(xiàng)目成果/簡(jiǎn)介:2017年國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)我國(guó)刀具消耗全球第一，但高效刀具長(zhǎng)期依賴(lài)進(jìn)口，難以滿(mǎn)足加工成本進(jìn)一步降低和重大裝備研制國(guó)產(chǎn)化水平進(jìn)一步提高的要求，實(shí)現(xiàn)高效切削刀具國(guó)產(chǎn)化的需求已迫在眉睫。針對(duì)高效切削刀具國(guó)產(chǎn)化過(guò)程中面臨的挑戰(zhàn)，構(gòu)建了刀具形性協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)體系；突破刀具材料-結(jié)構(gòu)-性能一體化協(xié)同制備關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)明形性可控的微納復(fù)合金剛石涂層刀具制備新技術(shù)；提出復(fù)雜型線(xiàn)高速鋼刀具高效精密成形新方法；發(fā)明重載高效切削超硬刀具刃口成形新技術(shù)。開(kāi)發(fā)出金剛石涂層刀具、復(fù)雜型線(xiàn)高速鋼刀具和超硬刀具等系列化產(chǎn)品與高效切削應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，在高端裝備制造業(yè)中規(guī)模化應(yīng)用。金剛石涂層技術(shù)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，在國(guó)內(nèi)已建立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的金剛石涂層刀具生產(chǎn)線(xiàn)，研制出系列化金剛石涂層刀具，通過(guò)中國(guó)商飛工藝認(rèn)定；還批量應(yīng)用于成飛多機(jī)型和航天一院型號(hào)產(chǎn)品研制，替代進(jìn)口，保障了重大裝備研制技術(shù)安全。復(fù)雜型線(xiàn)高速鋼組合拉刀為國(guó)內(nèi)首臺(tái)套，國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品，主要性能指標(biāo)優(yōu)于國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品。開(kāi)發(fā)的系列組合拉刀和輪槽銑刀，打破了國(guó)外壟斷，為我國(guó)三大汽輪機(jī)廠重點(diǎn)新產(chǎn)品研制提供刀具技術(shù)。相關(guān)成果還應(yīng)用于上飛波音737平尾梁緣條生產(chǎn)線(xiàn)、寶鋼管螺紋生產(chǎn)線(xiàn)和通用汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋生產(chǎn)線(xiàn)。研究成果對(duì)促進(jìn)我國(guó)刀具行業(yè)科技進(jìn)步作用顯著；對(duì)企業(yè)降本增效作用顯著，促進(jìn)了高端制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展。項(xiàng)目獲授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利40項(xiàng)，標(biāo)準(zhǔn)80項(xiàng)，軟件著作權(quán)9項(xiàng)，出版著作4部，SCI/EI收錄論文301篇，榮獲2017年度國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。金剛石涂層刀具金剛石涂層刀具金剛石涂層刀具應(yīng)用（C919部裝現(xiàn)場(chǎng)）汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子輪槽銑刀燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子輪槽拉刀燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子輪槽拉刀應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子輪槽銑刀應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)類(lèi)型:發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)先進(jìn)程度:達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平成果獲得方式:獨(dú)立研究獲得政府支持情況:國(guó)家級(jí)計(jì)劃/專(zhuān)項(xiàng)類(lèi)別:國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃、上海市科技創(chuàng)新行動(dòng)重大項(xiàng)目

針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)噴油微小孔、微透鏡陣列模具、微小葉輪、微流道芯片、骨切削修復(fù)等難加工材料微小零件精密加工，開(kāi)展了微細(xì)刀具設(shè)計(jì)、刃磨制備及切削技術(shù)等方面研究。實(shí)現(xiàn)超小直徑高長(zhǎng)徑比微細(xì)鉆頭、變芯厚變槽寬硬質(zhì)合金微細(xì)鉆頭、橫刃修磨硬質(zhì)合金微細(xì)鉆頭、異型結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金微細(xì)銑刀、超小直徑超硬微細(xì)球頭銑刀等微細(xì)刀具的設(shè)計(jì)制造及應(yīng)用。突破超小直徑微細(xì)刀具的設(shè)計(jì)和刃磨關(guān)鍵技術(shù)，國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)12微米直徑納米顆粒硬質(zhì)合金銑刀的精密刃磨；形成了直徑50微米微細(xì)銑刀與鉆頭的精密刃磨制造與批量生產(chǎn)能力；突破了50微米超硬材料PCD/CBN微細(xì)銑鉆刀具的精密刃磨制造技術(shù)。 圖1：通過(guò)自研微細(xì)球頭銑刀實(shí)現(xiàn)直徑5mm微小葉輪精密加工