涂层刀具技术的发展及应用

点击:366 日期:2020-08-20 选择字号:
涂层刀具技术的发展及应用

刀具材料的选用决定于切削条件im体育平台官网,也决定于哪个面将被重磨。例如im体育平台官网im体育平台官网,如果刀具的前刀面被重磨im体育平台官网,使用含钻的高速钢会更有利im体育平台官网,因为在刀具前刀面无涂层之后’im体育平台官网,这种钢更耐月牙洼磨损im体育平台官网。刀具材料的进步im体育平台官网,出现了高速钢、硬质合金、各种增韧陶瓷、铣基金属陶瓷im体育平台官网、聚品金刚石和c—BN等材质刀具的使用,大大提高了金属切削的加工效率im体育平台官网im体育平台官网。每种材料的刀具有各自的优缺点im体育平台官网im体育平台官网im体育平台官网,因而有特定的用途。


  刀具寿命与膜厚也有一定的关系。若以后刀面磨损为基准,随膜厚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im体育平台官网;但如果以前刀面月牙洼深度为刀具寿命的基准im体育平台官网,刀具寿命与膜厚成正比,未发现饱和现象。膜层太厚时易引起剥离,现在车刀的涂层厚度多为5μm-10μm。


  涂层刀具对刀具几何形状提出了新的要求。一般认为im体育平台官网,刀具几何形状的改进im体育平台官网,如前角im体育平台官网、排屑空间等im体育平台官网,应集中在排屑能力上im体育平台官网im体育平台官网,以适应在更高的进给量和更高的速度下切削量的增加im体育平台官网。涂层刀具有较高的加工效率im体育平台官网im体育平台官网,它允许有较高的进给量和切削速度(可增至原切削速度的2-3倍)im体育平台官网im体育平台官网。对于难加工材料im体育平台官网im体育平台官网,涂层对刀具性能改善较大im体育平台官网。


  对于铣刀的硬质涂层im体育平台官网,膜厚的影响却不相同im体育平台官网im体育平台官网im体育平台官网。对钢制工件进行铣削加工时im体育平台官网,无论采用哪种膜层im体育平台官网im体育平台官网,膜厚大约2μm时刀具寿命最长im体育平台官网,膜厚再增加时寿命反而下降im体育平台官网im体育平台官网。但是对冲击作用较小的铸铁等进行加工时im体育平台官网,最佳膜厚向更厚的方向变化im体育平台官网。在铣削中im体育平台官网im体育平台官网,TiC涂层具有最好的效果,而Al2O3涂层却显示不出在车削加工中的优势im体育平台官网im体育平台官网im体育平台官网im体育平台官网。


  硬质合金刀具通常采用CVD法镀膜im体育平台官网,但PVD镀膜处理几乎不造成刃口强度下降im体育平台官网,PVD镀层硬质合金铣刀比CVD镀层更耐用im体育平台官网im体育平台官网im体育平台官网。对于一般高速钢刀具的耐磨损性能im体育平台官网,CVD涂层要优于PVD涂层im体育平台官网im体育平台官网,但精密的、形状复杂im体育平台官网、价格昂贵im体育平台官网、不可重磨的高速钢刀具多为PVD镀膜。


  要提高涂层刀具的使用效果im体育平台官网、充分发挥硬质涂层的作用是一相当复杂的技术im体育平台官网。为了达到优化组合im体育平台官网,建立涂层刀具数据库im体育平台官网,对不同的工件im体育平台官网im体育平台官网im体育平台官网,通过计算机来选择刀具涂层材料和加工参数im体育平台官网,情况就变得简单而有效im体育平台官网,从而真正达到优质im体育平台官网、高效im体育平台官网、低成本的加工目标。


  刀具表面的硬质薄膜对材料有如下要求:①硬度高im体育平台官网、耐磨性能好;②化学性能稳定im体育平台官网im体育平台官网,不与工件材料发生化学反应im体育平台官网im体育平台官网;③耐热耐氧化im体育平台官网,摩擦系数低,与基体附着牢固等im体育平台官网。单一涂层材料很难全部达到上述技术要求im体育平台官网。涂层材料的发展im体育平台官网im体育平台官网,已由最初的单一TiN涂层im体育平台官网、TiC涂层im体育平台官网im体育平台官网,经历了TiC-Al2O3-TiN复合涂层和TiCN、TiAlN等多元复合涂层的发展阶段,现在最新发展了TiN/NbNim体育平台官网im体育平台官网、TiN/CNim体育平台官网,等多元复合薄膜材料im体育平台官网im体育平台官网,使刀具涂层的性能有了很大提高。


  硬质涂层材料中im体育平台官网,工艺最成熟im体育平台官网、应用最广泛的是TiNim体育平台官网im体育平台官网im体育平台官网。目前im体育平台官网im体育平台官网,工业发达国家TiN涂层高速钢刀具的使用率已占高速钢刀具的50%-70%,有的不可重磨的复杂刀具的使用率已超过90%。由于现代金属切削对刀具有很高的技术要求,TiN涂层日益不能适应im体育平台官网im体育平台官网。TiN涂层的耐氧化性较差im体育平台官网,使用温度达500℃时,膜层明显氧化而被烧蚀im体育平台官网,而且它的硬度也满足不了需要im体育平台官网。TiC有较高的显微硬度,因而该材料的耐磨性能较好im体育平台官网。同时它与基体的附着牢固im体育平台官网,在制备多层耐磨涂层时im体育平台官网,常将TiC作为与基体接触的底层膜im体育平台官网im体育平台官网,在涂层刀具中它是十分常用的涂层材料。
刀具

  TiCN和TiAlN的开发im体育平台官网im体育平台官网im体育平台官网,又使涂层刀具的性能上了一个台阶。TiCN可降低涂层的内应力,提高涂层的韧性im体育平台官网,增加涂层的厚度im体育平台官网im体育平台官网,阻止裂纹的扩散im体育平台官网im体育平台官网,减少刀具崩刃im体育平台官网im体育平台官网im体育平台官网。将TiCN设置为涂层刀具的主耐磨层,可显著提高刀具的寿命。TiAlN化学稳定性好im体育平台官网,抗氧化磨损,加工高合金钢im体育平台官网、不锈钢im体育平台官网、钦合金、镍合金时im体育平台官网,比TiN涂层刀具提高寿命3—4倍im体育平台官网im体育平台官网。在TiAlN涂层中如果有较高的Al浓度im体育平台官网im体育平台官网im体育平台官网,在切削时涂层表面会生成一层很薄的非品态Al2O3im体育平台官网im体育平台官网,形成一层硬质惰性?;つ?,该涂层刀具可更有效地用于高速切削加工im体育平台官网im体育平台官网。掺氧的氮碳化钛TiCNO具有很高的显微硬度和化学稳定性im体育平台官网,可以产生相当于TiC+Al2O3复合涂层的作用im体育平台官网im体育平台官网。一些过渡金属氮化物im体育平台官网im体育平台官网im体育平台官网、碳化物im体育平台官网im体育平台官网、硼化物以及它们的多元复合化合物im体育平台官网,有的具有相当高的硬度im体育平台官网,这些材料都可以开发出来应用于涂层刀具im体育平台官网,将会使涂层刀具的性能有新的突破im体育平台官网。


  在上述硬质薄膜材料中im体育平台官网im体育平台官网,显微硬度HV能够超过50GPa的有3种:金刚石薄膜im体育平台官网im体育平台官网、立方氮化硼CBN、氮化碳β-C3N4。这些为数不多的超高硬度薄膜材料的出现,为涂层刀具硬质薄膜的发展开辟了十分稀少而昂贵的天然金刚石远远满足不了现代工业的需要。20世纪50年代中期,美国通用汽车公司人工合成了金刚石,得到颗粒状和粉末状金刚石。由于颗粒状金刚石加工困难im体育平台官网im体育平台官网,很难把它涂到刀具表面im体育平台官网m体育平台官网im体育平台官网;敌幸党S玫木燮方鸶帐镀?PCD)也由于几何形状单一im体育平台官网im体育平台官网im体育平台官网,无断屑槽和合理的几何参数im体育平台官网,限制了其性能的发挥im体育平台官网。70年代初采用低压化学气相沉积方法合成了金刚石薄膜im体育平台官网,经过20多年的技术攻关im体育平台官网,低压气相合成金刚石的技术终于有了重大突破im体育平台官网,研究金刚石成为世界性的热门课题。


  金刚石和石墨是同素异形体,金刚石品体是立方品系,属Fd3m空间群im体育平台官网im体育平台官网;而石墨是六角品系im体育平台官网,属R3m空间群im体育平台官网im体育平台官网im体育平台官网。由于原子之间的键合方式不同im体育平台官网im体育平台官网,使其性能差异十分巨大im体育平台官网。从热力学的理论来看im体育平台官网im体育平台官网,石墨比金刚石更稳定。低压气相生长金刚石im体育平台官网,在碳的相图中im体育平台官网,是在石墨为稳态而金刚石为亚稳态的区域中进行im体育平台官网。然而im体育平台官网im体育平台官网,由于两相的化学势十分接近im体育平台官网im体育平台官网,两相都能生成。低压气相合成金刚石的关键技术是抑制石墨相im体育平台官网,促进金刚石相生长。常用的合成方法有热丝法im体育平台官网,等离子体增强化学气相沉积(PECVD)im体育平台官网im体育平台官网,包括微波PCVDim体育平台官网、电子回旋共振ECR—PCVD、直流和射频PCVD等方法im体育平台官网,直流和高频电弧放电热等离子体法等。反应过程中输入的能量(如射频功率、微波功率等)im体育平台官网im体育平台官网、反应气体的激活状态和最佳配比im体育平台官网、沉积过程的成核模式等im体育平台官网,对于生成金刚石膜有决定性作用。衬底材料的晶型和点阵常数对金刚石膜成核生长影响很大im体育平台官网im体育平台官网im体育平台官网,当金刚石相和石墨相在衬底上同时成核时,石墨相就会迅速生长im体育平台官网。如果存在高浓度的原于氢就会对长出的石墨相起腐蚀作用而将石墨相除去,虽然它也能对金刚石相起腐蚀作用im体育平台官网,但速度却慢得多im体育平台官网im体育平台官网,从而达到抑制石墨相生长的目的im体育平台官网im体育平台官网。许多沉积金刚石薄膜的温度要求为600℃-900℃,因此该技术常用于硬质合金刀具表面沉积金刚石薄膜im体育平台官网。


  金刚石硬质合金刀具的商品化im体育平台官网,是近几年涂层技术的重大成就。与人工合成金刚石薄膜相比,人工合成CBN薄膜的研究工作开展得较晚im体育平台官网im体育平台官网。BN有3种异构体:①CBN立方品系闪锌矿结构im体育平台官网im体育平台官网,F43m空间群;②h—BN六方品系石墨结构im体育平台官网im体育平台官网,P6/mmc空间群im体育平台官网im体育平台官网;③w—BN六方品系纤锌矿结构im体育平台官网im体育平台官网,P63mc空间群im体育平台官网im体育平台官网。3种异构体的性能差别很大,h—BN具有与石墨极为相似的结构im体育平台官网,质地很软im体育平台官网。而w—BN和CBN中im体育平台官网,Bim体育平台官网、N原子都要被此形成四配位结构im体育平台官网,它们都是超硬材料im体育平台官网。用高温高压方法得到的CBN是颗粒状晶体,最高显微硬度可达84.3GPa,CBN薄膜的最高显微硬度为61.8GPaim体育平台官网,其综合性能并不亚于金刚石薄膜im体育平台官网。CBN在硬度和导热率方面仅次于金刚石im体育平台官网,热稳定性极好im体育平台官网im体育平台官网im体育平台官网,在大气中加热至1000℃也不发生氧化im体育平台官网。CBN对于铁族金属具有极为稳定的化学性能,与金刚石不宜加工钢材不同im体育平台官网,它可以广泛用于钢铁制品的精加工、研磨等im体育平台官网。CBN涂层除具有优良的耐磨损性能外,还可以在相当高的切削速度下加工耐热钢im体育平台官网im体育平台官网、钛合金im体育平台官网im体育平台官网、淬火钢im体育平台官网im体育平台官网,能切削高硬度的冷硬轧辊、掺碳淬火材料和对刀具磨损非常严重的Si-Al合金等im体育平台官网im体育平台官网。低压气相合成CBN薄膜的方法主要有CVD和PVD法im体育平台官网。CVD包括化学输运PCVD,热丝辅助加热PCVDim体育平台官网、ECR-CVD等im体育平台官网im体育平台官网;PVD则有反应离子束镀im体育平台官网、活性反应蒸镀im体育平台官网、激光蒸镀离子束辅助沉积法等im体育平台官网。


  CBN的合成技术,在基础研究和应用技术方面都还有不少工作要做im体育平台官网im体育平台官网,包括反应机制和成膜过程im体育平台官网im体育平台官网、等离子体诊断和质谱分析im体育平台官网im体育平台官网、最佳工艺条件的确定、高效率设备的开发等im体育平台官网。


  具有超硬涂层的刀具之所以磨损量小,是由于膜层超硬化合物的硬度高、熔点高im体育平台官网、热化学稳定性优良所致im体育平台官网im体育平台官网im体育平台官网im体育平台官网。超硬化合物多为过渡金属的氮化物im体育平台官网、碳化物和硼化物所组成。它们以强大的共价键结合im体育平台官网,具有很低的标准生成自由能im体育平台官网,构成了十分稳定的体系im体育平台官网,在高温下硬度也不显著降低im体育平台官网im体育平台官网。这些膜层较之硬质合金和高速钢等刀具材料显示出更高的耐机械磨损和耐热磨损等方面的能力im体育平台官网。


  镀膜条件im体育平台官网im体育平台官网、工艺参数im体育平台官网、镀前基体预处理等对于优质涂层的制取是非常重要的im体育平台官网im体育平台官网。刀具表面的状态对涂层的附着力至关重要im体育平台官网im体育平台官网,被镀工件表面必须没有其它膜层im体育平台官网im体育平台官网、烧斑、锈斑im体育平台官网、油污或其它沾污im体育平台官网。工件要经过严格的喷砂和去油清洗im体育平台官网,在真空中生长硬质膜前还要进行离子轰击清洗。


  不同涂层材料的刀具,使用效果是不一样的im体育平台官网。低速切削,TiC涂层占有优势im体育平台官网;高速切削im体育平台官网im体育平台官网im体育平台官网,TiN较合适;HfN的热化学稳定性比TiN更高,适合于在更高的切削速度下工作im体育平台官网im体育平台官网。TiN和A1203涂层相比im体育平台官网,高速切削时A1203涂层占有明显优势,而低速切削时TiN涂层刀具的使用寿命更长im体育平台官网im体育平台官网im体育平台官网。


  涂层刀具与未涂层刀具相比im体育平台官网,具有显著的优越性:它可以提高加工效率im体育平台官网,提高加工精度,延长刀具使用寿命im体育平台官网im体育平台官网,从而保证加工件的质量im体育平台官网im体育平台官网im体育平台官网,降低加工成本im体育平台官网im体育平台官网。现代化的金属切削加工,对刀具的要求是高切削速度im体育平台官网、高进给速度im体育平台官网、高可靠性im体育平台官网、长寿命im体育平台官网、高精度和良好的切削控制性im体育平台官网im体育平台官网。涂层刀具的出现im体育平台官网im体育平台官网im体育平台官网im体育平台官网,使刀具切削性能有了重大突破im体育平台官网im体育平台官网,它将刀具基体与硬质薄膜表层相结合im体育平台官网,由于基体保持了良好的韧性和较高的强度im体育平台官网im体育平台官网,硬质薄膜表层又具有高耐磨性和低摩擦系数im体育平台官网,从而使刀具的性能大大提高。



“KHC”是德国整体硬质合金立铣刀品牌im体育平台官网im体育平台官网im体育平台官网,使用欧洲先进的磨刀设备im体育平台官网im体育平台官网,采用欧洲高品质的钨钢棒材及搭配瑞士PLATIT的镀层技术im体育平台官网im体育平台官网im体育平台官网,造就了KHC钨钢铣刀高速、高效率im体育平台官网、高硬度及高性价比的金属切削刀具im体育平台官网im体育平台官网。“ KHC高速钨钢铣刀”是高新技术的结晶im体育平台官网im体育平台官网im体育平台官网im体育平台官网,已全面覆盖不同材料im体育平台官网、不同硬度im体育平台官网im体育平台官网im体育平台官网、不同工序的加工需求im体育平台官网,对影响机械加工表面质量起到关键性作用im体育平台官网。产品广泛应用于航空航天、汽车工业、医疗器械im体育平台官网、通信设备im体育平台官网、模具工业及电子行业等领域im体育平台官网。 "KHC高速钨钢铣刀"立足于长远的发展及持续创新研发更多的新型刀具im体育平台官网,来满足模具加工技术革新的发展需求,相信拥有KHC品牌钨钢铣刀是您明智之选im体育平台官网im体育平台官网im体育平台官网。



中文网站:www.khctool.cn

中文网站:www.haier-jdwx.com

德国KHC合金铣刀招商加盟免费咨询电话:4000-9392-88 

办公电话:0755-26581926/26581927 传真:0755-26581928

德国KHC合金铣刀事业部地址:深圳市南山区西丽街道办事处平山一路民企科技园第二栋西座2楼


电话:4000-9392-88
im体育平台官网