刀具涂层技术的应用及选择

时间：2022-09-27作者：德耐纳米科技（东莞）有限公司浏览：939

1、涂层刀具是啥？

涂层刀具是在抗压强度和延展性不错的硬质合金刀具或弹簧钢(HSS)基材表面上，运用气相色谱沉淀方式涂敷一层析耐磨性能好的硅化物金属材料或非金属材料化学物质（也可涂敷在瓷器、金钢石和氮化硼等冶金材料刀头上）而得到的。




2、涂层刀具的优点

涂层刀具具备表面强度高、耐磨性能好、**化学功能平稳、耐高温耐空气氧化、摩擦因数小和导热系数劣等特点，切削时相比未涂层刀具提升刀具使用寿命3~5倍以上，提升切削速率20%~70%，提升加工精密度0.5~1级，减少刀具耗费花费20%~50%。

在延展性不错的刀具（刀头）基材上开展表面涂层，涂敷具备高韧性、高耐磨性能、耐高温材料的层析（如 TiN、TiC等），使刀具（刀头）具备*、优良的全面性能。未涂层快速钢的硬度仅为62~68HRC（760~960HV），硬质合金刀具的强度仅为 89~93.5HRA（1300~1850HV）；而涂层后的表面硬度可达2000~3000HV以上。

3、刀具涂层的方式

生产制造上较常用的刀具涂层方式有二种：物理学气相色谱堆积（PVD) 法和化学气相沉积（CVD) 法。前面一种堆积温度为500℃，涂层薄厚为2~5μm；后者的堆积温度为900℃~1100℃，涂层薄厚可达5~10μm，而且设备简易，涂层匀称。

4、刀具涂层的规定

用CVD法涂层时，切削刃需提前开展不锈钢钝化（钝圆的半径一般为0.02~0.08mm，切削刃抗压强度随钝圆的半径扩大而提升），故刀口沒有未涂层刀头锐利。因此，对精加工造成薄切削、规定切削刃锐利的刀具应选用PVD法。涂层除可涂敷在一般切削刀头上海外国语，还可涂敷到总体刀具上，已發展到涂敷在焊的硬质合金刀具刀具上。据报道，在焊接式的硬质合金钻头上采取了PCVD法，結果使加工钢料时的麻花钻使用寿命比弹簧钢麻花钻长10倍，高效率提升5倍。

5、刀具涂层的恰当挑选

每一种涂层在切削加工里都不仅有优点又有缺陷，假如采用了不适当的涂层，有可能造成刀具使用寿命小于未涂层刀具，有时候乃至会引出来比涂层之前大量的问题。现阶段已经有许多种刀具涂层可选择，包含PVD涂层、CVD涂层及其更替涂敷PVD和CVD的复合型涂层等。华菱超硬将讲解一些刀具涂层一共有的特性及其一些常见的PVD、CVD涂层挑选计划方案。在明确采用哪种涂层针对切削加工更为有利时，涂层的每一种特点都起着十分关键的功效。




（1）涂层的特点

A）强度

涂层产生的高表面强度是提升刀具使用寿命的较好方法之一。一般而言，原材料或表面的强度越高，刀具的使用寿命越长。表面强度达到Hv9000的CVD金钢石涂层在刀具上的运用已相对完善，与PVD涂层刀具对比，CVD金钢石涂层刀具的使用寿命提升了10～20倍。金钢石涂层的高韧性和切削速率相比未涂层刀具提升2～3倍的功能使其变成非铁族原材料切削加工的很好挑选。

B）耐磨性能

耐磨性就是指涂层抵御损坏的工作能力。尽管一些产品工件原材料自身强度很有可能并不太高，但在生产过程中增加的设计元素和选用的加工工艺很有可能会造成刀具切削刃碎裂或磨钝。

C）摩擦阻力

高摩擦系数会提升切削热，造成涂层使用寿命减少乃至无效。而减少摩擦阻力可以较大增加刀具使用寿命。与未涂层刀具对比，表面润湿性更强的涂层刀具还能以更好的切削速率开展加工，进而进一步防止与零件原材料产生高溫电弧焊接。

D）空气氧化温度

氧化温度就是指涂层逐渐溶解时的温度值。空气氧化温度值越高，对在高溫情况下的切削加工越有益。尽管TiAlN涂层的常温下强度或许小于TiCN涂层，但事实上它在高溫加工时要比TiCN合理得多。TiAlN涂层在持续高温下仍能维持其强度的根本原因取决于可在刀具与切削中间产生一层三氧化二铝，氧化铝层可将发热量从刀具传到产品工件或切削。

E）抗粘结力

涂层的抗粘结性可避免或缓解刀具与被加工原材料产生化学变化，防止产品工件原材料堆积在刀具上。在加工非铁族金属材料(如铝、紫铜等)时，刀具上常常会造成加工硬化(BUE)，进而导致刀具崩刃或产品工件规格偏差。一旦被加工原材料逐渐黏附在刀具上，粘附便会不断发展。例如，用成形铣刀加工铝制产品工件时，加工完每一个孔后铣刀上附着的铝都是会提升，以致较终促使铣刀直徑越来越过大，导致产品工件规格偏差损毁。具备优良抗粘结力的涂层乃至在冷冻液特性欠佳或浓度值不够的加工场所也可以具有不错的功效。

（2）常见的涂层

1）氮化钛涂层(TiN)

TiN是一种通用性PVD涂层，可以提升刀具强度并具备较高的空气氧化温度。该涂层用以弹簧钢切削刀具或成型**工具可得到很出色的加工实际效果。

2）氮碳化钛涂层(TiCN)

TiCN涂层中增加的是碳元素可提升刀具强度并得到更快的表面润湿性，是弹簧钢刀具的理想化涂层。

3）氮铝钛或氮钛铝涂层(TiAlN/AlTiN)

TiAlN/AlTiN涂层中产生的三氧化二铝层可以高效提升刀具的高溫加工使用寿命。适用于干试或半干式切削加工的硬质合金刀具刀具可采用该涂层。依据涂层中常含铝和钛的百分比不一样，AlTiN涂层可给予比TiAlN涂层更高一些的表面强度，因而它是快速加工行业又一个有效的涂层挑选。

4）渗氮铬涂层(CrN)

CrN涂层优良的抗粘结力使其在非常容易造成加工硬化的加工中变成优选涂层。涂敷了这类几乎隐形的涂层后，弹簧钢刀具或硬质合金刀具刀具和成型**工具的加工特性就会大大的改进。

5）金钢石涂层(Diamond)

CVD金刚石涂层能为非铁金属复合材料加工刀具给予较好特性，是加工高纯石墨、金属材料基复合材质(MMC)、高硅铝合金型材及很多其他高浸蚀原材料的理想化涂层(留意：**钢石涂层刀具不可以用以加工铸铁件，由于加工铸铁件的时候会造成很多切削热，并造成产生化学变化，使涂层与刀具中间的黏附层遭受毁坏)。

6、刀具涂层的顺利运用

完成涂层的性价比高运用很有可能在于很多要素，但针对每一种特殊的加工运用来讲，通常仅有一种或几类行得通的涂层挑选。涂层以及特点的选取是不是恰当很有可能就代表着加工特性明显增强与几乎沒有改进中间的差别。切削深层、切削速率和冷冻液都有可能对刀具涂层的使用实际效果造成危害。

因为在一种产品工件资料的加工中普遍存在着很多自变量，因而明确采用哪种涂层的较好方式之一便是根据试切。现阶段早已完善的新技术是选用CVD方式立即在硬质合金刀具或瓷器等基材上堆积一层1-25μm金钢石塑料薄膜，可使用于各种各样几何图形样子比较复杂的刀具，在车床车刀、车刀、麻花钻、绞刀、成形等刀具上开展金钢石涂层，可以用以铝、高纯石墨、瓷器、碳纤维材料、玻纤等难加工原材料。


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