刀具涂層技術的應用及選擇

1、涂層刀具是啥？

涂層刀具是在抗壓強度和延展性不錯的硬質合金刀具或彈簧鋼(HSS)基材表面上，運用氣相色譜沉淀方式涂敷一層析耐磨性能好的硅化物金屬材料或非金屬材料化學物質（也可涂敷在瓷器、金鋼石和氮化硼等冶金材料刀頭上）而得到的。

2、涂層刀具的優點

涂層刀具具備表面強度高、耐磨性能好、有機化學功能平穩、耐高溫耐空氣氧化、摩擦因數小和導熱系數劣等特點，切削時相比未涂層刀具提升刀具使用壽命3~5倍以上，提升切削速率20%~70%，提升加工精密度0.5~1級，減少刀具耗費花費20%~50%。

在延展性不錯的刀具（刀頭）基材上開展表面涂層，涂敷具備高韌性、高耐磨性能、耐高溫材料的層析（如 TiN、TiC等），使刀具（刀頭）具備、優良的全面性能。未涂層快速鋼的硬度僅為62~68HRC（760~960HV），硬質合金刀具的強度僅為 89~93.5HRA（1300~1850HV）；而涂層后的表面硬度可達2000~3000HV以上。

3、刀具涂層的方式

生產制造上較常用的刀具涂層方式有二種：物理學氣相色譜堆積（PVD) 法和化學氣相沉積（CVD) 法。前面一種堆積溫度為500℃，涂層薄厚為2~5μm；后者的堆積溫度為900℃~1100℃，涂層薄厚可達5~10μm，而且設備簡易，涂層勻稱。

4、刀具涂層的規定

用CVD法涂層時，切削刃需提前開展不銹鋼鈍化（鈍圓的半徑一般為0.02~0.08mm，切削刃抗壓強度隨鈍圓的半徑擴大而提升），故刀口沒有未涂層刀頭銳利。因此，對精加工造成薄切削、規定切削刃銳利的刀具應選用PVD法。涂層除可涂敷在一般切削刀頭上海外國語，還可涂敷到總體刀具上，已發展到涂敷在焊的硬質合金刀具刀具上。據報道，在焊接式的硬質合金鉆頭上采取了PCVD法，結果使加工鋼料時的麻花鉆使用壽命比彈簧鋼麻花鉆長10倍，高效率提升5倍。

5、刀具涂層的恰當挑選

每一種涂層在切削加工里都不僅有優點又有缺陷，假如采用了不適當的涂層，有可能造成刀具使用壽命小于未涂層刀具，有時候乃至會引出來比涂層之前大量的問題?，F階段已經有許多種刀具涂層可選擇，包含PVD涂層、CVD涂層及其更替涂敷PVD和CVD的復合型涂層等。華菱超硬將講解一些刀具涂層一共有的特性及其一些常見的PVD、CVD涂層挑選計劃方案。在明確采用哪種涂層針對切削加工更為有利時，涂層的每一種特點都起著十分關鍵的功效。

（1）涂層的特點

A）強度

涂層產生的高表面強度是提升刀具使用壽命的較好方法之一。一般而言，原材料或表面的強度越高，刀具的使用壽命越長。表面強度達到Hv9000的CVD金鋼石涂層在刀具上的運用已相對完善，與PVD涂層刀具對比，CVD金鋼石涂層刀具的使用壽命提升了10～20倍。金鋼石涂層的高韌性和切削速率相比未涂層刀具提升2～3倍的功能使其變成非鐵族原材料切削加工的很好挑選。

B）耐磨性能

耐磨性就是指涂層抵御損壞的工作能力。盡管一些產品工件原材料自身強度很有可能并不太高，但在生產過程中增加的設計元素和選用的加工工藝很有可能會造成刀具切削刃碎裂或磨鈍。

C）摩擦阻力

高摩擦系數會提升切削熱，造成涂層使用壽命減少乃至無效。而減少摩擦阻力可以極大增加刀具使用壽命。與未涂層刀具對比，表面潤濕性更強的涂層刀具還能以更好的切削速率開展加工，進而進一步防止與零件原材料產生高溫電弧焊接。

D）空氣氧化溫度

氧化溫度就是指涂層逐漸溶解時的溫度值?？諝庋趸瘻囟戎翟礁?，對在高溫情況下的切削加工越有益。盡管TiAlN涂層的常溫下強度或許小于TiCN涂層，但事實上它在高溫加工時要比TiCN合理得多。TiAlN涂層在持續高溫下仍能維持其強度的根本原因取決于可在刀具與切削中間產生一層三氧化二鋁，氧化鋁層可將發熱量從刀具傳到產品工件或切削。

E）抗粘結力

涂層的抗粘結性可避免或緩解刀具與被加工原材料產生化學變化，防止產品工件原材料堆積在刀具上。在加工非鐵族金屬材料(如鋁、紫銅等)時，刀具上常常會造成加工硬化(BUE)，進而導致刀具崩刃或產品工件規格偏差。一旦被加工原材料逐漸黏附在刀具上，粘附便會不斷發展。例如，用成形銑刀加工鋁制產品工件時，加工完每一個孔后銑刀上附著的鋁都是會提升，以致較終促使銑刀直徑越來越過大，導致產品工件規格偏差損毀。具備優良抗粘結力的涂層乃至在冷凍液特性欠佳或濃度值不夠的加工場所也可以具有不錯的功效。

（2）常見的涂層

1）氮化鈦涂層(TiN)

TiN是一種通用性PVD涂層，可以提升刀具強度并具備較高的空氣氧化溫度。該涂層用以彈簧鋼切削刀具或成型專用工具可得到很出色的加工實際效果。

2）氮碳化鈦涂層(TiCN)

TiCN涂層中增加的是碳元素可提升刀具強度并得到更快的表面潤濕性，是彈簧鋼刀具的理想化涂層。

3）氮鋁鈦或氮鈦鋁涂層(TiAlN/AlTiN)

TiAlN/AlTiN涂層中產生的三氧化二鋁層可以高效提升刀具的高溫加工使用壽命。適用于干試或半干式切削加工的硬質合金刀具刀具可采用該涂層。依據涂層中常含鋁和鈦的百分比不一樣，AlTiN涂層可給予比TiAlN涂層更高一些的表面強度，因而它是快速加工行業又一個有效的涂層挑選。

4）滲氮鉻涂層(CrN)

CrN涂層優良的抗粘結力使其在非常容易造成加工硬化的加工中變成優選涂層。涂敷了這類幾乎隱形的涂層后，彈簧鋼刀具或硬質合金刀具刀具和成型專用工具的加工特性就會大大的改進。

5）金鋼石涂層(Diamond)

CVD金剛石涂層能為非鐵金屬復合材料加工刀具給予較好特性，是加工高純石墨、金屬材料基復合材質(MMC)、高硅鋁合金型材及很多其他高浸蝕原材料的理想化涂層(留意：純金鋼石涂層刀具不可以用以加工鑄鐵件，由于加工鑄鐵件的時候會造成很多切削熱，并造成產生化學變化，使涂層與刀具中間的黏附層遭受毀壞)。

6、刀具涂層的順利運用

完成涂層的性價比高運用很有可能在于很多要素，但針對每一種特殊的加工運用來講，通常僅有一種或幾類行得通的涂層挑選。涂層以及特點的選取是不是恰當很有可能就代表著加工特性明顯增強與幾乎沒有改進中間的差別。切削深層、切削速率和冷凍液都有可能對刀具涂層的使用實際效果造成危害。

因為在一種產品工件資料的加工中普遍存在著很多自變量，因而明確采用哪種涂層的較好方式之一便是根據試切?，F階段早已完善的新技術是選用CVD方式立即在硬質合金刀具或瓷器等基材上堆積一層1-25μm金鋼石塑料薄膜，可使用于各種各樣幾何圖形樣子比較復雜的刀具，在車床車刀、車刀、麻花鉆、絞刀、成形等刀具上開展金鋼石涂層，可以用以鋁、高純石墨、瓷器、碳纖維材料、玻纖等難加工原材料。