利用涂层 提高刀具寿命和加工效率

数控刀具577

    数控刀具和大家分享利用涂层　提高刀具寿命和加工效率。
     　物理涂层(PVD) 是可在刀具和刀片上覆盖薄薄涂层的真空涂层技术。实质上它往往是在等离子(例如带电气体)的帮助下将金属或金属合金等固体材料蒸发。金属蒸汽中所含的金属原子和离子沉积在基体上形成涂层。以氮化钛(TiN)涂层为例，金属钛在氮气环境中汽化，便在刀具和刀片上形成氮化钛涂层。

　　PVD涂层可提高刀具的寿命和效率，每年为企业节省数十亿美元。这是怎样实现的呢?首先，PVD涂层刀具可提升切削速度，减少加工周期，从而能在更短时间内加工更多工件。其次，PVD涂层能降低磨损和对生产的干扰，从而减少更换刀具造成的停机时间。最后，PVD涂层减少了对切削液的需求，因为它能在没有或只有很少切削液的情况下工作，而与切削液相关的成本可占总生产成本的15%。

　　PVD主要用于需要使用锋利刃口的应用场合，比如螺纹加工、切槽、切断、立铣和钻孔等加工。对整体硬质合金刀具来讲(例如立铣刀和钻头)，主要采用PVD涂层技术。而对于钛合金、高温合金和不锈钢等难加工材料来讲，PVD涂层刀具是最佳选择，因为这些材料要求更锋利的刃口以便降低切削力，同时还需要高温下的稳定性以保持切削刃的完整性。涂层的功用最终取决于它减轻构成切削刃的基体材料在不同切削条件下的热-机械损伤的能力。

　　PVD能满足大批量涂层的挑战，并能在整个批量中让每个刀片都具有均匀的涂层厚度。此外，PVD是通过采用大约500℃的较低沉积温度来实现的，这能让刀具保持锋利的刃口而不影响刃口强度，而另一种主要的涂层技术——化学涂层(CVD)， 则需要大约1,000℃的高温，虽然较低温度的工艺也逐渐变得可行。对PVD来讲，有多种方法来获得正确的涂层厚度及组织构成，从而适应目标应用区间和涂层材料的不同要求。

　　在刀具应用方面，目前主要有三种PVD工艺：离子镀膜、电弧蒸发沉积和磁控管溅射。PVD本质上是一种使用固体金属蒸发源的低压、环保、低温、可视的沉积工艺。PVD使用固体金属靶材，材料从固体靶材被汽化后，再沉积在被涂层的基体上。PVD工艺可产生只有几微米厚的硬度高、粒度细、表面光滑的涂层，而且由于涂层受压应力，所以涂层不会出现裂纹。与此形成对照的是，CVD涂层更适合磨损严重的场合，因为其涂层可更厚，从而具有更好的耐磨性。

　　第一种投入商业应用的PVD涂层是TiN。山特维克可乐满于1982年推出了第一种TiN涂层刀具，即大名鼎鼎的Delta钻头，首个PVD刀片牌号GC1020则于1990年面世。

　　PVD一直处于涂层技术发展的前沿。随着可用于PVD的 新 型 涂 层( 例如TiCN、TiAlN和AlCrN;以及氧化物涂层Al2O3和(AlCr)2O3和新涂层材料TiAlSiCrN，甚至各种碳基材料涂层等)的纷纷涌现，PVD应用领域还在不断扩展。涂层系统工艺的种种创新(例如结合射频或脉冲直流电)解决了沉积绝缘涂层材料的难题。而复合涂层大大增强了刀片性能。而PVD硬件方面的发展(例如新蒸发源)则将进一步推动涂层技术向前发展。

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