湘冶切削改善數(shù)控刀片壽命的涂層工藝技術(shù)分享

涂層刀具已成為現(xiàn)代切削刀具的標(biāo)志，在刀具中的使用比例已超過(guò)50%。切削加工中使用的各種刀具，包括車刀、鏜刀、鉆頭、鉸刀、拉刀、絲錐、螺紋梳刀、滾壓頭、銑刀、成形刀具、齒輪滾刀和插齒刀等都可采用涂層工藝來(lái)提高它們的使用性能。涂層刀具有四種：涂層高速鋼刀具，涂層硬質(zhì)合金刀具，以及在陶瓷和超硬材料（金剛石或立方氮化硼）刀片上的涂層刀具。但以前兩種涂層刀具使用最多。在陶瓷和超硬材料刀片上的涂層是硬度較基體低的材料，目的是為了提高刀片表面的斷裂韌度（可提高10%以上），可減少刀片的崩刃及破損，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

      每一種涂層在切削加工中都既有優(yōu)勢(shì)又有缺點(diǎn)，如果選用了不恰當(dāng)?shù)耐繉樱锌赡軐?dǎo)致刀具壽命低于未涂層刀具，有時(shí)甚至?xí)霰韧繉右郧案嗟膯?wèn)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(fù)合涂層等，從刀具制造商或涂層供應(yīng)商那里可以很容易地獲得這些涂層。

      本文將簡(jiǎn)單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(duì)于切削加工最為有益時(shí)，涂層的每一種特性都起著十分重要的作用。

      涂層及其特性的選擇是否正確可能就意味著加工性能明顯提高與幾乎沒(méi)有改善之間的區(qū)別。切削深度、切削速度和冷卻液都可能對(duì)刀具涂層的應(yīng)用效果產(chǎn)生影響。由于在一種工件材料的加工中存在著許多變量，因此確定選用何種涂層的最好方法之一就是通過(guò)試切。涂層供應(yīng)商們正在不斷開(kāi)發(fā)更多的新涂層，以進(jìn)一步提高涂層的耐高溫、耐摩擦和耐磨損性能。與涂層(刀具)制造商一起驗(yàn)證最新、最好的刀具涂層在加工中的應(yīng)用總是一件好事。

用CVD法涂層時(shí)，切削刃需預(yù)先進(jìn)行鈍化處理（鈍圓半徑一般為0.02~0.08mm，切削刃強(qiáng)度隨鈍圓半徑增大而提高），故刃口沒(méi)有未涂層刀片鋒利。所以，對(duì)精加工產(chǎn)生薄切屑、要求切削刃鋒利的刀具應(yīng)采用PVD法。涂層除可涂覆在普通切削刀片上外，還可涂覆到整體刀具上，已發(fā)展到涂覆在焊的硬質(zhì)合金刀具上。據(jù)報(bào)道，國(guó)外某公司在焊接式的硬質(zhì)合金鉆頭上采用了PCVD法，結(jié)果使加工鋼料時(shí)的鉆頭壽命比高速鋼鉆頭長(zhǎng)10倍，效率提高5倍。

涂層刀具使用注意事項(xiàng)

涂層刀具的使用效果除與涂層方法及設(shè)備、涂層工藝和涂層材料有關(guān)外，還有以下情況應(yīng)加以注意：

（1）涂前刀具的表面質(zhì)量 。被涂刀具表面應(yīng)是光亮的磨光面，刀具各工作表面上不得有銹斑、磨糊、氧化、崩刃等缺陷，要求刃口上無(wú)毛刺。前、后刀面上的表面粗糙度應(yīng)達(dá)到Ra<0.8~1.25μm。表面粗糙度值愈小，涂層的結(jié)合度愈好。此外，刀具表面的清洗質(zhì)量也十分重要。

（2）刀具基體材料。涂層刀具的基體材料與涂層材料應(yīng)合理匹配，須根據(jù)不同的加工要求選用。涂層高速鋼刀具的基體，既可用W6Mo5Cr4V2(M2)的通用型高速鋼，也可用含鈷的超硬高速鋼和粉末冶金高速鋼(PM HSS)或者是整體采用硬質(zhì)合金鎢鋼制成的　鎢鋼刀片。因粉末冶金的基體均勻，故使用效果好。加工鈦合金時(shí)，推薦用含鈷超硬高速鋼如W2Mo9Cr4VCo8(M42)作為刀具的基體材料。對(duì)于涂層滾刀，當(dāng)以正常切削速度(小于45m/min)加工齒輪時(shí)，崩刃是滾刀磨損的主要原因，因此應(yīng)選擇韌性較好的W6Mo5Cr4V2高速鋼作為刀具的基體材料；而在高速滾齒時(shí)(切削速度大于100m/min)，月牙洼磨損是滾刀磨損的主要原因，因此應(yīng)選用耐熱性和耐磨性較高的含鈷超硬高速鋼或CW9Mo3Cr4VN高速鋼為刀具的基體材料。 涂層硬質(zhì)合金刀具的基體，在加工鋼材時(shí)，宜選擇加工鋼材的硬質(zhì)合金，如WC-TiC-Co或WC-TiC-TaC-Co類合金(P30用得較多)；加工鑄鐵和有色金屬時(shí)，宜選擇WC-Co類合金(K20用得較多)。被加工材料的硬度及切削加工性，對(duì)涂層刀具的使用效果也有一定影響。試驗(yàn)證實(shí)，涂層刀具最適于切削高硬度和耐磨合金一類難加工材料。

（3）刀具的幾何角度。 由于涂層的潤(rùn)滑性好，所以涂層刀具工作時(shí)常會(huì)在工件表面上打滑，為此涂層刀具上的后角應(yīng)比未涂層刀具的后角略大。實(shí)踐表明，對(duì)鉸刀等一類精加工刀具，加大后角后，可使刃口鋒利，切屑形成容易，打滑現(xiàn)象明顯減少，刀具的使用性能提高。

（4）切削用量和切削液 。為了充分發(fā)揮涂層刀具的性能，必須正確選用切削用量和切削液。涂層刀具由于耐熱性好，抗月牙洼磨損能力強(qiáng)，故可采用較大進(jìn)給量和切削速度工作，但首先應(yīng)選取較大進(jìn)給量。通常涂層高速鋼刀具采用的進(jìn)給量比未涂層刀具提高10%~100%，提高20%~30%的切削速度是合適的。為了提高工效，涂層硬質(zhì)合金刀具也可采用比未涂層刀具高25%~70%的切削速度進(jìn)行切削。用涂層硬質(zhì)合金通用刀具加工中碳結(jié)構(gòu)鋼時(shí)的切削速度，立銑刀可達(dá)100~150m/min，鉆頭可達(dá)80~100m/min；絲錐加工鑄鐵為20~40m/min。 實(shí)踐證明，使用20號(hào)機(jī)械油加10%煤油冷卻時(shí)，可使涂層高速鋼鏜刀的壽命提高1~2倍。TiN涂層高速鋼滾刀加工20CrMnTi(197HBS)鋼制斜齒圓柱齒輪(模數(shù)m=5)時(shí)，使用20號(hào)機(jī)械油和煤油混合潤(rùn)滑，刀具壽命可提高5倍左右，即使重磨后也可提高2~3倍，干切時(shí)壽命僅提高1倍。 [pre]涂層刀具使用時(shí)還要求機(jī)床的精度好、剛性高和振動(dòng)小，刀具或刀片的夾持也應(yīng)牢固。

在特定場(chǎng)合選擇合適的刀具材料，而涂層工藝雖然是錦上添花，但能達(dá)到更好的效果。隨著人們對(duì)加工效果提出更高要求，會(huì)出現(xiàn)更多的涂層工藝，來(lái)滿足需要，同時(shí)，也需要同行們付出更多的努力，在設(shè)備、工藝、材料等方面研發(fā)出適合市場(chǎng)的產(chǎn)品。