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技術(shù)文章
數(shù)控刀具的重磨與再涂層
閱讀：2744 發(fā)布時間：2012-1-12
硬質(zhì)合金和高速鋼刀具的重磨和再涂層是目前常見的工藝。盡管刀具重磨或再涂層的價格僅為新刀具制造成本的一小部分，但卻能延長刀具壽命。重磨工藝是特殊刀具或價格昂貴刀具的典型處理方法。可進(jìn)行重磨或再涂層的刀具包括鉆頭、銑刀、滾刀以及成形刀具等。
刀具的重磨
在滾刀或銑刀的重磨過程中，需要磨削切削刃以除去原涂層，因此所用砂輪必須具有足夠的硬度。重磨對切削刃的預(yù)處理是非常關(guān)鍵的，不僅要保證刀具重磨后原始切削刃的幾何形狀能被*準(zhǔn)確地保留，而且要求重磨對PVD涂層刀具必須是“安全”的。因此，必須避免不合理的磨削工藝（例如：高溫導(dǎo)致刀具表層受損的粗磨或干磨）。
涂層之前，可用化學(xué)方法去除原有的全部涂層。化學(xué)去除法常用于復(fù)雜刀具（如滾刀、拉刀），或多次復(fù)涂的刀具以及因涂層厚度而產(chǎn)生問題的刀具。化學(xué)去除涂層的方法通常于高速鋼刀具，因為該方法會損害硬質(zhì)合金基體：采用化學(xué)去除涂層法將從硬質(zhì)合金基體上濾除鈷，導(dǎo)致基體表面疏松、產(chǎn)生氣孔以至難以進(jìn)行再涂層。
“化學(xué)去除法用于高速鋼硬涂層的腐蝕去除”巴爾查斯涂層公司的技術(shù)主管DennisQuinto指出。“由于硬質(zhì)合金基體中含有與涂層中類似的化學(xué)成分，因此化學(xué)去除溶劑更容易損害硬質(zhì)合金基體而不是高速鋼基體”。
“刀具在涂層去除溶液中停留的時間是至關(guān)重要的”金星涂層公司的副總裁BillLangendorfer指出。“把刀具留在溶液中的時間越長，對刀具的腐蝕就越嚴(yán)重。盡管對高速鋼而言，腐蝕率要低得多，但當(dāng)?shù)毒呱系脑繉颖蝗コ笕詰?yīng)立即將刀具取出并進(jìn)行清洗”。
此外，還有一些適用于去除PVD涂層的具有的化學(xué)方法。在這些化學(xué)方法中涂層去除溶液與硬質(zhì)合金基體僅有微小的化學(xué)反應(yīng)，但目前這些方法尚未廣泛使用。另外，還有其它清洗涂層的方法，如激光加工、研磨噴砂等。化學(xué)去除法是zui常用的方法，因為它可以提供良好的表面涂層去除一致性。
目前典型的再涂層工藝是通過重磨工藝去除刀具原有涂層。
再涂層的經(jīng)濟(jì)性
zui常見的刀具涂層有TiN、TiC和TiAlN。其它超硬氮/碳化物的涂層也有應(yīng)用，但不太普遍。PVD金剛石涂層刀具也可以進(jìn)行重磨和再涂層。在再涂層過程中，刀具應(yīng)被“保護(hù)”以避免臨界表面的損傷。
常常有這種情況：用戶購買了未涂層的刀具后，在刀具需要重磨時再進(jìn)行涂層，或在新刀具或重磨后的刀具上進(jìn)行不同的涂層。
BillLangendorfer說：“在很多情況下，我們?nèi)コ毒呱系腡iN涂層，重新涂上TiAlN涂層。因為用戶希望提高刀具的生產(chǎn)效率，而TiAlN涂層工具比TiN涂層工具切削速度更高、也更耐高溫。用戶常常希望可以從刀具制造商那里獲得性能更好的新的涂層刀具，因此‘刀具制造商可能不得不重新開發(fā)一種帶有TiAlN涂層的新刀具’。但與重新開發(fā)這種新刀具相比，從舊刀具上去除TiN涂層并涂上TiAlN涂層所花的時間要短得多。”
再涂層的限制像一把刀具可以多次重磨一樣，刀具的切削刃也可以進(jìn)行多次涂層。而“在已經(jīng)重磨過的刀具表面獲得粘著性能良好的涂層是提高刀具性能的關(guān)鍵。”IonBondLLC公司國內(nèi)銷售總監(jiān)RobBokram指出。
除切削刃以外，在刀具每次修磨時，刀具表面的其余部分也許并不需要去除涂層或再涂層，這取決于刀具的類型以及加工中所使用的切削參數(shù)。滾刀和拉刀是進(jìn)行再涂層時需去除所有原涂層的刀具，否則刀具性能將會降低。在應(yīng)力導(dǎo)致的粘附問題變得突出之前，刀具可進(jìn)行少量幾次再涂層而不需除去舊涂層。盡管PVD涂層具有有利于金屬切削的殘余壓應(yīng)力，但這種壓力會隨涂層厚度的增加而增大，并且在超過某個固定的限值后涂層將開始出現(xiàn)分層現(xiàn)象。在未去除舊涂層而進(jìn)行再涂層時，刀具的外徑上就增加了一個厚度。對于鉆頭而言，就意味著所鉆的孔徑在變大。因此必須考慮涂層附加的厚度對刀具外徑的影響，同時還要考慮這二者對被加工孔徑尺寸公差的影響。
一個鉆頭可在不去除舊涂層的情況下再涂層5～10次，但在此之后將面臨嚴(yán)重的誤差問題。Spec工具公司副總裁DennisKlein則認(rèn)為：在±1μm的誤差范圍內(nèi)，涂層厚度不會成為問題；但當(dāng)誤差在0.5～0.1μm范圍內(nèi)時，必須考慮涂層厚度帶來的影響。只要涂層厚度不成為問題，那么再涂層、重磨的刀具*可能比原來的性能更好。
刀具的重磨
在滾刀或銑刀的重磨過程中，需要磨削切削刃以除去原涂層，因此所用砂輪必須具有足夠的硬度。重磨對切削刃的預(yù)處理是非常關(guān)鍵的，不僅要保證刀具重磨后原始切削刃的幾何形狀能被*準(zhǔn)確地保留，而且要求重磨對PVD涂層刀具必須是“安全”的。因此，必須避免不合理的磨削工藝（例如：高溫導(dǎo)致刀具表層受損的粗磨或干磨）。
涂層之前，可用化學(xué)方法去除原有的全部涂層。化學(xué)去除法常用于復(fù)雜刀具（如滾刀、拉刀），或多次復(fù)涂的刀具以及因涂層厚度而產(chǎn)生問題的刀具。化學(xué)去除涂層的方法通常于高速鋼刀具，因為該方法會損害硬質(zhì)合金基體：采用化學(xué)去除涂層法將從硬質(zhì)合金基體上濾除鈷，導(dǎo)致基體表面疏松、產(chǎn)生氣孔以至難以進(jìn)行再涂層。
“化學(xué)去除法用于高速鋼硬涂層的腐蝕去除”巴爾查斯涂層公司的技術(shù)主管DennisQuinto指出。“由于硬質(zhì)合金基體中含有與涂層中類似的化學(xué)成分，因此化學(xué)去除溶劑更容易損害硬質(zhì)合金基體而不是高速鋼基體”。
“刀具在涂層去除溶液中停留的時間是至關(guān)重要的”金星涂層公司的副總裁BillLangendorfer指出。“把刀具留在溶液中的時間越長，對刀具的腐蝕就越嚴(yán)重。盡管對高速鋼而言，腐蝕率要低得多，但當(dāng)?shù)毒呱系脑繉颖蝗コ笕詰?yīng)立即將刀具取出并進(jìn)行清洗”。
此外，還有一些適用于去除PVD涂層的具有的化學(xué)方法。在這些化學(xué)方法中涂層去除溶液與硬質(zhì)合金基體僅有微小的化學(xué)反應(yīng)，但目前這些方法尚未廣泛使用。另外，還有其它清洗涂層的方法，如激光加工、研磨噴砂等。化學(xué)去除法是zui常用的方法，因為它可以提供良好的表面涂層去除一致性。
目前典型的再涂層工藝是通過重磨工藝去除刀具原有涂層。
再涂層的經(jīng)濟(jì)性
zui常見的刀具涂層有TiN、TiC和TiAlN。其它超硬氮/碳化物的涂層也有應(yīng)用，但不太普遍。PVD金剛石涂層刀具也可以進(jìn)行重磨和再涂層。在再涂層過程中，刀具應(yīng)被“保護(hù)”以避免臨界表面的損傷。
常常有這種情況：用戶購買了未涂層的刀具后，在刀具需要重磨時再進(jìn)行涂層，或在新刀具或重磨后的刀具上進(jìn)行不同的涂層。
BillLangendorfer說：“在很多情況下，我們?nèi)コ毒呱系腡iN涂層，重新涂上TiAlN涂層。因為用戶希望提高刀具的生產(chǎn)效率，而TiAlN涂層工具比TiN涂層工具切削速度更高、也更耐高溫。用戶常常希望可以從刀具制造商那里獲得性能更好的新的涂層刀具，因此‘刀具制造商可能不得不重新開發(fā)一種帶有TiAlN涂層的新刀具’。但與重新開發(fā)這種新刀具相比，從舊刀具上去除TiN涂層并涂上TiAlN涂層所花的時間要短得多。”
再涂層的限制像一把刀具可以多次重磨一樣，刀具的切削刃也可以進(jìn)行多次涂層。而“在已經(jīng)重磨過的刀具表面獲得粘著性能良好的涂層是提高刀具性能的關(guān)鍵。”IonBondLLC公司國內(nèi)銷售總監(jiān)RobBokram指出。
除切削刃以外，在刀具每次修磨時，刀具表面的其余部分也許并不需要去除涂層或再涂層，這取決于刀具的類型以及加工中所使用的切削參數(shù)。滾刀和拉刀是進(jìn)行再涂層時需去除所有原涂層的刀具，否則刀具性能將會降低。在應(yīng)力導(dǎo)致的粘附問題變得突出之前，刀具可進(jìn)行少量幾次再涂層而不需除去舊涂層。盡管PVD涂層具有有利于金屬切削的殘余壓應(yīng)力，但這種壓力會隨涂層厚度的增加而增大，并且在超過某個固定的限值后涂層將開始出現(xiàn)分層現(xiàn)象。在未去除舊涂層而進(jìn)行再涂層時，刀具的外徑上就增加了一個厚度。對于鉆頭而言，就意味著所鉆的孔徑在變大。因此必須考慮涂層附加的厚度對刀具外徑的影響，同時還要考慮這二者對被加工孔徑尺寸公差的影響。
一個鉆頭可在不去除舊涂層的情況下再涂層5～10次，但在此之后將面臨嚴(yán)重的誤差問題。Spec工具公司副總裁DennisKlein則認(rèn)為：在±1μm的誤差范圍內(nèi)，涂層厚度不會成為問題；但當(dāng)誤差在0.5～0.1μm范圍內(nèi)時，必須考慮涂層厚度帶來的影響。只要涂層厚度不成為問題，那么再涂層、重磨的刀具*可能比原來的性能更好。