刀具涂層技術

刀具涂層技術，為你的運用技術加冕

切削刀具表面涂層技術是近幾十年應市場需求展開起來的材料表面改性技術。選用涂層技術可有用前進切削刀具運用壽數(shù)，使刀具獲得尤秀的歸納機械功用，然后大幅度前進機械加工功率。

涂層的效果

1、前進硬質合金的耐磨性功用；

2、前進抗癢化功用；

3、減小抵觸；

4、前進抗金屬疲勞功用；

5、添加抗熱沖擊性。

涂層的特色

1、力學和切削功用好。

涂層刀具將基體材料和涂層材料的尤秀功用結合起來，既堅持了基體出色的耐性和較高的強度，又具有涂層的高硬度、高耐磨性和低抵觸系數(shù)。因而，涂層刀具的切削速度與未涂層的比較，切削速度可前進2~5倍，運用涂層刀具可以獲得明顯的經(jīng)濟效益。

2、通用性強。

涂層刀具通用性廣，加工規(guī)模明顯擴展，一種涂層刀具可以代替數(shù)種非涂層刀具運用，因而可以大大減少刀具的種類和庫存量，簡化刀具處理，下降刀具和設備本錢。

涂層的分類

依據(jù)涂層方法不同，涂層刀具可分為化學氣相堆積,涂層刀具、物***相堆積,涂層刀具及混合工藝及組合技術。CVD涂層原理如圖a所示，PVD涂層原理如圖b所示。混合工藝是等離子輔助CVD技術與傳統(tǒng)的PVD技術進行有用的結合。比方先堆積傳統(tǒng)的CrN硬質涂層，再在上面堆積一層用于減少抵觸的DLC涂層。組合技術是涂層前對東西或零部件的表面層進行氮化，可以前進涂層的成效。

CVD涂層，堆積溫度在1 000℃左右，可以涂覆耐磨損性優(yōu)異的TiCN、耐熱性非常優(yōu)異的Al2O3厚膜，因而在發(fā)生高溫的高速、高功率切削加工中能顯示出長壽數(shù)，CVD涂層如圖a所示。

PVD涂層，堆積溫度在500℃左右，一般用在與無涂層硬質合金、高速鋼相同或較高速的切削速度條件下，以延伸刀具壽數(shù)為政策。對基體限制少、損害小，因而特別合適用于要求耐磨損性、耐崩刃性的刀具，也適用于要求尖銳刃口的低進給加工與精加工或螺紋加工東西等，PVD涂層如圖b所示。

金剛石涂層選用CVD（化學蒸鍍法）在硬質合金基體上組成。組成的涂層具有與天然金剛石相匹敵的硬度與導熱系數(shù)，在非鐵材料的加工中發(fā)揮著優(yōu)異的功用。金剛石涂層刀具因為其出色的切削功用，在切削加工范疇具有寬廣的運用前景，是加工石墨、金屬基復合材料、高硅呂合金及許多其他耐磨蝕材料的志向刀具，目前其主要運用范疇是轎車和航空航天工業(yè)。金剛石涂層刀具的安排如下圖所示。

金剛石涂層刀具安排

依據(jù)涂層材料的性質，涂層刀具又可分為兩大類，即“硬”涂層刀具和“軟”涂層刀具?！坝病蓖繉拥毒邔で蟮闹饕呤歉叩挠捕群湍湍バ?，其主要長處是硬度高、耐磨性好，典型的是TiC和TiN涂層。“軟”涂層刀具是選用固體潤滑劑如MoS2、WS2等制備的刀具，“軟”涂層尋求的政策是低抵觸系數(shù)，也稱為自潤滑刀具，它與工件材料的抵觸系數(shù)很低，只要0.1左右，可減小粘、減輕抵觸、下降切削力和切削溫度。

涂層的結構

經(jīng)過多年的展開，涂層的結構已經(jīng)發(fā)生了許多改動，有了很大的改進。在涂層技術中，通常有以下五種不同的結構：

1、單層結構

望文生義，這種結構只要一層涂層。當我們在顯微鏡下觀察這種結構時，可以看見一些長柱形涂層結構。這種涂層很簡單涂覆，但也很簡單發(fā)生裂紋和破損。想象一下，當一個球擊中一束柱體時，這些柱體就會開始倒下，而裂紋簡單就能貫穿涂層，抵達基體。

2、多層結構

多層結構是由許多不同的單層結構互相堆疊在一起構成的。表面花紋鋼就是歷使上此類結構的一個比如。多層結構涂層可將幾種涂層材料的特性結合在一起，形成耐性與硬度俱佳的表面。

3、納米多層結構

納米多層結構與多層結構本質上相同，但其層厚卻要薄得多：涂層厚度僅為原子級水平。

4、納米復合涂層結構

納米復合涂層選用了與硬質合金刀具相似的技術。這種納米結構將粘結相（例如硬質合金中的鈷）的耐性與納米復合涂層的硬度結合在一起。

5、梯度結構

該結構的涂層功用具有漸變性：涂層中心部分較軟而賦有彈性，而在接近表層時則變得堅固而耐磨。

涂層的選用

為了更好地挑選和展開刀具及零部件的蕞佳成效，需求區(qū)分其主要及特定的磨損性和失效機理。磨損、粘附、腐蝕和疲勞都視為磨損機理，而且都取決于實踐的運用。經(jīng)歷指出，材料的抵觸和磨損都不是材料的原因，而是整個體系的原因。因而，在挑選涂層前就必須剖析整個抵觸體系，包含零部件的技術功用、抗壓力規(guī)模以及磨損機理的類型。

硬質合金涂層的運用舉例

1、切削東西：鉆頭、刀片等。

2、耐磨東西，包含各種金屬模具、沖頭、軋輥、切開刀具等

涂層展開前景

其時切削工業(yè)依然面臨著各種問題，其間用戶要求越來越高以及要切削的材料特性這兩方面問題尤為杰出。

來歷：《硬質合金刀具涂層的現(xiàn)狀及展開方向》

涂層是處理這些新難題的有用手段，涂層對硬質合金壽數(shù)的影響程度遠超過基體本身對壽數(shù)的影響程度，涂層技術的展開方向將是：

1、下降涂層工藝溫度

2、增強模基結合力

3、研發(fā)更強韌的涂層材料

4、更加簡單易控的涂層工藝裝備

一、鉆孔與擴孔

1. 鉆孔

鉆孔是在實心資料上加工孔的地一道工序，鉆孔直徑一般小于 80mm 。鉆孔加工有兩種辦法：一種是鉆頭旋轉；另一種是工件旋轉。上述兩種鉆孔辦法發(fā)作的差錯是不相同的，在鉆頭旋轉的鉆孔辦法中，因為切削刃不對稱和鉆頭剛性不足而使鉆頭引偏時，被加工孔的中心線會發(fā)作偏斜或不直，但孔徑根本不變；而在工件旋轉的鉆孔辦法中則相反，鉆頭引偏會引起孔徑改變，而孔中心線仍然是直的。

常用的鉆孔刀具有：麻花鉆、中心鉆、深孔鉆等，其中常用的是麻花鉆，其直徑規(guī)格為 Φ0.1-80mm。

因為構造上的約束，鉆頭的曲折剛度和扭轉剛度均較低，加之定心性不好，鉆孔加工的精度較低，一般只能到達 IT13～IT11；外表粗糙度也較大，

Ra

一般為 50~12.5μm；但鉆孔的金屬切除率大，切削功率高。鉆孔首要用于加工質量要求不高的孔，例如螺栓孔、螺紋底孔、油孔等。對于加工精度和外表質量要求較高的孔，則應在后續(xù)加工中經(jīng)過擴孔、鉸孔、鏜孔或磨孔來到達。

2. 擴孔

擴孔是用擴孔鉆對已經(jīng)鉆出、鑄出或鍛出的孔作進一步加工，以擴大孔徑并進步孔的加工質量，擴孔加工既能夠作為精加工孔前的預加工，也能夠作為要求不高的孔的終究加工。擴孔鉆與麻花鉆類似，但刀齒數(shù)較多，沒有橫刃。

與鉆孔比較，擴孔具有下列特色：（1）擴孔鉆齒數(shù)多（3~8個齒）、導向性好，切削比較穩(wěn)定；（2）擴孔鉆沒有橫刃，切削條件好；（3）加工余量較小，容屑槽能夠做得淺些，鉆芯能夠做得粗些，刀體強度和剛性較好。擴孔加工的精度一般為

IT11~IT10

級，外表粗糙度Ra為12.5~6.3μm。擴孔常用于加工直徑小于

的孔。在鉆直徑較大的孔時（D ≥30mm ），常先用小鉆頭（直徑為孔徑的 0.5~0.7 倍）預鉆孔，然后再用相應尺度的擴孔鉆擴孔，這樣能夠進步孔的加工質量和出產(chǎn)功率。

擴孔除了能夠加工圓柱孔之外，還能夠用各種特殊形狀的擴孔鉆（亦稱锪鉆）來加工各種沉頭座孔和锪平端面示。锪鉆的前端常帶有導向柱，用已加工孔導向。

二、鉸孔

鉸孔是孔的精加工辦法之一，在出產(chǎn)中運用很廣。對于較小的孔，相對于內(nèi)圓磨削及精鏜而言，鉸孔是一種較為經(jīng)濟實用的加工辦法。

1. 鉸刀

鉸刀一般分為手用鉸刀及機用鉸刀兩種。手用鉸刀柄部為直柄，作業(yè)部分較長，導向作用較好，手用鉸刀有整體式和外徑可調整式兩種結構。機用鉸刀有帶柄的和套式的兩種結構。鉸刀不僅可加工圓形孔，也可用錐度鉸刀加工錐孔。

2. 鉸孔工藝及其運用

鉸孔余量對鉸孔質量的影響很大，余量太大，鉸刀的負荷大，切削刃很快被磨鈍，不易取得光潔的加工外表，尺度公役也不易確保；余量太小，不能去掉上工序留下的刀痕，天然也就沒有改進孔加工質量的作用。一般粗鉸余量取為0.35~0.15mm，精鉸取為

01.5~0.05mm。

為防止發(fā)作積屑瘤，鉸孔一般選用較低的切削速度（高速鋼鉸刀加工鋼和鑄鐵時，v ＜8m/min）進行加工。進給量的取值與被加工孔徑有關，孔徑越大，進給量取值越大，高速鋼鉸刀加工鋼和鑄鐵時進給量常取為

0.3~1mm/r。

鉸孔時必須用恰當?shù)那邢饕哼M行冷卻、光滑和清洗，以防止發(fā)作積屑瘤并及時鏟除切屑。與磨孔和鏜孔比較，鉸孔出產(chǎn)率高，容易確保孔的精度；但鉸孔不能校對孔軸線的方位差錯，孔的方位精度應由前工序確保。鉸孔不宜加工階梯孔和盲孔。

鉸孔尺度精度一般為 IT9～IT7級，外表粗糙度Ra一般為

3.2~0.8

μm。對于中等尺度、精度要求較高的孔（例如IT7級精度孔），鉆—擴—鉸工藝是出產(chǎn)中常用的典型加工計劃。

三、鏜孔

鏜孔是在預制孔上用切削刀具使之擴大的一種加工辦法，鏜孔作業(yè)既能夠在鏜床上進行，也能夠在車床上進行。

1. 鏜孔辦法

鏜孔有三種不同的加工辦法。

（1）工件旋轉，刀具作進給運動 在車床上鏜孔大都屬于這種鏜孔辦法。工藝特色是：加工后孔的軸心線與工件的反轉軸線一致，孔的圓度首要取決于機床主軸的反轉精度，孔的軸向幾許形狀差錯首要取決于刀具進給方向相對于工件反轉軸線的方位精度。這種鏜孔辦法適于加工與外圓外表有同軸度要求的孔。

（2）刀具旋轉，工件作進給運動 鏜床主軸帶動鏜刀旋轉，作業(yè)臺帶動工件作進給運動。

（3）刀具旋轉并作進給運動 選用這種鏜孔辦法鏜孔，鏜桿的懸伸長度是改變的，鏜桿的受力 變形也是改變的，靠近主軸箱處的孔徑大，遠離主軸箱處的孔徑小，構成錐孔。此外，鏜桿懸伸長度增大，主軸因自重引起的曲折變形也增大，被加工孔軸線將發(fā)作相應的曲折。這種鏜孔辦法只適于加工較短的孔。

2. 金剛鏜

與一般鏜孔比較，金剛鏜的特色是背吃刀量小，進給量小，切削速度高，它能夠取得很高的加工精度（IT7～IT6）和很光潔的外表（Ra為

0.4~0.05

μm）。金剛鏜初用金剛石鏜刀加工，現(xiàn)在普遍選用硬質合金、CBN和人造金剛石刀具加工。首要用于加工有色金屬工件，也可用于加工鑄鐵件和鋼件。

金剛鏜常用的切削用量為：背吃刀量預鏜為 0.2~0.6mm，終鏜為0.1mm ；進給量為

0.01~0.14mm/r

；切削速度加工鑄鐵時為100~250m/min ，加工鋼時為150~300m/min ，加工有色金屬時為

300~2000m/min。

為了確保金剛鏜能到達較高的加工精度和外表質量，所用機床（金剛鏜床）須具有較高的幾許精度和剛度，機床主軸支承常用精細的角觸摸球軸承或靜壓滑動軸承，高速旋轉零件須經(jīng)經(jīng)確平衡；此外，進給機構的運動必須十分平穩(wěn)，確保作業(yè)臺能做平穩(wěn)低速進給運動。

金剛鏜的加工質量好，出產(chǎn)功率高，在大批大量出產(chǎn)中被廣泛用于精細孔的終究加工，如發(fā)動機氣缸孔、活塞銷孔、機床主軸箱上的主軸孔等。但須引起留意的是：用金剛鏜加工黑色金屬制品時，只能運用硬質合金和CBN制造的鏜刀，不能運用金剛石制造的鏜刀，因金剛石中的碳原子與鐵族元素的親和力大，刀具壽數(shù)低。

3. 鏜刀

鏜刀可分為單刃鏜刀和雙刃鏜刀。