数控机床

      【摘 要】刀具涂层技术近几年得到了快速发展，在刀具生产过程中，合理利用涂层技术可以延长刀具的使用寿命，提高刀具的机械性能，从而使其能够更好的为生产服务。目前，我国刀具涂层经过多年的发展，正处发展的关键时期，应当充分了解国内外刀具技术的应用和发展现状，掌握先进刀具涂层技术，提高刀具生产工艺。
 
      【关键词】刀具 涂层技术 PVD
 
      刀具是切削加工系统中最活跃的一项因素。随着科技的发展，涂层刀具的进给速度和切削速度得到提高，同时其使用寿命也得到了延长。因此，在加工技术飞速发展的今天，刀具的性能得到了人们重视，其中涂层技术是刀具制造中的一项关键技术。PVD是一种表面处理的标准称谓，是通过物理过程完成物质转移，将分子或原子转移到基材表面上，从而使基材具有高强度、耐磨性、散热性等特殊性能。
 
      1 、涂层刀具的主要特点
 
      涂层刀具具有以下特点: ( 1) 表面涂层材料具有较强的耐磨性、高硬度、耐高温等特点。( 2) 涂层刀具具有很好的综合性能，这也使涂层刀具的通用性得到了进一步提高，使其能够具有更加广泛的应用范围。( 3) 随着科技的高速发展，涂层技术也得到了发展，涂层刀具的抗氧化性能和抗高温性能将会变得更加突出，完成高速切削加工，提高切削的工作效率。
 
      2 、PVD 涂层技术的发展
 
      PVD 法的沉积温通常维持在 500℃，涂层的厚度应当维持在2 － 5μm之间; 并且该方法的沉积温度没有超过钢本身的回火温度，因此在刀具涂层过程中经常使用 PVD 方法［1］。PVD 涂层主要分为三类:
 
     ( 1) 真空蒸发镀膜。该技术的发展时间较少，在涂抹过程中所使用的设备相对说比较简单，并且涂层十分精细。具体沉积过程中需要应用一种靶材，绕射性相对较差，因此在具体应用中无法满足超硬材料在镀膜上的需求，这使得该方法的应用受到了一定的限制，近几年其应用范围也正在逐渐缩小。
 
     ( 2) 离子镀膜。该方法的应用需要在电场环境下完成，只有在具有电场的情况下，才能使镀膜材料的离子可以附着在工件的表面，不仅组织致密，而且膜的粘结性能很好［2］。目前，在镀膜过程中比较常用的方法有活化反应离子镀膜和空心阴极离子镀膜法，从实际应用情况来看也取得了不错效果。
 
     ( 3) 溅射镀膜法。该方法主要在真空室内进行，通过荷能离子对靶材的表面进行不断地轰击，粒子的运动量传递将靶材料的个各种粒子轰击出来，然后在基体上形成沉积。
 
     3、 PVD 涂层技术的在刀具生产中的具体应用
 
     二十年前机械加工行业中所有应用的涂层工具以“万能型工具”为主，也就是可以应用多种不同的场合下。现在则发生了改变，随着人们对工具性能的要求的提高，通常针对具体加工情况选择具有针对性的工具。从目前刀具的发展情况来看，刀具材料的发展将会围绕着快、硬、干三方面进行。因此，在对刀具进行涂层过程中可以采用多层超硬涂层方式使热防护效果达到最佳，从而延长刀具寿命［3］。在钻削和铣削领域内，PVD 涂层到与 CVD 涂层刀具相比，具有更好的适应性。导致这情况发生的主要原因是，在具体应用过程中，CVD 涂层铣刀无法继续使用并不是涂层磨损过渡造成的，而是因为刀片在使用过程中出现了严重的损坏，从而导致刀具无法继续使用。而在涂层过程中采用 PVD 涂层方法中的溅射镀膜技术可以使这一问题得到很好的解决。某工厂生产的切削刀 具 牌 号 有: SUPEＲTIN、TINALOX、ALOX、ALUSPEED、TiCN、CCplusC 对应的涂层材料分别为: TiN、TiAlN、TiaAlN、TiB2、TiCN、TiAlN + C。
 
     在准确控制情况下进行大规模工业化生产，要求每批刀具材料表面涂层厚度都应当控制在 ± 1μm 范围内，即使在具体生产过程中，系统高负荷运行，显微结构的密度也很高。除此之外，沿切削刃涂层厚度分布并不会出现变化，因此切削刃在具体应用中始终都会保持锋利状态，满足使用需求。
 
     CCplusC 所生产的铣刀结合了 TiAlN 碳软涂层的低摩擦性能和抗磨损性能，因此涂抹层能够起到一定的抗磨损性，并且外涂层十分均匀性能，很好的控制了切削导刃时所形成的摩擦，有时在加工干式钻削时，由于温度的升高，将会导致崩刀或磨损情况的发生，而在生产过程中对 TiAlN 的热稳定性和高硬度记性充分利用，可以确保刀具的可靠性［4］。
 
    现代刀具经常被应用于高速切削中，为了满足这一需求，应用PVD 方法所生产的 TiAlN 涂层切削刀具得到了广泛用应用，并得到了快速推广。通过 PVD 方法在 TiN 的晶体各间内植入 Al 原子，最终构成无间隙、完整的晶体组合。目前，最新型的 TiAlN 涂层能够使铝的含量超过 50% ，这使得 TiAlN 涂层具有了新特性。通过分析可知，当铝含量超过 50% 时，将会有一层致密的 Al2O3 出现在涂层的最顶端，而当遭受 Al2O3 磨损之后，存在与 TiAlN 中的Al 将会再一次氧化而形成新的 Al2O3 层，这样刀具及时在高温、高速环境下工作，TiAlN 涂层也能够起到保护刀具的作用。
 
     4、 PVD 刀具涂层性能的发挥
 
     若使 PVD 刀具涂层性能得到充分发挥，就必须要对具体生产过程中涉及到的各项生产条件进行优化。
 
    清理干净基体表面，这一点对全部表面设备都一样，涂层粘结程度受基体表面状态的影响。因此，在具体涂层过程中必须要清除基体表面的氧化物以及其它物质。通常来说，对基体表面的油污、锈斑的清洗可以通过喷砂或清洗的方式完成。如果在表面处理过程中采用的为喷砂法，需要时刻注意，在基体的表面不能存在油污，如果存在油污，吹砂无法将表面的油污除掉，而且会导致油污渗透到构建内部，影响涂层质量。
 
    在实际应用过程中需要主要的因素有以下两方面: ( 1) 刀具本身，从结构、刃口质量、精度等多个方面进行选择。( 2) 从工件、机床、切削参数等多方面内容进行选择。在具体应用刀具过程中，应当遵守“型号、牌号匹配”原则，每一种涂层材料都有适合使用的范围，在具体应用中应当依据实际情况而定，从而使刀具的性能达到最佳。
 
    5 、结语
 
    刀具 PVD 涂层可以使刀具的切削性能得到提高，同时能够提高加工质量，降低成本。因此，在未来应当加强对刀具 PVD 涂层技术的研究，使其能够更好的为机械加工服务。