眾所周知，刀具表面涂層技術(shù)是應(yīng)市場(chǎng)需求而發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)優(yōu)質(zhì)表面改性技術(shù)，由于該項(xiàng)技術(shù)可使切削刀具獲得優(yōu)良的綜合機(jī)械性能，不僅可有效地提高刀具使用壽命，而且還能大幅度地提高機(jī)械加工效率，因此該項(xiàng)技術(shù)已與材料、加工工藝并稱(chēng)為切削刀具制造的三大關(guān)鍵技術(shù)。為滿(mǎn)足現(xiàn)代機(jī)械加工高效率、高精度、高可靠性的要求，世界各國(guó)都十分注重涂層技術(shù)的發(fā)展。
依據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)合選擇正確的刀具涂層是確保高效加工最重要的因素之一。正確選擇涂層可以降低每個(gè)項(xiàng)目或每件成本，因?yàn)檫@樣可以降低摩擦；減少熱漲冷縮，降低切削力；提高進(jìn)給速度和轉(zhuǎn)速；改善工件表面質(zhì)最并降低停機(jī)時(shí)間。針對(duì)某特定應(yīng)用場(chǎng)合選擇正確的涂層可能是件復(fù)雜而費(fèi)勁的工作。市場(chǎng)上可以見(jiàn)到的每種涂層都有其優(yōu)缺點(diǎn)，而選擇不當(dāng)則會(huì)縮短刀具壽命并使問(wèn)題雪上加霜。
涂層中的決定性因素
硬度在涂層中非常關(guān)鍵，因?yàn)椴牧匣虮矶接玻毒邏勖驮介L(zhǎng)。CVD金剛石涂層的表面硬度接近9，000HV，與PVD涂層相比，其刀具壽命超出后者20倍。該涂層適合切削非鐵材料的，因?yàn)樗捕雀撸仪邢魉俣葹椴粠繉拥毒叩?～3倍。耐磨性，即涂層防止磨損的能力。盡管某種材料可能不是很硬，但是生產(chǎn)過(guò)程中添加的元素和工藝可能增加刀刃破損或形成突起的可能性。表面潤(rùn)滑性，非常重要，因?yàn)槟Σ料禂?shù)高會(huì)增加熱量，縮短涂層壽命或引起涂層失效。而摩擦系數(shù)低卻可以增加刀具壽命。表而光滑——不粗糙或無(wú)不規(guī)則輪廓——使切屑從刀具表而滑落，產(chǎn)生較少熱量。與無(wú)涂層的刀具相比，表面潤(rùn)滑性高還可以提高速度，幫助防止工件產(chǎn)生塑變。
氧化溫度，即涂層開(kāi)始失效的溫度。氧化溫度高可以提高在高溫應(yīng)用場(chǎng)合的成功率。
防粘連能力，可以通過(guò)防止刀具和切削材料之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而阻止加工材料附著到刀具上。這種能力可以減少積屑瘤(BUE)，一種在加工有色金屬材料諸如鋁或黃銅時(shí)常見(jiàn)的問(wèn)題，導(dǎo)致刀具劈裂或零件過(guò)切。一旦材料開(kāi)始附到刀具上，就繼續(xù)粘接更多材料。
常見(jiàn)涂層
氮化鈦(TiN)，是一種通用涂層，通過(guò)物理氣相沉積(PVD)法獲得。該涂層表面硬度達(dá)81HRC，摩擦系數(shù)為0.4。它在1,000°F(550℃)溫度下具有熱穩(wěn)定性，適合涂敷于高速鋼(HSS)刀具用于切削各種材料，包括鐵基材料、非合金和合金鋼及淬火鋼等。
碳氮化鈦(TiCN)，比氮化鈦具有更多碳，硬度更高(90HRC)，表面潤(rùn)滑性更好(摩擦系數(shù)0.3)。該涂層也非常適合HSS切削刀具，具有更高的耐磨性，適合加工更難加工材料，諸如鑄鐵、鋁合金、工具鋼、銅、鎳鉻合金、鈦合金及有色金屬等。
氮化鋁鈦(TiAlN)，是一種高性能涂層，表面硬度超出80HRC。由于在刀具和切屑之間形成一層氧化鋁——將熱從刀具上轉(zhuǎn)移走，轉(zhuǎn)移到零件或切屑中——因此在高溫下依然保持其高硬度。其優(yōu)越的耐氧化性在高溫加工中可以實(shí)現(xiàn)無(wú)與倫比的性能。由于硬質(zhì)合金刀具在采用很少甚至不采用冷卻液的情況下，可以采用切削速度比HSS高很多，因此在給硬質(zhì)合金刀具做涂層時(shí)，TiAlN為首選。TiAlN摩擦系數(shù)小于TiN，對(duì)加工耐磨和難加工材料諸如鑄鐵、鋁合金、工具鋼及鎳合金，其有優(yōu)異性能。該涂層具有很高的延展性，是斷續(xù)切削操作的理想選擇。
氮化鈦鋁(AlTiN)，鋁的含最比TiAlN的高，具有更高表而硬度，具有氧化鋁層，在高溫加工中具有良好的刀具壽命，是高速加工的良好選擇。
硼化鈦(TiB2)涂層，比TiN及TiAlN涂層要硬，具有異常光滑的表面，因此表面磨擦低、切屑流速快、耐磨性好。此外，由于這種涂層對(duì)鋁具有很低的親和力，因此可以防止積屑瘤。推薦用于硅鋁、鈦、鎂及銅合金加工。
氮化鉻(CrN)，也稱(chēng)虹涂層。高耐腐性，高硬度(90～92HRC)，磨損彈性和熱轉(zhuǎn)換性好，幾乎適合加工所有材料，包括高硅鋁、不銹鋼、高鎳合金、鈦和復(fù)合材料等。摩擦系數(shù)異常低，為0.027，其潤(rùn)滑性超出TiN、TiCN、TiAlN及ZrN涂層。該涂層的防粘連性異常好，因此是容易產(chǎn)生積屑瘤的應(yīng)用中的第一選擇。CrN涂層厚度為0.00065英寸(合0.01651mm)，可以確保加工工件保持所需要的公差。
金剛石涂層，用化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝制作，對(duì)非鐵材料實(shí)現(xiàn)最高的加工性能。它們適合切削石墨、金屬基體復(fù)合材料(MMC)、高硅鋁及許多其他耐磨材料。金剛石涂層不得用于加工鋼，因?yàn)楫a(chǎn)生的熱將引起化學(xué)反應(yīng)，破壞涂層與刀具基體之間的粘合。
用于硬加工的涂層
在低人力成本的全球競(jìng)爭(zhēng)下，許多模具廠轉(zhuǎn)向硬銑加工。硬銑，結(jié)合高速加工(HSM)技術(shù)，加工高抗拉強(qiáng)度材料，而如采用高速鋼刀具則無(wú)法實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)加工。硬銑的門(mén)檻從拉伸強(qiáng)度超出1,800MPa或52HRC的材料開(kāi)始。切削材料一般為微晶硬質(zhì)合金、陶瓷金屬或立方氮化硼(CBN)，切削通常是采用壓縮空氣干式完成的。
為了保護(hù)硬質(zhì)合金刀其基體不受硬加工產(chǎn)生的高溫影響，最好采用高性能TiAlN涂層。涂層結(jié)構(gòu)(層次)以及成分是與特定應(yīng)用相關(guān)的，如刀具幾何結(jié)構(gòu)一樣。TiAlN涂層可以由單層、單組分層、多層多種涂層結(jié)構(gòu)組成，諸如TiN與TiAlN涂層的交替層或非常薄的納米層等。單組分層涂層可以提高潤(rùn)滑性，多層結(jié)構(gòu)可以保證更高的耐熱性。
金剛石涂層解決復(fù)合材料加工難題
刀具幾何結(jié)構(gòu)，材料和金剛石涂層在加工F-35群合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)復(fù)合機(jī)翼表面材料中提高了刀具壽命。
一種用于F-35聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)的高級(jí)復(fù)合機(jī)冀表面材料加工時(shí)易產(chǎn)生過(guò)度分層現(xiàn)象。國(guó)家國(guó)防制造和加工中心及其聯(lián)盟合作伙伴——Amamco刀具公司、金剛石刀具涂層、肯納金屬有限公司、McCullough Machine及MOT公司——開(kāi)發(fā)了一種旨在改善特形銑刀幾何結(jié)構(gòu)和材料及刀具涂層的解決方法。 #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
選擇了由金剛石刀具涂層LLC生產(chǎn)的Diatiger多層金剛石涂層作為特形銑刀的涂層。獨(dú)特結(jié)構(gòu)的金剛石晶體形成互鎖層．可以很好地防止由于機(jī)械沖擊而產(chǎn)生的磨損、塑變、粘附磨損以及切削刃損傷。Diatiger涂層推薦用于難加工有色金屬及復(fù)合材料的加工。
新的刀具策略大大提高了刀具的壽命。每個(gè)機(jī)翼表面所需刀具數(shù)最從原來(lái)的24把降低到2把——1把用于粗加工．1把用于精加工。切削距離增加了6倍——從原來(lái)的9英尺(約合2.74m)、總材料厚度的1/3英寸(合8.47mm)提高到57英寸(合1.448m)全材料厚度。這些改良使每架飛機(jī)可以節(jié)省8萬(wàn)美金。
新型涂層材料新涂層工藝方法不斷出現(xiàn)，特別新型高硬涂層以及軟涂層材料將會(huì)使涂層刀具應(yīng)用將越來(lái)越廣。
