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耐可利教你如何正确選擇刀具塗層
發布人:耐可利刀具     發布時間:2018-08-30

耐可利教你如何正确選擇刀具塗層

對小型圓形刀具進行正确的表面處理可以提高刀具壽命,減少加工循環時間,提升加工表面質量。但是,根據加工需要正确選擇刀具塗層有可能是一件令人困惑和費勁的工作。每一種塗層在切削加工中都既有優勢又有缺點,如果選用了不恰當的塗層,有可能導緻刀具壽命低于未塗層刀具,有時甚至會引出比塗層以前更多的問題。


    目前已有許多種刀具塗層可供選擇,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可以很容易地獲得這些塗層。本文将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。在确定選用何種塗層對于切削加工最為有益時,塗層的每一種特性都起着十分重要的作用。 


    1 塗層的特性 


    硬度 塗層帶來的高表面硬度是提高刀具壽命的最佳方式之一。一般而言,材料或表面的硬度越高,刀具的壽命越長。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%,其硬度變化範圍約為Hv3000~4000(取決于制造商)。表面硬度高達Hv9000的CVD金剛石塗層在刀具上的應用已較為成熟,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倍的能力使其成為非鐵族材料切削加工的不錯選擇。 耐磨性 耐磨性是指塗層抵抗磨損的能力。雖然某些工件材料本身硬度可能并不太高,但在生産過程中添加的元素和采用的工藝可能會引起刀具切削刃崩裂或磨鈍。 表面潤滑性 高摩擦系數會增加切削熱,導緻塗層壽命縮短甚至失效。而降低摩擦系數可以大大延長刀具壽命。細膩光滑或紋理規則的塗層表面有助于降低切削熱,因為光滑的表面可使切屑迅速滑離前刀面而減少熱量的産生。與未塗層刀具相比,表面潤滑性更好的塗層刀具還能以更高的切削速度進行加工,從而進一步避免與工件材料發生高溫熔焊。 氧化溫度 氧化溫度是指塗層開始分解時的溫度值。氧化溫度值越高,對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塗層在高溫下仍能保持其硬度的原因在于可在刀具與切屑之間形成一層氧化鋁,氧化鋁層可将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,這就使TiAlN成為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種 PVD TiAlN塗層。


    抗粘結性 塗層的抗粘結性可防止或減輕刀具與被加工材料發生化學反應,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,刀具上經常會産生積屑瘤(BUE),從而造成刀具崩刃或工件尺寸超差。一旦被加工材料開始粘附在刀具上,粘附就會不斷擴大。例如,用成型絲錐加工鋁質工件時,加工完每個孔後絲錐上粘附的鋁都會增加,以至最後使得絲錐直徑變得過大,造成工件尺寸超差報廢。具有良好抗粘結性的塗層甚至在冷卻液性能不良或濃度不足的加工場合也能起到很好的作用。


    2 常用的塗層 


    氮化钛塗層(TiN) TiN是一種通用型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形工具可獲得很不錯的加工效果。


    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的表面潤滑性,是高速鋼刀具的理想塗層。

    氮鋁钛或氮钛鋁塗層(TiAlN/AlTiN) TiAlN/AlTiN塗層中形成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塗層更高的表面硬度,因此它是高速加工領域又一個可行的塗層選擇。

    氮化鉻塗層(CrN) CrN塗層良好的抗粘結性使其在容易産生積屑瘤的加工中成為首選塗層。塗覆了這種幾乎無形的塗層後,高速鋼刀具或硬質合金刀具和成形工具的加工性能将會大大改善。

    金剛石塗層(Diamond) CVD金剛石塗層可為非鐵金屬材料加工刀具提供最佳性能,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用于加工鋼件,因為加工鋼件時會産生大量切削熱,并導緻發生化學反應,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,還可以采用多層塗層,此類塗層在表層與刀具基體之間還嵌入了其它塗層,可以進一步提高刀具的使用壽命。


    3 塗層的成功應用


    實現塗層的高性價比應用可能取決于許多因素,但對于每種特定的加工應用而言,通常隻有一種或幾種可行的塗層選擇。塗層及其特性的選擇是否正确可能就意味着加工性能明顯提高與幾乎沒有改善之間的區别。切削深度、切削速度和冷卻液都可能對刀具塗層的應用效果産生影響。


    由于在一種工件材料的加工中存在着許多變量,因此确定選用何種塗層的最好方法之一就是通過試切。塗層供應商們正在不斷開發更多的新塗層,以進一步提高塗層的耐高溫、耐摩擦和耐磨損性能。與塗層(刀具)制造商一起驗證最新、最好的刀具塗層在加工中的應用總是一件好事。