刀具塗層應用要求
刀具塗層應用要求
發(fā)布時(shí)間：2020-09-18
對(duì)整硬刀具及可轉位數控刀具進(jìn)行正确的表面(miàn)處理可以提高刀具壽命，減少加工循環時(shí)間，提升加工表面(miàn)質量。但是，根據加工需要正确選擇刀具塗層有可能(néng)是一件令人困惑和費勁的工作。
每一種(zhǒng)塗層在切削加工中都(dōu)既有優勢又有缺點，如果選用了不恰當的塗層，有可能(néng)導緻刀具壽命低于未塗層刀具，有時(shí)甚至會(huì)引出比塗層以前更多的問題。
目前已有許多種(zhǒng)刀具塗層可供選擇，包括PVD塗層、CVD塗層以及交替塗覆PVD和CVD的複合塗層等，從刀具制造商或塗層供應商那裡(lǐ)可以很容易地獲得這(zhè)些塗層。
本文將(jiāng)簡單介紹一些刀具塗層共有的屬性以及一些常用的PVD、CVD塗層選擇方案。在确定選用何種(zhǒng)塗層對(duì)于切削加工最爲有益時(shí)，塗層的每一種(zhǒng)特性都(dōu)起(qǐ)著(zhe)十分重要的作用。
一、刀具塗層應用需求特點
1、高溫下硬度維持
塗層帶來的高表面(miàn)硬度是提高刀具壽命的最佳方式之一。一般而言，材料或表面(miàn)的硬度越高，刀具的壽命越長(cháng)。
氮碳化钛(TiCN)塗層比氮化钛(TiN)塗層具有更高的硬度。由于增加了含碳量，使TiCN塗層的硬度提高了33%，其硬度變化範圍約爲Hv3000～4000(取決于制造商)。
表面(miàn)硬度高達Hv9000的CVD金剛石塗層在刀具上的應用已較爲成(chéng)熟，與PVD塗層刀具相比，CVD金剛石塗層刀具的壽命提高了10～20倍。金剛石塗層的高硬度和切削速度可比未塗層刀具提高2～3倍的能(néng)力使其成(chéng)爲非鐵族材料切削加工的不錯選擇。
2、耐磨損性
耐磨性是指塗層抵抗磨損的能(néng)力。雖然某些工件材料本身硬度可能(néng)并不太高，但在生産過(guò)程中添加的元素和采用的工藝可能(néng)會(huì)引起(qǐ)刀具切削刃崩裂或磨鈍。
3、表面(miàn)潤滑性
高摩擦系數會(huì)增加切削熱，導緻塗層壽命縮短甚至失效。而降低摩擦系數可以延長(cháng)刀具壽命。細膩光滑或紋理規則的塗層表面(miàn)有助于降低切削熱，因爲光滑的表面(miàn)可使切屑迅速滑離前刀面(miàn)而減少熱量的産生。與未塗層刀具相比，表面(miàn)潤滑性更好(hǎo)的塗層刀具還(hái)能(néng)以更高的切削速度進(jìn)行加工，從而進(jìn)一步避免與工件材料發(fā)生高溫熔焊。
4、氧化溫度（抗高溫氧化失效性能(néng)）
氧化溫度是指塗層開(kāi)始分解時(shí)的溫度值。氧化溫度值越高，對(duì)在高溫條件下的切削加工越有利。雖然TiAlN塗層的常溫硬度也許低于TiCN塗層，但事(shì)實證明它在高溫加工中要比TiCN有效得多。TiAlN塗層在高溫下仍能(néng)保持其硬度的原因在于可在刀具與切屑之間形成(chéng)一層氧化鋁，氧化鋁層可將(jiāng)熱量從刀具傳入工件或切屑。與高速鋼刀具相比，硬質合金刀具的切削速度通常更高，這(zhè)就(jiù)使TiAlN成(chéng)爲硬質合金刀具的首選塗層，硬質合金鑽頭和立銑刀通常采用這(zhè)種(zhǒng)PVD TiAlN塗層。
5、抗粘屑性能(néng)
塗層的抗粘結性可防止或減輕刀具與被(bèi)加工材料發(fā)生化學(xué)反應，避免工件材料沉積在刀具上。
在加工非鐵族金屬(如鋁、黃銅等)時(shí)，刀具上經(jīng)常會(huì)産生積屑瘤(BUE)，從而造成(chéng)刀具崩刃或工件尺寸超差。一旦被(bèi)加工材料開(kāi)始粘附在刀具上，粘附就(jiù)會(huì)不斷擴大。
用成(chéng)型絲錐加工鋁質工件時(shí)，加工完每個孔後(hòu)絲錐上粘附的鋁都(dōu)會(huì)增加，以至最後(hòu)使得絲錐直徑變得過(guò)大，造成(chéng)工件尺寸超差報廢。具有良好(hǎo)抗粘結性的塗層甚至在冷卻液性能(néng)不良或濃度不足的加工場合也能(néng)起(qǐ)到很好(hǎo)的作用。
6、與基體結合力及整個塗層結構穩定性
二、常用的塗層
1、氮化钛塗層(TiN)
TiN是一種(zhǒng)通用型PVD塗層，可以提高刀具硬度并具有較高的氧化溫度。該塗層用于高速鋼切削刀具或成(chéng)形工具可獲得很不錯的加工效果。
2、氮碳化钛塗層(TiCN)
TiCN塗層中添加的碳元素可提高刀具硬度并獲得更好(hǎo)的表面(miàn)潤滑性，是高速鋼刀具的理想塗層。
3、氮鋁钛或氮钛鋁塗層(TiAlN/AlTiN)
TiAlN/AlTiN塗層中形成(chéng)的氧化鋁層可以有效提高刀具的高溫加工壽命。主要用于幹式或半幹式切削加工的硬質合金刀具可選用該塗層。根據塗層中所含鋁和钛的比例不同，AlTiN塗層可提供比TiAlN塗層更高的表面(miàn)硬度，因此它是高速加工領域又一個可行的塗層選擇。
4、氮鉻鋁塗層(AlCrN)
AlCrN塗層良好(hǎo)的抗粘結性使其在容易産生積屑瘤的加工中成(chéng)爲首選塗層。塗覆了這(zhè)種(zhǒng)幾乎無形的塗層後(hòu)，高速鋼刀具或硬質合金刀具和成(chéng)形工具的加工性能(néng)將(jiāng)會(huì)改善。
5、金剛石塗層(Diamond)
CVD金剛石塗層可爲非鐵金屬材料加工刀具提供最佳性能(néng)，是加工石墨、金屬基複合材料(MMC)、高矽鋁合金及許多其它高磨蝕材料的理想塗層(注意：純金剛石塗層刀具不能(néng)用于加工鋼件，因爲加工鋼件時(shí)會(huì)産生大量切削熱，并導緻發(fā)生化學(xué)反應，使塗層與刀具之間的粘附層遭到破壞)。
适用于硬銑、攻絲和鑽削加工的塗層各不相同，分别有其特定的使用場合。此外，還(hái)可以采用多層塗層，此類塗層在表層與刀具基體之間還(hái)嵌入了其它塗層，可以進(jìn)一步提高刀具的使用壽命。
三、塗層的成(chéng)功應用
實現塗層的高性價比應用可能(néng)取決于許多因素，但對(duì)于每種(zhǒng)特定的加工應用而言，通常隻有一種(zhǒng)或幾種(zhǒng)可行的塗層選擇。
塗層及其特性的選擇是否正确可能(néng)就(jiù)意味著(zhe)加工性能(néng)明顯提高與幾乎沒(méi)有改善之間的區别。切削深度、切削速度和冷卻液都(dōu)可能(néng)對(duì)刀具塗層的應用效果産生影響。
由于在一種(zhǒng)工件材料的加工中存在著(zhe)許多變量，因此确定選用何種(zhǒng)塗層的最好(hǎo)方法之一就(jiù)是通過(guò)試切。塗層供應商們正在不斷開(kāi)發(fā)更多的新塗層，以進(jìn)一步提高塗層的耐高溫、耐摩擦和耐磨損性能(néng)。與塗層(刀具)制造商一起(qǐ)驗證最新、最好(hǎo)的刀具塗層在加工中的應用總是一件好(hǎo)事(shì)。