湘冶切削改善數控刀片壽命的涂層工藝技術分享

涂層刀具已成為現代切削刀具的標志，在刀具中的使用比例已超過50%。切削加工中使用的各種刀具，包括車刀、鏜刀、鉆頭、鉸刀、拉刀、絲錐、螺紋梳刀、滾壓頭、銑刀、成形刀具、齒輪滾刀和插齒刀等都可采用涂層工藝來提高它們的使用性能。涂層刀具有四種：涂層高速鋼刀具，涂層硬質合金刀具，以及在陶瓷和超硬材料（金剛石或立方氮化硼）刀片上的涂層刀具。但以前兩種涂層刀具使用最多。在陶瓷和超硬材料刀片上的涂層是硬度較基體低的材料，目的是為了提高刀片表面的斷裂韌度（可提高10%以上），可減少刀片的崩刃及破損，擴大應用范圍。

      每一種涂層在切削加工中都既有優勢又有缺點，如果選用了不恰當的涂層，有可能導致刀具壽命低于未涂層刀具，有時甚至會引出比涂層以前更多的問題。

目前已有許多種刀具涂層可供選擇，包括PVD涂層、CVD涂層以及交替涂覆PVD和CVD的復合涂層等，從刀具制造商或涂層供應商那里可以很容易地獲得這些涂層。

      本文將簡單介紹一些刀具涂層共有的屬性以及一些常用的PVD、CVD涂層選擇方案。在確定選用何種涂層對于切削加工最為有益時，涂層的每一種特性都起著十分重要的作用。

      涂層及其特性的選擇是否正確可能就意味著加工性能明顯提高與幾乎沒有改善之間的區別。切削深度、切削速度和冷卻液都可能對刀具涂層的應用效果產生影響。由于在一種工件材料的加工中存在著許多變量，因此確定選用何種涂層的最好方法之一就是通過試切。涂層供應商們正在不斷開發更多的新涂層，以進一步提高涂層的耐高溫、耐摩擦和耐磨損性能。與涂層(刀具)制造商一起驗證最新、最好的刀具涂層在加工中的應用總是一件好事。

用CVD法涂層時，切削刃需預先進行鈍化處理（鈍圓半徑一般為0.02~0.08mm，切削刃強度隨鈍圓半徑增大而提高），故刃口沒有未涂層刀片鋒利。所以，對精加工產生薄切屑、要求切削刃鋒利的刀具應采用PVD法。涂層除可涂覆在普通切削刀片上外，還可涂覆到整體刀具上，已發展到涂覆在焊的硬質合金刀具上。據報道，國外某公司在焊接式的硬質合金鉆頭上采用了PCVD法，結果使加工鋼料時的鉆頭壽命比高速鋼鉆頭長10倍，效率提高5倍。

涂層刀具使用注意事項

涂層刀具的使用效果除與涂層方法及設備、涂層工藝和涂層材料有關外，還有以下情況應加以注意：

（1）涂前刀具的表面質量 。被涂刀具表面應是光亮的磨光面，刀具各工作表面上不得有銹斑、磨糊、氧化、崩刃等缺陷，要求刃口上無毛刺。前、后刀面上的表面粗糙度應達到Ra<0.8~1.25μm。表面粗糙度值愈小，涂層的結合度愈好。此外，刀具表面的清洗質量也十分重要。

（2）刀具基體材料。涂層刀具的基體材料與涂層材料應合理匹配，須根據不同的加工要求選用。涂層高速鋼刀具的基體，既可用W6Mo5Cr4V2(M2)的通用型高速鋼，也可用含鈷的超硬高速鋼和粉末冶金高速鋼(PM HSS)或者是整體采用硬質合金鎢鋼制成的　鎢鋼刀片。因粉末冶金的基體均勻，故使用效果好。加工鈦合金時，推薦用含鈷超硬高速鋼如W2Mo9Cr4VCo8(M42)作為刀具的基體材料。對于涂層滾刀，當以正常切削速度(小于45m/min)加工齒輪時，崩刃是滾刀磨損的主要原因，因此應選擇韌性較好的W6Mo5Cr4V2高速鋼作為刀具的基體材料；而在高速滾齒時(切削速度大于100m/min)，月牙洼磨損是滾刀磨損的主要原因，因此應選用耐熱性和耐磨性較高的含鈷超硬高速鋼或CW9Mo3Cr4VN高速鋼為刀具的基體材料。 涂層硬質合金刀具的基體，在加工鋼材時，宜選擇加工鋼材的硬質合金，如WC-TiC-Co或WC-TiC-TaC-Co類合金(P30用得較多)；加工鑄鐵和有色金屬時，宜選擇WC-Co類合金(K20用得較多)。被加工材料的硬度及切削加工性，對涂層刀具的使用效果也有一定影響。試驗證實，涂層刀具最適于切削高硬度和耐磨合金一類難加工材料。

（3）刀具的幾何角度。 由于涂層的潤滑性好，所以涂層刀具工作時常會在工件表面上打滑，為此涂層刀具上的后角應比未涂層刀具的后角略大。實踐表明，對鉸刀等一類精加工刀具，加大后角后，可使刃口鋒利，切屑形成容易，打滑現象明顯減少，刀具的使用性能提高。

（4）切削用量和切削液 。為了充分發揮涂層刀具的性能，必須正確選用切削用量和切削液。涂層刀具由于耐熱性好，抗月牙洼磨損能力強，故可采用較大進給量和切削速度工作，但首先應選取較大進給量。通常涂層高速鋼刀具采用的進給量比未涂層刀具提高10%~100%，提高20%~30%的切削速度是合適的。為了提高工效，涂層硬質合金刀具也可采用比未涂層刀具高25%~70%的切削速度進行切削。用涂層硬質合金通用刀具加工中碳結構鋼時的切削速度，立銑刀可達100~150m/min，鉆頭可達80~100m/min；絲錐加工鑄鐵為20~40m/min。 實踐證明，使用20號機械油加10%煤油冷卻時，可使涂層高速鋼鏜刀的壽命提高1~2倍。TiN涂層高速鋼滾刀加工20CrMnTi(197HBS)鋼制斜齒圓柱齒輪(模數m=5)時，使用20號機械油和煤油混合潤滑，刀具壽命可提高5倍左右，即使重磨后也可提高2~3倍，干切時壽命僅提高1倍。 [pre]涂層刀具使用時還要求機床的精度好、剛性高和振動小，刀具或刀片的夾持也應牢固。

在特定場合選擇合適的刀具材料，而涂層工藝雖然是錦上添花，但能達到更好的效果。隨著人們對加工效果提出更高要求，會出現更多的涂層工藝，來滿足需要，同時，也需要同行們付出更多的努力，在設備、工藝、材料等方面研發出適合市場的產品。