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加工中心刀具涂层技术——（二）

日期：2009年12月21　来源：沈阳第一机床厂　关键字：加工中心
    刀具涂层材料
    1．硬质合金刀具的表面涂层材料
    化学涂层(CVD)仍是硬质合金刀具涂层的主要方式。加工中心其优点：①与刀具基体的结合强度高；②可以很容易实现复合涂层，即根据不同加工方式和切削不同材料的需要把抗高温氧化(Al，O，)、抗磨损(TiC、TiCN、TiBN等)和降低磨擦因数(TiN)的涂层复合起来达到最佳的切削效果，在切削加工过程中可减少或不用切削液。
    (1)TiC涂层。TiC涂层的CVD法是将基体刀片送人四氯化钛、氢气、甲烷的蒸气混合气中，车床在1000~C高温时产生反应物TiC。TiC沉积在刀片表上形成涂层。T加工中心iC涂层有很高的显微硬度和耐磨性，抗磨料磨损的能力强，可使切削速度可提高40％左右。
    (2)TiN涂层。其主要优点是与铁基金属的亲和力比TiC更小，抗粘结能力和抗扩散能力更好。TiN涂层易于沉积和控制，涂层可涂得较厚(8-121xm)，涂层呈金黄色。虽然TiN涂层的显微硬度不及TiC涂层，抗后面磨损能力稍差，但与切屑的摩擦因数较小，抗前面月牙洼磨损性能比TiC涂层优越，最适合切削易粘刀的材料，使已加工表面粗糙度值减小，刀具寿命提高。
    (3)Al，O，涂层。它是超硬化合加工中心物中化学稳定性能最好的一种车床材料，在高温切削时，具有优越的抗高温氧化性能和抗前面月牙洼磨损的性能，适于高速加工钢和铸铁。
    (4)TiC—TiN复合涂层。先涂TiC，后涂TiN，涂层总厚度可增至10p~m，这种涂层兼顾了TiC涂层和TiN涂层的优点，扩大了涂层刀片的综合性能和适用范围。另外，还有涂有TiC—Ti(NC)一TiN三涂层的复合涂层刀片。
    (5)TiC—Al，O，涂层。车床该涂层综加工中心合了TiC涂层与基体结合牢固，并有较高抗磨料磨损性能及Al，O、涂层有较高的热稳定性和化学稳定性的优点。这种复合涂层刀片能像陶瓷刀具一样高速切削，寿命比TiC、TiN涂层刀片高，又可避免陶瓷刀具易崩刃的缺点，主要用在硬质合金车削、铣削类刀具上，适用于中型、重型、高速切削的粗加工及半精加工，特别在干式切削中占有很其重要的地位。  
    化学涂层的不足之处是工艺处理温度过高(1000~C)，降低了刀具基体材料的抗弯强度，涂层薄膜车床内部呈拉应力状态，使用中易导致微裂纹的产生。
    复合涂层刀片往往最先涂覆TiC涂层。这是因为TiC涂层与基体结合牢固，并有较好的抗磨料磨损的优点，且由于它的热导率小，能起到热屏障和机械消加工中心振器的作用，阻止了热传到刀片上，使基体在切削过程中保持较冷状态，还能防止由于基体或刀刃的变形而使涂层剥落。复合涂层刀片能兼顾各涂层的优点，扩大适用范围。
    涂层刀片主要车床用于车削加工，还不能完全取代未涂层刀片的使用。在选用涂层刀片时，要注意以下几点：
    (1)硬质合金刀片在涂覆后强度和韧性都有所下降，不适合重负荷或冲击大的粗加工，也不适合高硬材料的加工。
    (2)为增加涂层刀片的刀刃强度，加工中心涂层前，切削刃须经钝化处理，因而刀片切削刃锋利程度减小车床，不适合进给量很小的精密切削。
    (3)涂层刀片在低速切削时容易产生剥落崩刃现象。
    2．高速钢刀具的涂层材料
    高速钢刀具主要采用PVD涂层技术，在刀具表面涂覆TiN等硬膜，以提高刀具性能的工艺。这种工艺要求500~C环境下进行，气化的钛离子与氮反应，在阳极刀具表面上生成目前TiN。TiN涂层表面硬度可达2200HV，厚度一般只有21．Lm，对刀具的尺寸影响不大。TiN涂层有较高的热稳定性，与钢的摩擦因数低，而且与高速钢结合牢固，可用于钻头、丝锥、铣刀、滚刀等复杂刀具上。
    3．金刚石涂层材料
    金刚石涂层是用CVD方法将金刚石沉积在可转位刀片或旋转刀具的表面上。金刚石涂层的硬质合金刀具的优点是综合了天然金刚石的硬度和硬质合金的强度及断裂韧性。所以金刚石涂层完全可用于具有复杂形状切削刃的旋转刀具以及具有复杂断屑槽形的多刃刀具。
    金刚石涂层的硬质合金刀具在加工非金属复合材料和塑料时，刀具寿命可比不涂层的硬质合金刀具提高10—20倍或更高，而且在加工非铁金属和复合材料时提高了材料切除率。对于加工表面粗糙度要求高、抗磨粒磨损和抗腐蚀磨损的切削加工，最适宜采用金刚石涂层刀具，而采用未涂层的硬质合金刀具进行加工很难达到上述要求。
    刀具涂层技术自从问世以来，对刀具性能的改善和加工技术的进步起着非常重要的作用，涂层刀具已经成为现代刀具的标志，在刀具中的比例已超过50％。
    涂层技术的发展可以用三句话来概括：①化学涂层目前仍是刀具涂层的主力；②物理涂层取得了令人嘱目的进展；③涂层对刀具性能的贡献在不断上升。

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