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金属加工刀具的铠装——涂层
添加日期:2011-06-10  添加人:韩 伟  浏览次数:2478次

  依据不同应用场合选择正确的刀具涂层是确保高效加工最重要的因素之一。正确选择涂层可以降低每个项目或每件成本,因为这样可以降低摩擦;减少热涨冷缩,降低切削力;提高进给速度和转速;改善工件表面质最并降低停机时间。针对某特定应用场合选择正确的涂层可能是件复杂而费劲的工作。市场上可以见到的每种涂层都有其优缺点,而选择不当则会缩短刀具寿命并使问题雪上加霜。


  涂层中的决定性因素


  硬度在涂层中非常关键,因为材料或表而越硬,刀具寿命就越长。CVD金刚石涂层的表面硬度接近9,000HV,与PVD涂层相比,其刀具寿命超出后者20倍。该涂层适合切削非铁材料的,因为它硬度高,且切削速度为不带涂层刀具的2~3倍。耐磨性,即涂层防止磨损的能力。尽管某种材料可能不是很硬,但是生产过程中添加的元素和工艺可能增加刀刃破损或形成突起的可能性。表面润滑性,非常重要,因为摩擦系数高会增加热量,缩短涂层寿命或引起涂层失效。而摩擦系数低却可以增加刀具寿命。表而光滑——不粗糙或无不规则轮廓——使切屑从刀具表而滑落,产生较少热量。与无涂层的刀具相比,表面润滑性高还可以提高速度,帮助防止工件产生塑变。


  氧化温度,即涂层开始失效的温度。氧化温度高可以提高在高温应用场合的成功率。点焊机


  防粘连能力,可以通过防止刀具和切削材料之间发生化学反应而阻止加工材料附着到刀具上。这种能力可以减少积屑瘤(BUE),一种在加工有色金属材料诸如铝或黄铜时常见的问题,导致刀具劈裂或零件过切。一旦材料开始附到刀具上,就继续粘接更多材料。


  常见涂层


  氮化钛(TIN),是一种通用涂层,通过物理气相沉积(PVD)法获得。该涂层表面硬度达81HRC,摩擦系数为0.4。它在1,000°F(550℃)温度下具有热稳定性,适合涂敷于高速钢(HSS)刀具用于切削各种材料,包括铁基材料、非合金和合金钢及淬火钢等。


  碳氮化钛(TICN),比氮化钛具有更多碳,硬度更高(90HRC),表面润滑性更好(摩擦系数0.3)。该涂层也非常适合HSS切削刀具,具有更高的耐磨性,适合加工更难加工材料,诸如铸铁、铝合金、工具钢、铜、镍铬合金、钛合金及有色金属等。


  氮化铝钛(TIALN),是一种高性能涂层,表面硬度超出80HRC。由于在刀具和切屑之间形成一层氧化铝——将热从刀具上转移走,转移到零件或切屑中——因此在高温下依然保持其高硬度。其优越的耐氧化性在高温加工中可以实现无与伦比的性能。由于硬质合金刀具在采用很少甚至不采用冷却液的情况下,可以采用切削速度比HSS高很多,因此在给硬质合金刀具做涂层时,TIALN为首选。TIALN摩擦系数小于TIN,对加工耐磨和难加工材料诸如铸铁、铝合金、工具钢及镍合金,其有优异性能。该涂层具有很高的延展性,是断续切削操作的理想选择。


  氮化钛铝(ALTIN),铝的含最比TIALN的高,具有更高表而硬度,具有氧化铝层,在高温加工中具有良好的刀具寿命,是高速加工的良好选择。


  硼化钛(TIB2)涂层,比TIN及TIALN涂层要硬,具有异常光滑的表面,因此表面磨擦低、切屑流速快、耐磨性好。此外,由于这种涂层对铝具有很低的亲和力,因此可以防止积屑瘤。推荐用于硅铝、钛、镁及铜合金加工。


  氮化铬(CRN),也称虹涂层。高耐腐性,高硬度(90~92HRC),磨损弹性和热转换性好,几乎适合加工所有材料,包括高硅铝、不锈钢、高镍合金、钛和复合材料等。摩擦系数异常低,为0.027,其润滑性超出TIN、TICN、TIALN及ZRN涂层。该涂层的防粘连性异常好,因此是容易产生积屑瘤的应用中的第一选择。CRN涂层厚度为0.00065英寸(合0.01651MM),可以确保加工工件保持所需要的公差。


  金刚石涂层,用化学气相沉积(CVD)工艺制作,对非铁材料实现最高的加工性能。它们适合切削石墨、金属基体复合材料(MMC)、高硅铝及许多其他耐磨材料。金刚石涂层不得用于加工钢,因为产生的热将引起化学反应,破坏涂层与刀具基体之间的粘合。


  用于硬加工的涂层


  在低人力成本的全球竞争下,许多模具厂转向硬铣加工。硬铣,结合高速加工(HSM)技术,加工高抗拉强度材料,而如采用高速钢刀具则无法实现经济加工。硬铣的门槛从拉伸强度超出1,800MPA或52HRC的材料开始。切削材料一般为微晶硬质合金、陶瓷金属或立方氮化硼(CBN),切削通常是采用压缩空气干式完成的。


  为了保护硬质合金刀其基体不受硬加工产生的高温影响,最好采用高性能TIALN涂层。涂层结构(层次)以及成分是与特定应用相关的,如刀具几何结构一样。TIALN涂层可以由单层、单组分层、多层多种涂层结构组成,诸如TIN与TIALN涂层的交替层或非常薄的纳米层等。单组分层涂层可以提高润滑性,多层结构可以保证更高的耐热性。


  金刚石涂层解决复合材料加工难题


  一种用于F-35联合攻击战斗机的高级复合机冀表面材料加工时易产生过度分层现象。国家国防制造和加工中心及其联盟合作伙伴——AMAMCO刀具公司、金刚石刀具涂层、肯纳金属有限公司、MCCULLOUGHMACHINE及MOT公司——开发了一种旨在改善特形铣刀几何结构和材料及刀具涂层的解决方法。


  选择了由金刚石刀具涂层LLC生产的DIATIGER多层金刚石涂层作为特形铣刀的涂层。独特结构的金刚石晶体形成互锁层。可以很好地防止由于机械冲击而产生的磨损、塑变、粘附磨损以及切削刃损伤。DIATIGER涂层推荐用于难加工有色金属及复合材料的加工。


  新的刀具策略大大提高了刀具的寿命。每个机翼表面所需刀具数最从原来的24把降低到2把——1把用于粗加工。1把用于精加工。切削距离增加了6倍——从原来的9英尺(约合2.74M)、总材料厚度的1/3英寸,提高到57英寸(合1.448M)全材料厚度。这些改良使每架飞机可以节省8万美金。

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