ZrN具有硬度高、熔点高、热稳定性好、耐磨性好等许多刀具材料所应具备的特点,把其应用于刀具涂层,前景广阔。本文以课题组研制的具有高硬度和高膜基结合强度的ZrN系列涂层刀具(DZ、GZZ、FZT)为研究对象,对其切削性能、加工过程、磨损性能及机理进行系统的研究。对ZrN系列涂层刀具的切削性能进行了试验研究,并与无涂层的YT15刀具和CN25涂层刀具进行对比。试验结果表明:在相同切削条件下加工45#钢和40Cr钢时,ZrN系列涂层刀具的切削力、切削温度均明显低于无涂层的YT15刀具,而工件表面粗糙度相差较小;其中GZZ涂层刀具的切削力、切削温度最小,其切削性能最好。利用有限元方法(FEM)对ZrN涂层刀具的切削过程进行建模和仿真,研究了其切削力、温度场、应力场及与切削速度的关系。研究表明:ZrN涂层刀具切削力小于YT15刀具;切削初始阶段,ZrN涂层刀具的温度低于YT15刀具,若切削时间延长,ZrN涂层刀具的基体温度可能会等于或超过YT15刀具温度,涂层刀具在高速断续切削中涂层热障作用明显;ZrN涂层刀具和无涂层的YT15刀具的应力变化趋势基本类似,涂层刀具应力略低于YT15刀具,各涂层应力相差较小。对ZrN系列涂层刀具的磨损性能及机理进行了试验研究和理论分析,并与无涂层的YT15刀具和CN25涂层刀具进行对比。结果表明:加工45#钢时,刀具后刀面磨损量由大到小顺序为YT15＞FZT＞DZ＞GZZ;加工40Cr钢时,ZrN涂层刀具后刀面磨损量较CN25涂层刀具稍小。ZrN涂层刀具前刀面的主要磨损形式为粘结磨损和涂层剥落,后刀面的主要磨损形式为磨料磨损,三种磨损形式可能会同时发生,并相互影响。