对于切削工具(热熔钻头,铣刀)等各种各样的切削工具进行恰当好处的表面处理可以提高工具的寿命,减少加工时间,提升被加工处的质量,满足我们苛刻的审美眼光。正确选择工具涂层有是一件令人困惑和费劲的工作。每种涂层在切削加工中都有优势但也少不了缺点,当你选用了不恰当的涂层,在使用过程中导致刀具寿命低于未涂层刀具,甚至引出了比未涂层前更多的问题,那将是一件吃力不讨好的事。 当今已有多种刀具涂层可供选择,PVD涂层、CVD涂层以及交替涂覆PVD和CVD的复合涂层等,在刀具制造商,涂层供应商那里便可获得这些涂层。以下是刀具涂层共有的属性介绍。选用最为有益的涂层特性对切削工作起着十分重要的作用。 1.涂层的特性 (1)钨钢热熔钻硬度 涂层带来的高硬度是提高刀具寿命的最佳方式之一。材料或表面的硬度越高,刀具的使用寿命就越长。氮碳化钛(TiCN)涂层比氮化钛(TiN)涂层具有更高的硬度。因为增加了含碳量,使TiCN涂层的硬度提高了33%,它的硬度变化范围约为维氏硬度(HV)3000~4000。而高达维氏硬度(Hv)9000的CVD金刚石涂层在刀具在切削领域上已较为成熟,与PVD涂层相比,CVD金刚石涂层刀具的寿命提高了10到20倍,它的高硬度和切削速度可比未涂层刀具提高2到3倍的性能,是非铁族材料切削加工的选择。 (2)钨钢热熔钻耐磨性
指涂层表面抵抗磨耗的能力。有些工件材料本身硬度可能并不太高,但在切削工程中添加的物质或采用的工艺可能会导致切削刃崩裂或磨钝。 (3)表面润滑性 摩擦,高速切削会产生切削热,以致于涂层寿命缩短,失效。细腻光滑,均匀的涂层表面有利于降低切削热,光滑,均匀的涂层使得切屑迅速脱离刀面减少热量的产生。与未涂层刀具相比,润滑性好的涂层刀具还能以更高的切削速度加工,可避免与工件材料发生高温熔焊。 (4)氧化温度 氧化温度是指涂层开始分解时的温度值。氧化温度值越高,对在高温条件下的切削加工越有利。氮铝钛(TiAlN)涂层的常温硬度也许低于氮碳化钛(TiCN)涂层,但它在高温加工中要比TiCN有效得多。TiAlN涂层在高温下仍能保持其硬度在于可它在刀具与切屑之间形成一层氧化铝,氧化铝层可将热量从刀具传入工件或切屑。与高速钢刀具相比,硬质合金刀具的切削速度更高,使得TiAlN成为硬质合金刀具的首选涂层,硬质合金钻头和立铣刀通常采用这种PVD TiAlN涂层。 (5)抗粘结性 涂层的抗粘结性可防止,减轻刀具与加工材料发生化学反应,避免工件切屑残留在刀具上。加工非铁族金属(铝、铜等)时,刀具上经常会产生积屑瘤(BUE),从而导致刀具崩刃或工件尺寸超出公差。一旦积屑开始粘附在刀具上,粘附就会扩大。例如,用丝锥加工铜质工件时,加工完每个孔后丝锥上粘附的铜都会增加,以至于丝锥直径变大,造成螺纹牙规止端通过。有着良好抗粘结性的涂层即使在冷却液不良或浓度不足的情况下也能起到很好的作用。 2.常用的涂层 (1)氮化钛涂层(TiN) TiN是一种通用型PVD涂层,可以提高刀具硬度,有较高的氧化温度。该涂层用于高速钢切削刀具有着不错的加工效果。 (2)氮碳化钛涂层(TiCN) TiCN涂层中的碳元素提高了刀具硬度,有良好的润滑性,乃高速钢刀具的理想涂层。 (3)氮铝钛和氮钛铝涂层(TiAlN/AlTiN) 氮铝钛和氮钛铝涂层中形成的一层氧化铝可以提高刀具在高温加工的寿命。可用于干式或半干式切削加工的涂层。涂层中所含铝和钛的比例不同,氮钛铝涂层比氮铝钛涂层有着更高的硬度,它是高速加工领域一个不错的涂层选择。 (4)氮化铬涂层(CrN) 氮化铬涂层良好的抗粘结性使其在容易产生积屑瘤的加工中成为首选涂层。涂覆了此种几乎无形的涂层后,高速钢,硬质合金等刀具的加工性能将会得到改善。 (5)金刚石涂层(Diamond) Diamond涂层为非铁金属加工刀具最佳涂层,是加工石墨、金属基复合材料(MMC)、高硅铝合金及高磨蚀材料的理想涂层(纯金刚石涂层刀具不能加工钢件,加工钢件会产生大量切削热,并导致发生化学反应,使涂层与刀具之间的粘附层遭到破坏)。 用于硬铣、攻丝和钻削加工的涂层各不相同,他们是在特定的情况下使用。此外还有多层涂层,此类涂层在表层与刀具基体之间还嵌入了其它涂层,提高了刀具的寿命。 (6)氧化涂层(Homo)氧化涂层(Homo)是将工具于500~550ºC的水蒸汽中加热30~60分钟,使工具表面上生成Fe3O4层,这是种氧化处理法,其氧化皮膜的厚度在1~3µ的范围。此皮膜因是多孔质的原故,能保持住切削油减少摩擦热,对难切削材、高抗拉力钢、不锈钢、铸铁等,丝攻容易发生磨损的甚有效果。
3.涂层的成功应用 钨钢热熔钻涂层的高性价比取决于诸多因素,对于特定的加工而言,只有一种或几种可行的涂层选择。涂层特性的选择,是否正确,只有两种结果加工,效率明显提高和几乎没有改善。切削深度、切削速度和冷却液都会对涂层产生影响。 被切削材料在加工中存在着许多不确定因素,在大批量采用一种涂层刀具的时候,先购买一小部分在加工中使用,视工作效率是否改变,而决定是否值得批量购买。涂层(刀具)供应商们不断开发新涂层,以提高涂层的耐磨性,耐高温。