塗層是確保高效加工最重要的因素之一。

正確選擇塗層可以降低每個項目或每件成本,因為這樣可以降低摩擦;減少熱漲冷縮,降低切削力;提高進給速度和轉速;改善工件表面質最並降低停機時間。針對某特定應用場合選擇正確的塗層可能是件複雜而費勁的工作。市場上可以見到的每種塗層都有其優缺點,而選擇不當則會縮短刀具壽命並使問題雪上加霜。塗層中的決定性因素硬度在塗層中非常關鍵,因為材料或表而越硬,刀具壽命就越長。CVD金剛石塗層的表面硬度接近9,000HV,與PVD塗層相比,其刀具壽命超出後者20倍。該塗層適合切削非鐵材料的,因為它硬度高,且切削速度為不帶塗層刀具的23倍。耐磨性,即塗層防止磨損的能力。儘管某種材料可能不是很硬,但是生產過程中添加的元素和工藝可能增加刀刃破損或形成突起的可能性。

表面潤滑性,非常重要,因為摩擦係數高會增加熱量,縮短塗層壽命或引起塗層失效。而摩擦係數低卻可以增加刀具壽命。表而光滑——不粗糙或無不規則輪廓——使切屑從刀具表而滑落,產生較少熱量。與無塗層的刀具相比,表面潤滑性高還可以提高速度,幫助防止工件產生塑變。氧化溫度,即塗層開始失效的溫度。氧化溫度高可以提高在高溫應用場合的成功率。防粘連能力,可以通過防止刀具和切削材料之間發生化學反應而阻止加工材料附著到刀具上。這種能力可以減少積屑瘤(BUE) ,一種在加工有色金屬材料諸如鋁或黃銅時常見的問題,導致刀具劈裂或零件過切。一旦材料開始附到刀具上,就繼續粘接更多材料。

常見塗層氮化鈦(TiN),是一種通用塗層,通過物理氣相沉積(PVD)法獲得。該塗層表面硬度達81HRC,摩擦係數為0.4。它在1,000°F(550)溫度下具有熱穩定性,適合塗敷於高速鋼(HSS)刀具用於切削各種材料,包括鐵基材料、非合金和合金鋼及淬火鋼等。碳氮化鈦(TiCN),比氮化鈦具有更多碳,硬度更高(90HRC),表面潤滑性更好(摩擦係數0.3)。該塗層也非常適合HSS切削刀具,具有更高的耐磨性,適合加工更難加工材料,諸如鑄鐵、鋁合金、工具鋼、銅、鎳鉻合金、鈦合金及有色金屬等。氮化鋁鈦(TiAlN),是一種高性能塗層,表面硬度超出80HRC。由於在刀具和切屑之間形成一層氧化鋁——將熱從刀具上轉移走,轉移到零件或切屑中——因此在高溫下依然保持其高硬度。其優越的耐氧化性在高溫加工中可以實現無與倫比的性能。由於硬質合金刀具在採用很少甚至不採用冷卻液的情況下,可以採用切削速度比HSS高很多,因此在給硬質合金刀具做塗層時,TiAlN為首選。TiAlN摩擦係數小於TiN,對加工耐磨和難加工材料諸如鑄鐵、鋁合金、工具鋼及鎳合金,其有優異性能。該塗層具有很高的延展性,是斷續切削操作的理想選擇。氮化鈦鋁(AlTiN),鋁的含最比TiAlN的高,具有更高表而硬度,具有氧化鋁層,在高溫加工中具有良好的刀具壽命,是高速加工的良好選擇。

硼化鈦(TiB2)塗層,比TiNTiAlN塗層要硬,具有異常光滑的表面,因此表面磨擦低、切屑流速快、耐磨性好。此外,由於這種塗層對鋁具有很低的親和力,因此可以防止積屑瘤。推薦用於矽鋁、鈦、鎂及銅合金加工。氮化鉻(CrN),也稱虹塗層。高耐腐性,高硬度(90 92HRC),磨損彈性和熱轉換性好,幾乎適合加工所有材料,包括高矽鋁、不銹鋼、高鎳合金、鈦和複合材料等。摩擦係數異常低,為0.027,其潤滑性超出TiNTiCNTiAlNZrN塗層。該塗層的防粘連性異常好,因此是容易產生積屑瘤的應用中的第一選擇。CrN塗層厚度為0.00065英寸(0.01651mm),可以確保加工工件保持所需要的公差。

 

資料來源:中國金屬加工網


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