随着切削技术向着高速、高效、干式的方向发展,刀具涂层技术成为了左右切削技术发展的主要因素,据统计在先进制造业中80%以上都采用了涂层刀具。因此,研究刀具涂层及其性能,开发满足不同加工条件的高性能刀具涂层,对促进制造业发展具有重要意义。本文分别分析了钻削、铣削、攻丝、车削四种不同加工方式的加工特点,并给出了相应刀具涂层应该侧重考虑的因素。钻削加工主要关心涂层的高温抗氧化性、高温强度、摩擦系数;铣削加工重点考虑涂层的抗冲击韧性及高温强度;攻丝加工侧重涂层的致密性、韧性、表面润滑性;车削加工则关心涂层的高温强度等。针对钻削中碳合金结构钢40Cr、铣削淬硬模具钢SKD11、攻丝球墨铸铁QT500及车削低碳硫系易切削钢,在PLATIT PL 1000纳米真空涂层系统中开发了一系列涂层。通过系统的实验理论研究,着重分析了涂层的磨损机理、切削力、切削温度等,证明了含铝55%的AlTiN涂层、纳米复合相结构AlTiN/Si3N4涂层、多层TiCN涂层及TiN + Al2O3 + TiCN复合涂层,分别在钻削、铣削、攻丝、车削中优异的切削加工性能。为进一步理论研究刀具涂层如何改善切削性能,对涂层刀具的切削加工过程进行了有限元的建模与仿真。完成了TiN + Al2O3 + TiCN复合涂层刀具的正交切削过程的仿真,并对切削力、切削温度及刀具应力的模拟结果进行分析。切削力方面:涂层刀具的主切削力与切深抗力较无涂层刀具都要小,并且仿真结果与实验结果相一致。切削温度方面:切削温度最高发生在刀-屑接触区接近主切削刃的部位,达到450℃左右,而刀具基体的温度低于100℃,但刀具涂层产生了较大的温度梯度。刀具应力方面:最大刀具等效应力出现在刀具前刀面上靠近主切削刃的区域,同时在后刀面上也出现了比较大的应力分布。通过涂层刀具切削过程的仿真研究可知,一方面,尽可能提高涂层的高温性能,同时注意确保涂层的隔热性能避免涂层塌陷;另一方面,需要避免涂层之间、涂层与基体之间过大的温度梯度。