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加工中心刀具涂層技術(shù)——（二）
日期：2009年12月21 來源：沈陽第一機(jī)床廠 關(guān)鍵字：加工中心
刀具涂層材料
1．硬質(zhì)合金刀具的表面涂層材料
化學(xué)涂層(CVD)仍是硬質(zhì)合金刀具涂層的主要方式。加工中心其優(yōu)點(diǎn)：①與刀具基體的結(jié)合強(qiáng)度高；②可以很容易實(shí)現(xiàn)復(fù)合涂層，即根據(jù)不同加工方式和切削不同材料的需要把抗高溫氧化(Al，O，)、抗磨損(TiC、TiCN、TiBN等)和降低磨擦因數(shù)(TiN)的涂層復(fù)合起來達(dá)到最佳的切削效果，在切削加工過程中可減少或不用切削液。
(1)TiC涂層。TiC涂層的CVD法是將基體刀片送人四氯化鈦、氫氣、甲烷的蒸氣混合氣中，車床在1000~C高溫時(shí)產(chǎn)生反應(yīng)物TiC。TiC沉積在刀片表上形成涂層。T加工中心iC涂層有很高的顯微硬度和耐磨性，抗磨料磨損的能力強(qiáng)，可使切削速度可提高40％左右。
(2)TiN涂層。其主要優(yōu)點(diǎn)是與鐵基金屬的親和力比TiC更小，抗粘結(jié)能力和抗擴(kuò)散能力更好。TiN涂層易于沉積和控制，涂層可涂得較厚(8-121xm)，涂層呈金黃色。雖然TiN涂層的顯微硬度不及TiC涂層，抗后面磨損能力稍差，但與切屑的摩擦因數(shù)較小，抗前面月牙洼磨損性能比TiC涂層優(yōu)越，最適合切削易粘刀的材料，使已加工表面粗糙度值減小，刀具壽命提高。
(3)Al，O，涂層。它是超硬化合加工中心物中化學(xué)穩(wěn)定性能最好的一種車床材料，在高溫切削時(shí)，具有優(yōu)越的抗高溫氧化性能和抗前面月牙洼磨損的性能，適于高速加工鋼和鑄鐵。
(4)TiC—TiN復(fù)合涂層。先涂TiC，后涂TiN，涂層總厚度可增至10p~m，這種涂層兼顧了TiC涂層和TiN涂層的優(yōu)點(diǎn)，擴(kuò)大了涂層刀片的綜合性能和適用范圍。另外，還有涂有TiC—Ti(NC)一TiN三涂層的復(fù)合涂層刀片。
(5)TiC—Al，O，涂層。車床該涂層綜加工中心合了TiC涂層與基體結(jié)合牢固，并有較高抗磨料磨損性能及Al，O、涂層有較高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)。這種復(fù)合涂層刀片能像陶瓷刀具一樣高速切削，壽命比TiC、TiN涂層刀片高，又可避免陶瓷刀具易崩刃的缺點(diǎn)，主要用在硬質(zhì)合金車削、銑削類刀具上，適用于中型、重型、高速切削的粗加工及半精加工，特別在干式切削中占有很其重要的地位。
化學(xué)涂層的不足之處是工藝處理溫度過高(1000~C)，降低了刀具基體材料的抗彎強(qiáng)度，涂層薄膜車床內(nèi)部呈拉應(yīng)力狀態(tài)，使用中易導(dǎo)致微裂紋的產(chǎn)生。
復(fù)合涂層刀片往往最先涂覆TiC涂層。這是因?yàn)門iC涂層與基體結(jié)合牢固，并有較好的抗磨料磨損的優(yōu)點(diǎn)，且由于它的熱導(dǎo)率小，能起到熱屏障和機(jī)械消加工中心振器的作用，阻止了熱傳到刀片上，使基體在切削過程中保持較冷狀態(tài)，還能防止由于基體或刀刃的變形而使涂層剝落。復(fù)合涂層刀片能兼顧各涂層的優(yōu)點(diǎn)，擴(kuò)大適用范圍。
涂層刀片主要車床用于車削加工，還不能完全取代未涂層刀片的使用。在選用涂層刀片時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)：
(1)硬質(zhì)合金刀片在涂覆后強(qiáng)度和韌性都有所下降，不適合重負(fù)荷或沖擊大的粗加工，也不適合高硬材料的加工。
(2)為增加涂層刀片的刀刃強(qiáng)度，加工中心涂層前，切削刃須經(jīng)鈍化處理，因而刀片切削刃鋒利程度減小車床，不適合進(jìn)給量很小的精密切削。
(3)涂層刀片在低速切削時(shí)容易產(chǎn)生剝落崩刃現(xiàn)象。
2．高速鋼刀具的涂層材料
高速鋼刀具主要采用PVD涂層技術(shù)，在刀具表面涂覆TiN等硬膜，以提高刀具性能的工藝。這種工藝要求500~C環(huán)境下進(jìn)行，氣化的鈦離子與氮反應(yīng)，在陽極刀具表面上生成目前TiN。TiN涂層表面硬度可達(dá)2200HV，厚度一般只有21．Lm，對(duì)刀具的尺寸影響不大。TiN涂層有較高的熱穩(wěn)定性，與鋼的摩擦因數(shù)低，而且與高速鋼結(jié)合牢固，可用于鉆頭、絲錐、銑刀、滾刀等復(fù)雜刀具上。
3．金剛石涂層材料
金剛石涂層是用CVD方法將金剛石沉積在可轉(zhuǎn)位刀片或旋轉(zhuǎn)刀具的表面上。金剛石涂層的硬質(zhì)合金刀具的優(yōu)點(diǎn)是綜合了天然金剛石的硬度和硬質(zhì)合金的強(qiáng)度及斷裂韌性。所以金剛石涂層完全可用于具有復(fù)雜形狀切削刃的旋轉(zhuǎn)刀具以及具有復(fù)雜斷屑槽形的多刃刀具。
金剛石涂層的硬質(zhì)合金刀具在加工非金屬復(fù)合材料和塑料時(shí)，刀具壽命可比不涂層的硬質(zhì)合金刀具提高10—20倍或更高，而且在加工非鐵金屬和復(fù)合材料時(shí)提高了材料切除率。對(duì)于加工表面粗糙度要求高、抗磨粒磨損和抗腐蝕磨損的切削加工，最適宜采用金剛石涂層刀具，而采用未涂層的硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行加工很難達(dá)到上述要求。
刀具涂層技術(shù)自從問世以來，對(duì)刀具性能的改善和加工技術(shù)的進(jìn)步起著非常重要的作用，涂層刀具已經(jīng)成為現(xiàn)代刀具的標(biāo)志，在刀具中的比例已超過50％。
涂層技術(shù)的發(fā)展可以用三句話來概括：①化學(xué)涂層目前仍是刀具涂層的主力；②物理涂層取得了令人囑目的進(jìn)展；③涂層對(duì)刀具性能的貢獻(xiàn)在不斷上升。
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