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改变刀具基体

通过在1-5µm范围内改变碳化钨的粒度,刀具制造商可以改变硬质合金刀具的基体性能;宀牧系牧6榷杂谇邢餍阅芎偷毒呤倜鹱胖匾饔。粒度越小,刀具的耐磨性越好。反之,粒度越大,刀具的强韧性越好。细颗;逯饕糜诩庸ず娇张坪挪牧(如钛合金、Inconel合金和其他高温合金)的刀片。

此外,将硬质合金刀具材料的钴含量提高6%-12%,可以获得更好的韧性。因此,可以通过调整钴含量来满足特定切削加工的要求,无论这种要求是韧性还是耐磨性。

刀具基体的性能还可以通过在接近外表面处形成富钴层,或者通过在硬质合金材料中有选择性地添加其他合金元素(如钛、钽、钒、铌等)而获得增强。富钴层可以显著提高切削刃强度,从而提高粗加工和断续切削刀具的性能。

此外,在选择与工件材料和加工方式相匹配的刀具基体时,还表现考虑另外5种基体特性——断裂韧性、横向断裂强度、抗压强度、硬度和耐热冲击性能。例如,如果硬质合金刀具出现沿切削刃崩刃的现象,就应该选用具有较高断裂韧性的基体材料。而在刀具出现切削刃直接失效或破损的情况下,可能采用的解决方案是选用具有较高横向断裂强度或较高抗压强度的基体材料。对于切削温度较高的加工场合(如干式切削),通常应该首选硬度较高的刀具材料。在可以观察到刀具产生热裂纹的加工场合(在铣削加工中最常见),建议选用耐热冲击性能较好的刀具材料。

对刀具基体材料的优化改进可以提高刀具的切削性能。例如,伊斯卡(Iscar)公司用于加工钢件的Sumo Tec刀片牌号的基体材料具有较好的抗塑性变形能力,从而能减小硬脆的刀片涂层产生微裂纹的可能性。通过对Sumo Tec刀片的二次加工,减小了其涂层的表面粗糙度和微裂纹,从而降低了刀片表面的切削热以及由此引起的塑性变形和微裂纹。此外,一种加工铸铁用刀片的新型基体具有更好的耐热性,从而可以采用更高的切削速度进行加工。

选择正确的涂层

涂层也有助于提高刀具的切削性能。目前的涂层技术包括:

①氮化钛(TiN)涂层:这是一种通用型PVD和CVD涂层,可以提高刀具的硬度和氧化温度。

②碳氮化钛(TiCN)涂层:通过在TiN中添加碳元素,提高了涂层的硬度和表面光洁度。

③ 氮铝钛(TiAlN)和氮钛铝(AlTiN)涂层:氧化铝(Al2O3)层与这些涂层的复合应用可以提高高温切削加工的刀具寿命。氧化铝涂层尤其适合干式切削和近干切削。AlTiN涂层的铝含量较高,与钛含量较高的TiAlN涂层相比,具有更高的表面硬度。AlTiN涂层通常用于高速切削加工。

④氮化铬(CrN)涂层:这种涂层具有较好的抗粘结性能,是对抗积屑瘤的首选解决方案。

⑤金刚石涂层:金刚石涂层可以显著提高加工非铁族材料刀具的切削性能,非常适合加工石墨、金属基复合材料、高硅铝合金和其他高磨蚀性材料。但金刚石涂层不适合加工钢件,因为它与钢的化学反应会破坏涂层与基体的粘附性能。

近年来,PVD涂层刀具的市场份额有所扩大,其价格也与CVD涂层刀具不相上下。CVD涂层的厚度通常为5-15µm,而PVD涂层的厚度约为2-6µm。在涂覆到刀具基体上时,CVD涂层会产生不受欢迎的拉应力;而PVD涂层则有助于对基体形成有益的压应力。较厚的CVD涂层通;嵯灾档偷毒咔邢魅械那慷。因此,CVD涂层不能用于要求切削刃非常锋利的刀具。

在涂层工艺中采用新的合金元素可以改善涂层的粘附性和涂层性能。例如,伊斯卡公司的3P Sumo Tec处理技术能提高PVD和CVD两类涂层的韧性、光滑程度和抗崩刃性能。Sumo Tec涂层技术还能减小摩擦,从而降低加工中的能量消耗,同时提高对积屑瘤的抵抗能力。

Sumo Tec涂层工艺可以减少刀片在CVD涂层后冷却时因收缩率不同而在刀片表面产生的微裂纹。同样,该工艺还能消除PVD涂层时在涂层表面产生的有害液滴,从而使涂层表面更光滑,使刀片在加工时切削温度更低、寿命更长、形成更理想的切屑流,以及能采用更高的切削速度。

另一个例子是伊斯卡公司的 Do-Tec涂层技术。该技术可在中温CVD Al2O3涂层上沉积一层TiAlN PVD涂层。这种复合涂层具有很好的耐磨性和抗崩刃性,非常适合用于高速切削铸铁的各种刀片牌号,其预期的切削速度可达到650-1200sfm以上(取决于工件材料的类型和加工条件)。

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