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刀具涂层分类 刀具涂层特点

涂层的应用

        随着PVD技术的迅速发展,在实际应用中涂层的合理选择愈加显得重要。目前涂层薄膜不仅要解决硬度问题,其韧性、抗氧化性、表面粗糙度及润滑性等都需要根据不同的切削条件进行综合考虑。从实际的切削加工状况来看,仅凭涂层成分进行选择,在实际应用中已难以获取最佳经济效益。本文依据上述两种涂层分类,浅析实际切削加工中PVD涂层薄膜的选用。  
1. 车削加工
车削加工的特点是连续、稳定、切削力及切削温度变化小,相对而言切削温度较高,因此在选择涂层类别时,涂层的硬度和高温抗氧化性是重点考虑因素。  
a. 加工钢材时可选用纳米复合结构薄膜(nc-Ti1-xAlxN)(/-Si3N4)及AlTiN薄膜,这两种薄膜都具有极高的表面硬度,且红硬性良好,使用温度可达到1100℃。  
b. 铸铁加工通常也可选择上述2种薄膜。  
c. 铝及铝合金加工的特点是熔点低,在切削加工中极易形成积屑瘤,且氧化了的切屑可形成Al2O3,导致摩擦作用的增强。当硅含量在4%~13%之间时,硅在铝内形成固溶体+共晶体组织,这种脆性、针状的片状硅的夹杂,在切削过程中,具有磨料作用,导致刀具早期失效;而当Si含量进一步提高时粗大的组织使切削性能进一步下降。如果采用干式切削,可加剧这种磨损的发展,加工这类有色金属金刚石涂层刀具是最佳的选择方案之一,但考虑到可行性及经济性,对于PVD而言,涂层应具有高的硬度及优异的润滑性。当Si 含量小于12%时,可选择多层TiCN+MoS2复合薄膜及TiAlCN+CBC梯度薄膜;而当Si含量大于12%时,则可选用纳米复合结构薄膜(nc-Ti1-xAlxN)(/-Si3N4)或单层的TiCN 薄膜。  
d. 高强度合金的加工具有变形大、加工硬化大、切削温度高的特点,此外由于该类合金中含有大量的碳化物、氮化物等,其显微硬度可达2000 ~3000HV。在选择用于此类涂层时,其显微硬度、高温性能、润滑性是应着重考虑的因素。通常可选用纳米复合结构薄膜(nc-Ti1-xAlxN)(/-Si3N4)或TiAl-CN+CBC 复合薄膜。  
e. 对于铜及其合金而言,涂层极具针对性,而与加工方式关联性较低。
紫铜塑性、韧性大,易粘屑,因此需要有效地解决排屑问题,一般选用CrN膜;而对于铜合金(黄铜、青铜),由于材料强度的提高,通常采用单层TiCN 或多层TiCN 薄膜。  
f. 塑胶材料的加工特性是导热性差、磨料性、回弹性等,且大多采用干式切削加工方式,因此薄膜的显微硬度及热绝缘性是重点考虑的因素,除了CVD 的金刚石薄膜外,也可选用多层TiCN薄膜。
2. 钻削加工  
钻削加工也属于连续加工切削方式,其涂层种类的选择基本与车削加工类似。但所需注意的是通孔加工存在载荷的突变,因此所选择薄膜应具有良好的韧性。如在普通钢材的加工中,可选用多层膜;若在一般的切削条件下,单层的TiN薄膜也会获得良好的应用效果。  
3. 铣削加工  
在高速加工领域,铣削加工占有极其重要的地位,而PVD技术的发展也从整体铣刀的涂层扩展到可转位刀片范围,并且已取得了突破性的进展。铣削加工是一种断续加工方式,尤其在高速加工条件下,刀具受载状态极其复杂,刀具因不断受到大小、位置不同的机械冲击和热冲击载荷作用,可引发薄膜的破裂、脱落等现象的发生,从而导致刀具的早期失效。  
a. 加工普通钢材时可选用TiCN、纳米复合结构薄膜(nc-Ti1-xAlxN)(/-Si3N4)、AlCrN薄膜,这三种薄膜都具有较好的韧性。  
b. 与普通钢材相比,铸铁的铣削加工通常导致刀具磨料磨损,涂层刀具的表面硬度更为重要,因此可选择纳米复合结构薄膜(nc-Ti1-xAlxN)(/-Si3N4)、AlTiN、AlCrN薄膜。  
c. 对于铝及铝合金的加工,当Si 含量小于12%时,可选择多层TiCN+MoS2复合薄膜及TiAlCN+CBC梯度薄膜;而当Si含量大于12% 时,则可选用纳米复合结构薄膜(nc-Ti1-xAlxN)(/-Si3N4)及多层TiCN 薄膜。  
d. 高强度合金的铣削加工通常可选用多层TiCN+MoS2、梯度TiAlCN+CBC、AlCrN 薄膜。 
4. 螺纹加工  
螺纹加工也一种连续切削方式,相对于普通车削加工,这种加工属于成型加工模式,切削速度相对较低,不易断屑,且对刀具的几何尺寸有严格要求,刀具刃口微小的缺陷也可导致工件的报废。因此薄膜的致密性、韧性以及表面的润滑性是首要考虑的因素。  
a. 加工普通钢和高强度合金时可选用TiCN+MoS2复合薄膜、TiAlCN+CBC梯度薄膜及TiAlN纳米多层薄膜,这三种薄膜都具有良好的韧性及优异的润滑性。  b. 与普通钢材相比,铸铁的螺纹加工通常以磨料磨损为主,薄膜的致密性、韧性、硬度同等重要,因此常可选择TiAlCN 及TiCN 多层薄膜。  
c. 对于铝及铝合金的加工,当Si含量小于12%时,可选择CrN+CBC及TiCN多层薄膜;而当Si含量大于12%时,则可选择TiAlCN+CBC 及TiCN多层薄膜。 




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