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      刀具涂層技術(shù)現狀及其展望
      更新時(shí)間:2007-09-28 14:39:00 點(diǎn)擊量:

      對刀具進(jìn)行涂層是機械加工行業(yè)前進(jìn)道路上的一大變革,它是在刀具韌性較高的基體上涂覆一層、二層乃至多層耐磨的難熔化合物,從而使刀具的性能得到極大改善。經(jīng)涂層的刀具可以提高加工效率、加工精度、延長(cháng)壽命、降低成本,因而,受到世界各國普遍關(guān)注。

         現狀    

         自20世紀60年代末第一代CVD氣相沉積TiC硬質(zhì)合金刀片問(wèn)世以來(lái),涂層技術(shù)對硬質(zhì)合金刀具的發(fā)展起了巨大的促進(jìn)作用。20世紀80年代初PVD氣相沉積TiN在高速鋼刀具上成功應用,被譽(yù)為高速鋼刀具性能的一場(chǎng)革命。從此,涂層技術(shù)取得了飛速的發(fā)展,涂層工藝越來(lái)越成熟,涂層刀具應用范圍越來(lái)越廣泛。    

         西方工業(yè)發(fā)達國家使用的涂層刀具占可轉位刀片的比例已由1978年的26%上升到2005年的90%,新型的數控機床所用的刀具中80%左右是涂層刀具。瑞典山特維克可樂(lè )滿(mǎn)和美國肯納金屬公司的涂層刀片的比例已達85%以上,美國數控機床上使用的硬質(zhì)合金涂層刀片的比例為80%,瑞典和德國車(chē)削用的涂層刀具都在70%以上。日本、俄羅斯涂層技術(shù)開(kāi)發(fā)和應用也走在世界前列。我國涂層刀具起步晚,但進(jìn)步快,涂層網(wǎng)點(diǎn)遍布全國,不少城市都有自己的涂層中心,承接對外加工業(yè)務(wù),廠(chǎng)礦也不甘示弱,國內幾家大的工具廠(chǎng)擁有涂膜機都在10臺以上,但多數應用在麻花鉆等低端產(chǎn)品上。德國等工業(yè)發(fā)達國家的涂層公司紛紛在我國安營(yíng)扎寨,大搞涂層刀具對外加工。由于資源匱乏和機械加工的高效化,以及數控技術(shù)進(jìn)步及難加工材料增多,涂層刀具正以驚人的發(fā)展速度被動(dòng)式向前挺進(jìn)。

         涂層技術(shù)的新發(fā)展    

         縱觀(guān)CVD、PVD技術(shù)的發(fā)展過(guò)程,可以發(fā)現幾個(gè)共同的規律。當第一代涂層產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)后,首先要解決的是涂層設備的國產(chǎn)化問(wèn)題,以滿(mǎn)足市場(chǎng)需要;其次是開(kāi)發(fā)新一代的涂層成分,以提高刀具的加工效率;第三是研制多層涂層及控制技術(shù),使被涂刀具表層具有多種材料的綜合力學(xué)性能,對切削、拉銑等不同加工對象實(shí)施個(gè)性化服務(wù)。涂層技術(shù)的新發(fā)展主要有以下三個(gè)方面表現:膜系材料多元化

         目前應用最多的涂層物質(zhì)是TiC、TiN、TiCN和Al2O3。當今在硬質(zhì)合金涂層刀具中應用最多的TiAlN三元涂層,并可以通過(guò)調整Al元素的成份比例來(lái)獲得不同膜層性能。涂層材料由最初的TiC和TiN單層發(fā)展到現在的復合涂層。復合涂層及相關(guān)技術(shù)的出現,使涂層既可以提高與基體的結合強度,又具有多種材料的復合性能。近幾年開(kāi)發(fā)的TiN/NbN、TiN/CNx等多元復合薄材料,使涂層刀具壽命有很大的提高。涂層工藝組合的多樣化帶來(lái)了TiAlN、TiAlCN、CrSiN等多元復合涂層,使刀具獲得高耐磨、低摩擦、熱穩定好和抗氧化性能等優(yōu)良的綜合性能。

         軟涂層

         高硬度是早期涂層技術(shù)開(kāi)發(fā)追求的主要目標,然而并不是所有的材料都適合于硬涂層。如高強度鋁合金、鈦合金及某些貴重材料都不適合用硬涂層刀具加工,而軟涂層則較好地解決了上述材料的難加工問(wèn)題。軟涂層主要有MoS2、WS2、TaS2等
      納米涂層

         近期美國學(xué)者開(kāi)發(fā)出納米涂層刀具,這種涂層刀具可采用多種涂層材料的不同組合,以滿(mǎn)足不同功能和性能要求,設計合理的納米涂層,可使刀具材料具有優(yōu)異的減摩抗磨功能和自潤滑性能,適用于高速干切削,尤其適于在數控機床上使用。具有一定代表性的是AlTiN晶粒與無(wú)定型的Si3N4納米組分構成的納米混合膜,其硬度可達到45GPa,膜層的穩定性和抗氧化性可達1000℃。

         PVD、CVD將長(cháng)期共存

         早在20多年前,PVD涂層投入工業(yè)生產(chǎn)以來(lái),人們一直在探索用PVD代替CVD的問(wèn)題,幾經(jīng)周折,設想和實(shí)踐都成為泡影。    

         盡管PVD有CVD難以比擬的優(yōu)點(diǎn),也可以進(jìn)行a-Al2O3以外的多種硬質(zhì)涂層,但事實(shí)標明:CVD車(chē)、銑刀具還是優(yōu)于PVD。今后兩種涂層在切削刀具涂層中將長(cháng)期共存和相互補充,并因各自?xún)?yōu)點(diǎn)而在涂層產(chǎn)品中占據屬于自己的份額。兩種技術(shù)也可以相互結合,取長(cháng)補短,如目前應用的PCVD涂層技術(shù)就是例證。

         涂層刀具的應用    

         涂層技術(shù)目前廣泛應用于機械、電子、光學(xué)、航空航天、化工、輕紡及食品工業(yè)等各個(gè)部門(mén)。運用高科技手段不僅能沉積各類(lèi)金屬和合金,還能沉積多種化合物,不僅能在金屬基體上沉積,而且在陶瓷、金剛石、玻璃甚至塑料等非金屬上沉積,可以毫不夸張地講,涂層技術(shù)已滲透到國民經(jīng)濟各個(gè)領(lǐng)域,其作用和效能有目共睹,不管是國內還是國外機床工具博覽會(huì )上,人們都會(huì )看到品種繁多、方法各異的涂層工具,應用實(shí)例舉不勝舉。

         涂層中應注意的幾個(gè)問(wèn)題

         理想的刀具材料

         用于涂層的刀具材料必須是理想的好材料,不能停留在合格的水平上。俗話(huà)說(shuō)好鋼要用在刀刃上,目前刀具材料市場(chǎng)不規范,魚(yú)龍混雜,假冒偽劣猖獗。在選材、用材時(shí)應加強檢查,把好各道關(guān)卡,不然前功盡棄。

         硬度檢查

         硬度不合適的刀具若涂層,涂層技術(shù)再高明也無(wú)濟于世。例如65HRC以下的高速鋼刀具,硬度大于68HRC的501鋼立銑刀,以及所謂的低合金高速鋼鉆頭,涂層效果就不一定好。通過(guò)適當的熱處理,將刀具硬度控制在客戶(hù)滿(mǎn)意的范圍內,再施以理想涂層,將是錦上添花。    

         JB/T8365-96《氮化鈦涂層刀具技術(shù)規范》,要求高速鋼刀具涂層硬度≥2000HV,但目前市場(chǎng)上不少涂層產(chǎn)品達不到此值,往往是低硬度的裝飾鍍,或是涂層厚度達不到要求。退磁

         涂層前應進(jìn)行退磁處理,因為磁性會(huì )影響涂層效果。

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