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              刀具涂層的選擇以及刀具的重磨與再涂層

              關鍵詞 涂層刀具|2019-11-19 11:17:15|來源 東莞市數控刀具行業協會
              摘要 刀具涂層的選擇每一種涂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涂層,有可能導致刀具壽命低于未涂層刀具,有時甚至會引起比未涂層更多的問題。目前已有許多種刀具涂層可供選擇,...

              刀具涂層的選擇

              每一種涂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涂層,有可能導致刀具壽命低于未涂層刀具,有時甚至會引起比未涂層更多的問題。

              目前已有許多種刀具涂層可供選擇,包括PVD涂層、CVD涂層以及交替涂覆PVD和CVD的復合涂層等,從刀具制造商或涂層供應商那里可以很容易地獲得這些涂層。下面將介紹一些刀具涂層共有的屬性以及一些常用的PVD、CVD涂層選擇方案。在確定選用何種涂層對于切削加工最為有益時,涂層的每一種特性都起著十分重要的作用。

              (1)硬度

              涂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。TiCN涂層比TiN涂層具有更高的硬度。由于增加了含碳量,使TiCN涂層的硬度提高了33%,其硬度變化范圍為3000~4000HV(取決于制造商)。表面硬度高達9000HV的CVD金剛石涂層在刀具上的應用已較為成熟,與PVD涂層刀具相比,CVD金剛石涂層刀具的壽命提高了10~20倍。金剛石涂層的高硬度和切削速度可比未涂層刀具提高2~3倍的能力,使其成為非鐵族材料切削加工的不錯選擇。

              (2)耐磨性

              耐磨性是指涂層抵抗磨損的能力。雖然某些工件材料本身硬度可能并不太高,但在生產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。

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              (3)表面潤滑性

              高摩擦因數會增加切削熱,導致涂層壽命縮短甚至失效。而降低摩擦因數可以大大延長刀具壽命。細膩光滑或紋理規則的涂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產生。與未涂層的刀具相比,表面潤滑性更好的涂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。

              (4)氧化溫度

              氧化溫度是指涂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涂層的常溫硬度也許低于TiCN涂層,但它在高溫加工中要比TiCN有效得多。TiAlN涂層在高溫下仍能保持其硬度的原因在于它可在刀具與切屑之間形成一層氧化鋁,氧化鋁層可將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涂層,硬質合金鉆頭和立銑刀通常采用這種PVD TiAlN涂層。

              (5)抗粘結性

              涂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,刀具上經常會產生積屑瘤,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,用成形絲錐加工鋁質工件時加工完每個孔后絲錐上粘附的鋁屑會增加,以致最后使得絲錐直徑變得過大,造成工件尺寸超差而報廢。具有良好抗粘結性的涂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。


              刀具的重磨與再涂層

              硬質合金和高速鋼刀具的重磨和再涂層是目前常見的工藝。盡管刀具重磨或再涂層的價格僅為新刀具制造成本的一小部分但卻能延長刀具的壽命。重磨工藝是特殊刀具或價格昂貴刀具的典型處理方法??蛇M行重磨或再涂層的刀具包括鉆頭、銑刀、滾刀以及成形刀具等。

              涂層刀具磨損后必須進行重磨。涂層刀具重磨時,須將刀具上的磨損部分全部磨掉。對于只需重磨前刀面的刀具(如拉刀、齒輪滾刀和插齒刀等)或只需重磨后刀面的刀具(如鉆頭和鉸刀等),若在其毗鄰切削刃的另一個面(如鉆頭的螺旋出屑槽)上的涂層未受損傷,刀具耐磨性即可提高。重新刃磨后的涂層刀具,其刀具壽命可達原來新涂層刀具壽命的50%左右或更長,仍比未涂層刀具的壽命要高。

              刃磨涂層硬質合金刀具所用砂輪可采用金剛石砂輪。但刃磨涂層高速鋼刀具時,用立方氮化硼CBN砂輪磨削有較好效果。刀具的磨損處應全部磨出,涂層不能剝落,又不能使刀具退火。

              使用涂層刀具的一個重要問題是重磨后刀具切削性能恢復的問題,即刀具每次刃磨后可否進行重復涂層的問題。對于重磨的成形刀具,只有進行重涂,才能保證刀具的總壽命提高3~5倍以上。凡重涂刀具首先必須按工藝要求將幾何參數磨好,其磨光部分不允許存在各種質量缺陷,如磨損、毛刺等。重涂時可采用局部屏蔽技術只對刃磨面進行涂層。對于不采用屏蔽技術的重涂,在重涂4~6次后,刀具的非刃磨面的涂層厚度就會過大,從而影響刀具的精度和產生局部剝落現象,此時要對刀具進行脫膜處理后再重涂。重涂后的刀具切削性能一般不低于第一次新涂層刀具,刀具可重涂多次,直到報廢為止。

              由此可知,重涂對提高刀具耐磨性和生產率有很大的潛力。但重磨后是否要重涂,還要看該刀具在技術上可否重涂和在經濟上是否合算而定。


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