众所周知,刀具表面涂层技术是应市场需求而发展起来的一项优质表面改性技术,由于该项技术可使切削刀具获得优良的综合机械性能,不仅可有效地提高刀具使用寿命,而且还能大幅度地提高机械加工效率,因此该项技术已与材料、加工工艺并称为切削刀具制造的三大关键技术。为满足现代机械加工高效率、高精度、高可靠性的要求,世界各国都十分注重涂层技术的发展。

    依据不同应用场合选择正确的刀具涂层是确保高效加工最重要的因素之一。正确选择涂层可以降低每个项目或每件成本,因为这样可以降低摩擦;减少热涨冷缩,降低切削力;提高进给速度和转速;改善工件表面质最并降低停机时间。针对某特定应用场合选择正确的涂层可能是件复杂而费劲的工作。市场上可以见到的每种涂层都有其优缺点,而选择不当则会缩短刀具寿命并使问题雪上加霜。

    涂层中的决定性因素

    硬度在涂层中非常关键,因为材料或表而越硬,刀具寿命就越长。CVD金刚石涂层的表面硬度接近9,000HV,与PVD涂层相比,其刀具寿命超出后者20倍。该涂层适合切削非铁材料的,因为它硬度高,且切削速度为不带涂层刀具的2~3倍。耐磨性,即涂层防止磨损的能力。尽管某种材料可能不是很硬,但是生产过程中添加的元素和工艺可能增加刀刃破损或形成突起的可能性。表面润滑性,非常重要,因为摩擦系数高会增加热量,缩短涂层寿命或引起涂层失效。而摩擦系数低却可以增加刀具寿命。表而光滑——不粗糙或无不规则轮廓——使切屑从刀具表而滑落,产生较少热量。与无涂层的刀具相比,表面润滑性高还可以提高速度,帮助防止工件产生塑变。

    氧化温度,即涂层开始失效的温度。氧化温度高可以提高在高温应用场合的成功率。

    防粘连能力,可以通过防止刀具和切削材料之间发生化学反应而阻止加工材料附着到刀具上。这种能力可以减少积屑瘤(BUE),一种在加工有色金属材料诸如铝或黄铜时常见的问题,导致刀具劈裂或零件过切。一旦材料开始附到刀具上,就继续粘接更多材料。

    常见涂层

    氮化钛(TiN),是一种通用涂层,通过物理气相沉积(PVD)法获得。该涂层表面硬度达81HRC,摩擦系数为0.4。它在1,000°F(550℃)温度下具有热稳定性,适合涂敷于高速钢(HSS)刀具用于切削各种材料,包括铁基材料、非合金和合金钢及淬火钢等。

    碳氮化钛(TiCN),比氮化钛具有更多碳,硬度更高(90HRC),表面润滑性更好(摩擦系数0.3)。该涂层也非常适合HSS切削刀具,具有更高的耐磨性,适合加工更难加工材料,诸如铸铁、铝合金、工具钢、铜、镍铬合金、钛合金及有色金属等。

    氮化铝钛(TiAlN),是一种高性能涂层,表面硬度超出80HRC。由于在刀具和切屑之间形成一层氧化铝——将热从刀具上转移走,转移到零件或切屑中——因此在高温下依然保持其高硬度。其优越的耐氧化性在高温加工中可以实现无与伦比的性能。由于硬质合金刀具在采用很少甚至不采用冷却液的情况下,可以采用切削速度比HSS高很多,因此在给硬质合金刀具做涂层时,TiAlN为首选。TiAlN摩擦系数小于TiN,对加工耐磨和难加工材料诸如铸铁、铝合金、工具钢及镍合金,其有优异性能。该涂层具有很高的延展性,是断续切削操作的理想选择。

    氮化钛铝(AlTiN),铝的含最比TiAlN的高,具有更高表而硬度,具有氧化铝层,在高温加工中具有良好的刀具寿命,是高速加工的良好选择。



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