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新型涂層讓刀具產(chǎn)品更具“威力” 發(fā)布時(shí)間：2020-08-07　　　　 次瀏覽

　　涂層刀具由于表層硬度高，用普通砂輪刃磨時(shí)磨削比小，重磨困難，不少操作者就把它作為不重磨刀具而丟棄，造成極大的浪費(fèi)。 涂層刀具是在強(qiáng)度和韌性較好的硬質(zhì)合金或高速鋼(HSS)基體表面上，利用氣相沉積方法涂覆一薄層或多層、甚至多達(dá)千層以上耐磨性好的難熔金屬或非金屬化合物，如TiC、TiN、TiCN、TiAlN、Al2O3、C3N4、MoS2、DLC及金剛石等材料?？赏繂我坏耐繉?，也可涂復(fù)合和多元涂層。日本住友電工公司推出的一款高速強(qiáng)力型鉆頭，它是在鎢鈷類硬質(zhì)合金基體上交互涂覆了1000層TiN和AlN納米超薄膜薄層，涂層總厚度約2.5μm。該公司開發(fā)出的ZX涂層立銑刀，超薄膜薄層數(shù)多達(dá)2,000層，每層厚度約1納米，從而解決了刀具材料的硬度和耐磨性越高而強(qiáng)度和韌性越低的矛盾。 涂層作為一個(gè)化學(xué)屏障和熱屏障，減少了刀具與工件間的擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)，從而減少了月牙洼磨損。涂層刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化學(xué)性能穩(wěn)定、耐熱耐氧化、摩擦系數(shù)小和熱導(dǎo)率低等特性，切削時(shí)可比未涂層刀具提高使用壽命3-5倍以上，提高切削速度20%-70%，提高加工精度0.5-1級，降低刀具消耗費(fèi)用20%-50%。因此，涂層刀具已成為現(xiàn)代切削刀具的標(biāo)志。在工業(yè)發(fā)達(dá)國家涂層刀具使用比例已超過70%，美國在數(shù)控機(jī)床(NC)和加工中心(MC)上使用的刀具80%-85%都是涂層刀具。目前，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、插齒刀和剃齒刀等都可采用涂層工藝來提高它們的使用性能。 必須指出的是，涂層刀具目前在使用中存在一個(gè)誤區(qū)，由于其表面硬度高，當(dāng)?shù)毒吣p或涂層剝落時(shí)，因用普通砂輪刃磨時(shí)磨削比小，重磨困難，不少操作者就把它作為不重磨刀具而丟棄，造成極大的浪費(fèi)。涂層刀具磨損后必須進(jìn)行重磨。涂層刀具重磨時(shí)，需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、成形車刀、成形銑刀、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)，若在其毗連切削刃的另一個(gè)刀面(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，其刀具使用壽命可達(dá)原來新涂層刀具壽命50%左右或更長，仍比未涂層刀具的壽命要高。 刃磨涂層硬質(zhì)合金刀具所用的砂輪，可采用金剛石砂輪。但刃磨涂層高速鋼刀具時(shí)，用立方氮化硼砂輪磨削有較好的效果。刀具的磨損處應(yīng)全部磨去，涂層不能剝落，但又不能使刀具退火。 使用涂層刀具的一個(gè)重要問題是重磨后刀具切削性能恢復(fù)的問題，即刀具每次刃磨(開口)后可否再進(jìn)行重復(fù)涂層(重涂)的問題。表1中列出了涂層高速鋼齒輪滾刀和插齒刀，重磨前刀面后再進(jìn)行重涂后的刀具耐磨性試驗(yàn)結(jié)果。 經(jīng)涂層及重復(fù)涂層后的齒輪滾刀和插齒刀的使用壽命有明顯提高。實(shí)際試驗(yàn)表明，在上述齒輪滾刀和插齒刀的重復(fù)涂層面上，膜層厚度沒有明顯增加，而用多次重涂后的刀具加工出的齒輪仍能達(dá)到圖樣上規(guī)定的精度要求。齒輪滾刀經(jīng)過17次重復(fù)涂層后，刀齒后刀面涂層膜的累積總厚度仍只有5-6μm，而且涂層膜在刀具表面上是均勻的，新涂上去的膜層與原涂層形成冶金結(jié)合，兩者沒有可辨別的界層，也無明顯的空穴。 重復(fù)涂層對其它刀具如麻花鉆、鉸刀和立銑刀等也同樣有效。 涂層刀具重涂時(shí)，除可使用原涂層材料外，也可采用新的涂層材料。實(shí)際使用表明，TiN涂層刀具重涂時(shí)若采用TiAlN新的涂層材料，無論是切削速度或者是刀具使用壽命均將有明顯提高。此外，涂層刀具的使用壽命與膜層厚度也有一定的關(guān)系。若以后刀面磨損為基準(zhǔn)，隨著膜層厚度的增加刀具壽命也會增加，但膜厚為5μm時(shí)達(dá)到飽和，即壽命不再明顯增加。如果以前刀面月牙洼深度為刀具壽命的基準(zhǔn)，刀具壽命與膜層厚度成正比，未發(fā)現(xiàn)飽和現(xiàn)象。但膜層太厚時(shí)易引起剝落，因而現(xiàn)在刀具的涂層厚度一般不超過5-10μm。 對于重磨的成形刀具，也只有進(jìn)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各幾何參數(shù)磨好，其磨光部分不允許存在各種質(zhì)量缺陷，如磨糊、毛刺等。重涂時(shí)可采用局部屏蔽技術(shù)只對刃磨面進(jìn)行涂層。對于不采用屏蔽技術(shù)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(chǎn)生局部剝落現(xiàn)象，此時(shí)要對刀具進(jìn)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(bào)廢為止。 從上可知，重涂對提高刀具耐磨性和生產(chǎn)率是有很大潛力的。通常，硬質(zhì)合金生產(chǎn)廠一般都能進(jìn)行重涂。目前中國大陸還有專門的涂層公司開展此項(xiàng)業(yè)務(wù)，例如中瑞合資的上海納微涂層有限公司，這是一個(gè)大型涂層服務(wù)中心，專門開展刀具的涂層、重磨及重涂服務(wù)，該公司引進(jìn)了4套涂層設(shè)備，可涂覆S-AlTiN(超級氮鈦化鋁)、S-TiN(超級氮化鈦)、TiCN、DLC、CrN等多種涂層。但涂層刀具重磨后是否要重涂，還要看該刀具在技術(shù)上可否重涂和在經(jīng)濟(jì)上是否合算而定。 企業(yè)談涂層與刀具 就刀具而言，涂層技術(shù)、超硬材料、CAD/CAM軟件等方面都取得了重大突破，尤其是涂層技術(shù)的發(fā)展非常迅速。那么，刀具企業(yè)與涂層企業(yè)在這方面都做了怎樣的努力呢? 伊斯卡：直指“快速金屬切削” 提升刀具性能，最基礎(chǔ)的研發(fā)方向指向提升刀具材料。這涉及到基體及涂層兩個(gè)方面。 硬質(zhì)合金基體，有一個(gè)基本特性，即韌性越高，則耐磨性越低;反之亦然。因此，當(dāng)進(jìn)行斷續(xù)切削時(shí)，如銑削、非連續(xù)車削時(shí)，可選擇韌性高的基體;當(dāng)進(jìn)行連續(xù)精車時(shí)，則需選擇耐磨性高的基體。