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加工中心刀具涂層技術(shù)——（一）


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
    刀具表面涂層技術(shù)是一種優(yōu)質(zhì)的表面改性技術(shù)，它是在普通高速鋼和硬質(zhì)合金刀片表面，采用化學(xué)氣相沉積(CVD)或物理氣相沉積(PVD)的工藝方法，涂覆一薄層(約5—121xm)高硬度難熔金屬化合物(TiC、TiN、A1：O，等)，機(jī)床使刀片既保持了普通刀片基體的強(qiáng)度和韌性，加工中心又使表面有高的硬度和耐磨性，更小的摩擦因數(shù)和高的耐熱性，較好的解決了材料硬度與強(qiáng)度及韌性的矛盾。   
    各工業(yè)發(fā)達(dá)國家對涂層刀具的研究和推廣使用方面發(fā)展非常迅速。刀具表面涂層技術(shù)已與材料、加21232藝并稱為切削刀具制造的三大關(guān)鍵技術(shù)。處于領(lǐng)先地位的瑞典，在車削上使用涂層硬質(zhì)合金刀片已占到70％～80％，在銑削方面已達(dá)到50％以上。 
    (一)涂層技術(shù)的種類
    刀具涂層技術(shù)可劃分為兩大類，加工中心即CVD技術(shù)(化學(xué)氣相沉積)和PVD技術(shù)(物理氣相沉積)。
    1．CVD(化學(xué)氣相沉積)技術(shù)
    CVD技術(shù)在硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀具上應(yīng)用極廣。20世紀(jì)70年代初首次在硬質(zhì)合金基體上涂覆機(jī)床一層TiC后，把普通硬質(zhì)合金刀具的切削速度從80m／min提高到180m／min。1976年出現(xiàn)了TiC—A120，雙涂層硬質(zhì)合金，把切削速度提高到250m／min。1981年又出現(xiàn)了TiC—Al，O，一TiN三涂層硬質(zhì)合金，使切削速度提高到300m／rain。在CVD工藝中，氣相沉積所需金屬源的制備相對容易，可實(shí)現(xiàn)TiN、TiC、TiCN、TiBN、TiB：、A1203等單層及多元多層機(jī)床復(fù)合涂層，其涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度高，薄膜厚度可達(dá)7—9[xm。加工中心80年代中后期，美國85％的硬質(zhì)合金工具采用了涂層處理。
    從發(fā)展過程來看，CVD工藝(包括MT—CVD)主要用于硬質(zhì)合金車削類刀具的表面涂層。其涂層刀具適合于中型、重型切削的高速粗加工及半精加工，尤其是o—A120，涂層是PVD技術(shù)所難以實(shí)現(xiàn)的。因此，在機(jī)床干式切削加工中，CVD涂層技術(shù)仍占有極其重要的地位。但CVD工藝有先天性的缺陷：①工藝處理溫度高，易造成刀具材料抗彎強(qiáng)度的下降；②薄膜內(nèi)部為拉應(yīng)力狀態(tài)，使用中易導(dǎo)致微裂紋的產(chǎn)生；加工中心③CVD工藝所排放的廢氣、廢液會造成工業(yè)污染，對環(huán)境影響較大，與所提倡的綠色工業(yè)相抵觸。
    2．PVD(物理氣相沉積)技術(shù)
    PVD技術(shù)出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代末期，由于其工藝處理溫度可控制在500~C以下，機(jī)床低于高速鋼的回火溫度，因此可作為最終處理工藝用于高速鋼類刀具的涂層。
    PVD技術(shù)在高速鋼刀具領(lǐng)域的成功應(yīng)用，引起了世界各國的重視。對其應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大進(jìn)行了更加深入的研究，尤其是在硬質(zhì)合金、陶瓷類刀具領(lǐng)域中的應(yīng)用。加工中心與CVD工藝相比，PVD工藝處理溫度低，在600~C以下對刀具材料的抗彎強(qiáng)度沒有影響，薄膜內(nèi)部為壓應(yīng)力，更適合于硬質(zhì)合金精密復(fù)雜類刀具的涂層。涂層成分也由第一代的TiN發(fā)展到了TiC、TiCN、ZrN、CrN、機(jī)床MoS2、TiAlN、TiAlCN、TiN—A1N、CN。(納米氮化碳)等多種多元復(fù)合涂層，且由于納米級涂層的出現(xiàn)，使得PVD涂層刀具質(zhì)量又有了新的突破，這種薄膜涂層不僅結(jié)合強(qiáng)度高、硬度接近CBN、抗氧化性能好，并可有效地控制精密刀具刃口形狀及精度，在進(jìn)行高加工中心精度加工時(shí)，加工精度毫不遜色于未涂層刀具。
    PVD工藝對環(huán)境沒有不利影響，符合綠色工業(yè)的發(fā)展方向。工業(yè)發(fā)達(dá)國家自20世紀(jì)90機(jī)床年代初就開始致力于硬質(zhì)合金刀具PVD涂層技術(shù)的研究；90年代中期，硬質(zhì)合金刀具PVD涂層技術(shù)已取得了突破性的進(jìn)展，并普遍用于硬質(zhì)合金立銑刀、鉆頭、階梯鉆、油孔鉆、鉸刀、絲錐、可轉(zhuǎn)位銑刀片、異形刀具、焊接刀具等的涂層處理。

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