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          常见问题

          涂层,不可或缺

          来源:山东瑞钻工程装备有限公司 2015-01-07查看:2753

          摘要:涂层,不可或缺

          涂层刀具是在强度和韧性较好的硬质合金或高速钢(HSS)基体表面上,利用气相沉积方法涂覆一薄层或多层、甚至多达千层以上耐磨性好的难熔金属或非金属化合物,如TiC、TiN、TiCN、TiAlN、Al2O3、C3N4、MoS2、DLC及金刚石等材料??赏康ヒ坏耐坎?,也可涂复合和多元涂层。日本住友电工公司推出的一款高速强力型钻头,它是在钨钴类硬质合金基体上交互涂覆了1000层TiN和AlN纳米超薄膜薄层,涂层总厚度约2.5μm。该公司开发出的ZX涂层立铣刀,超薄膜薄层数多达2,000层,每层厚度约1纳米,从而解决了刀具材料的硬度和耐磨性越高而强度和韧性越低的矛盾。

          涂层作为一个化学屏障和热屏障,减少了刀具与工件间的扩散和化学反应,从而减少了月牙洼磨损。涂层刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、耐热耐氧化、摩擦系数小和热导率低等特性,切削时可比未涂层刀具提高使用寿命3-5倍以上,提高切削速度20%-70%,提高加工精度0.5-1级,降低刀具消耗费用20%-50%。因此,涂层刀具已成为现代切削刀具的标志。在工业发达国家涂层刀具使用比例已超过70%,美国在数控机床(NC)和加工中心(MC)上使用的刀具80%-85%都是涂层刀具。目前,切削加工中使用的各种刀具,包括车刀、镗刀、钻头、铰刀、拉刀、丝锥、螺纹梳刀、滚压头、铣刀、成形刀具、齿轮滚刀、插齿刀和剃齿刀等都可采用涂层工艺来提高它们的使用性能。

          必须指出的是,涂层刀具目前在使用中存在一个误区,由于其表面硬度高,当刀具磨损或涂层剥落时,因用普通砂轮刃磨时磨削比小,重磨困难,不少操作者就把它作为不重磨刀具而丢弃,造成极大的浪费。涂层刀具磨损后必须进行重磨。涂层刀具重磨时,需将刀具上的磨损部分全部磨掉。对于只需重磨前刀面的刀具(如拉刀、成形车刀、成形铣刀、齿轮滚刀和插齿刀等)或只需重磨后刀面的刀具(如钻头和铰刀等),若在其毗连切削刃的另一个刀面(如钻头的螺旋出屑槽)上的涂层未受损伤,刀具耐磨性即可提高。重新刃磨后的涂层刀具,其刀具使用寿命可达原来新涂层刀具寿命50%左右或更长,仍比未涂层刀具的寿命要高。

          刃磨涂层硬质合金刀具所用的砂轮,可采用金刚石砂轮。但刃磨涂层高速钢刀具时,用立方氮化硼砂轮磨削有较好的效果。刀具的磨损处应全部磨去,涂层不能剥落,但又不能使刀具退火。

          使用涂层刀具的一个重要问题是重磨后刀具切削性能恢复的问题,即刀具每次刃磨(开口)后可否再进行重复涂层(重涂) 的问题。表1中列出了涂层高速钢齿轮滚刀和插齿刀,重磨前刀面后再进行重涂后的刀具耐磨性试验结果。

          表1 无涂层与涂层及重复涂层齿轮滚刀和插齿刀的加工齿轮数

          从上表可见,经涂层及重复涂层后的齿轮滚刀和插齿刀的使用寿命有明显提高。实际试验表明,在上述齿轮滚刀和插齿刀的重复涂层面上,膜层厚度没有明显增加,而用多次重涂后的刀具加工出的齿轮仍能达到图样上规定的精度要求。齿轮滚刀经过17次重复涂层后,刀齿后刀面涂层膜的累积总厚度仍只有5-6μm,而且涂层膜在刀具表面上是均匀的,新涂上去的膜层与原涂层形成冶金结合,两者没有可辨别的界层,也无明显的空穴。重复涂层对其它刀具如麻花钻、铰刀和立铣刀等也同样有效。

          涂层刀具重涂时,除可使用原涂层材料外,也可采用新的涂层材料。实际使用表明,TiN涂层刀具重涂时若采用TiAlN新的涂层材料,无论是切削速度或者是刀具使用寿命均将有明显提高。此外,涂层刀具的使用寿命与膜层厚度也有一定的关系。若以后刀面磨损为基准,随着膜层厚度的增加刀具寿命也会增加,但膜厚为5μm时达到饱和,即寿命不再明显增加。如果以前刀面月牙洼深度为刀具寿命的基准,刀具寿命与膜层厚度成正比,未发现饱和现象。但膜层太厚时易引起剥落,因而现在刀具的涂层厚度一般不超过5-10μm。

          对于重磨的成形刀具,也只有进行重涂,才能保证刀具的总寿命提高3-5倍以上。凡重涂刀具首先必须按工艺要求将各几何参数磨好,其磨光部分不允许存在各种质量缺陷,如磨糊、毛刺等。重涂时可采用局部屏蔽技术只对刃磨面进行涂层。对于不采用屏蔽技术的重涂,在重涂4-6次后,刀具的非刃磨面的涂层厚度就会过大,从而影响刀具的精度和产生局部剥落现象,此时要对刀具进行脱膜处理后再重涂。重涂后的刀具切削性能一般不低于第一次新涂层刀具,刀具可重涂多次,直到报废为止。

          从上可知,重涂对提高刀具耐磨性和生产率是有很大潜力的。通常,硬质合金生产厂一般都能进行重涂。

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