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刀具涂層的選擇
閱讀：598 發(fā)布時(shí)間：2022-1-31刀具涂層的選擇
每一種涂層在切削加工中都既有優(yōu)勢(shì)又有缺點(diǎn)，如果選用了不恰當(dāng)?shù)耐繉樱锌赡軐?dǎo)致刀具壽命低于未涂層刀具，有時(shí)甚至?xí)鸨任赐繉痈嗟膯栴}。
目前已有許多種刀具涂層可供選擇，包括PVD涂層、CVD涂層以及交替涂覆PVD和CVD的復(fù)合涂層等，從刀具制造商或涂層供應(yīng)商那里可以很容易地獲得這些涂層。下面將介紹一些刀具涂層共有的屬性以及一些常用的PVD、CVD涂層選擇方案。在確定選用何種涂層對(duì)于切削加工有益時(shí)，涂層的每一種特性都起著十分重要的作用。
(1)硬度
涂層帶來的高表面硬度是提高刀具壽命的方式之一。一般而言，材料或表面的硬度越高，刀具的壽命越長(zhǎng)。TiCN涂層比TiN涂層具有更高的硬度。由于增加了含碳量，使TiCN涂層的硬度提高了33%，其硬度變化范圍為3000~4000HV（取決于制造商）。表面硬度高達(dá)9000HV的CVD金剛石涂層在刀具上的應(yīng)用已較為成熟，與PVD涂層刀具相比，CVD金剛石涂層刀具的壽命提高了10~20倍。金剛石涂層的高硬度和切削速度可比未涂層刀具提高2~3倍的能力，使其成為非鐵族材料切削加工的不錯(cuò)選擇。
(2)耐磨性
耐磨性是指涂層抵抗磨損的能力。雖然某些工件材料本身硬度可能并不太高，但在生產(chǎn)過程中添加的元素和采用的工藝可能會(huì)引起刀具切削刃崩裂或磨鈍。
(3)表面潤(rùn)滑性
高摩擦因數(shù)會(huì)增加切削熱，導(dǎo)致涂層壽命縮短甚至失效。而降低摩擦因數(shù)可以大大延長(zhǎng)刀具壽命。細(xì)膩光滑或紋理規(guī)則的涂層表面有助于降低切削熱，因?yàn)楣饣谋砻婵墒骨行佳杆倩x前刀面而減少熱量的產(chǎn)生。與未涂層的刀具相比，表面潤(rùn)滑性更好的涂層刀具還能以更高的切削速度進(jìn)行加工，從而進(jìn)一步避免與工件材料發(fā)生高溫熔焊。
(4)氧化溫度
氧化溫度是指涂層開始分解時(shí)的溫度值。氧化溫度值越高，對(duì)在高溫條件下的切削加工越有利。雖然TiAlN涂層的常溫硬度也許低于TiCN涂層，但它在高溫加工中要比TiCN有效得多。TiAlN涂層在高溫下仍能保持其硬度的原因在于它可在刀具與切屑之間形成一層氧化鋁，氧化鋁層可將熱量從刀具傳入工件或切屑。與高速鋼刀具相比，硬質(zhì)合金刀具的切削速度通常更高，這就使TiAlN成為硬質(zhì)合金刀具的涂層，硬質(zhì)合金鉆頭和立銑刀通常采用這種PVD TiAlN涂層。
(5)抗粘結(jié)性
涂層的抗粘結(jié)性可防止或減輕刀具與被加工材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，避免工件材料沉積在刀具上。在加工非鐵族金屬（如鋁、黃銅等）時(shí)，刀具上經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生積屑瘤，從而造成刀具崩刃或工件尺寸超差。一旦被加工材料開始粘附在刀具上，粘附就會(huì)不斷擴(kuò)大。例如，用成形絲錐加工鋁質(zhì)工件時(shí)加工完每個(gè)孔后絲錐上粘附的鋁屑會(huì)增加，以致最后使得絲錐直徑變得過大，造成工件尺寸超差而報(bào)廢。具有良好抗粘結(jié)性的涂層甚至在冷卻液性能不良或濃度不足的加工場(chǎng)合也能起到很好的作用。