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加工中心刀具涂層技術——（二）


日期：2009年12月21　來源：沈陽第一機床廠　關鍵字：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：①與刀具基體的結合強度高；②可以很容易實現(xiàn)復合涂層，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)的涂層復合起來達到最佳的切削效果，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高溫時產(chǎn)生反應物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，可使切削速度可提高40％左右。
    (2)TiN涂層。其主要優(yōu)點是與鐵基金屬的親和力比TiC更小，抗粘結能力和抗擴散能力更好。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穩(wěn)定性能最好的一種車床材料，在高溫切削時，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，擴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)定性和化學穩(wěn)定性的優(yōu)點。這種復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，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度，涂層薄膜車床內(nèi)部呈拉應力狀態(tài)，使用中易導致微裂紋的產(chǎn)生。
    復合涂層刀片往往最先涂覆TiC涂層。這是因為TiC涂層與基體結合牢固，并有較好的抗磨料磨損的優(yōu)點，且由于它的熱導率小，能起到熱屏障和機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。復合涂層刀片能兼顧各涂層的優(yōu)點，擴大適用范圍。
    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，要注意以下幾點：
    (1)硬質(zhì)合金刀片在涂覆后強度和韌性都有所下降，不適合重負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，不適合進給量很小的精密切削。
    (3)涂層刀片在低速切削時容易產(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，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)境下進行，氣化的鈦離子與氮反應，在陽極刀具表面上生成目前TiN。TiN涂層表面硬度可達2200HV，厚度一般只有21．Lm，對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，而且與高速鋼結合牢固，可用于鉆頭、絲錐、銑刀、滾刀等復雜刀具上。
    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位刀片或旋轉刀具的表面上。金剛石涂層的硬質(zhì)合金刀具的優(yōu)點是綜合了天然金剛石的硬度和硬質(zhì)合金的強度及斷裂韌性。所以金剛石涂層完全可用于具有復雜形狀切削刃的旋轉刀具以及具有復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合材料和塑料時，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合材料時提高了材料切除率。對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)合金刀具進行加工很難達到上述要求。
    刀具涂層技術自從問世以來，對刀具性能的改善和加工技術的進步起著非常重要的作用，涂層刀具已經(jīng)成為現(xiàn)代刀具的標志，在刀具中的比例已超過50％。
    涂層技術的發(fā)展可以用三句話來概括：①化學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展；③涂層對刀具性能的貢獻在不斷上升。

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