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      刀具PVD涂層加工技術
      發布時間:2018-06-26 瀏覽:

          刀具PVD涂層加工技術存在兩種發展趨勢,一是涂層越來越硬;二是涂層越來越軟。刀具的硬涂層主要是元素周期表中的ⅣA、ⅤA、ⅥA族金屬元素與C、N、O等元素的化合物;刀具的軟涂層則主要是MoS2、WS2等硫族化合物。

          刀具PVD涂層技術的發展對改善刀具切削性能、進步加工質量、降低生產本錢起到了巨大作用。目前TiN、TiC、TiCN及Ti0.5Al0.5N等硬涂層在刀具涂層領域仍占主導地位。同時,CBN、CNx、Al3O2和多晶氮化物超點陣等新型超硬涂層正在研究開發之中,并顯示出良好的發展遠景。

          在發展硬涂層的同時,MoS2、WS2等硫族元素軟涂層的開發也取得了長足進展,研究表明,這些軟涂層在加工高強度鋁合金及貴金屬方面顯示出令人鼓舞的應用遠景。

          隨著市場競爭愈加激烈,對制造業提出了更高的要求。在切削加工領域,通過高速、大進給加工以進步加工效率,縮短加工時間;使用精密刀具實現高精度、高品質加工以進步附加價值;延長刀具壽命以降低刀具使用本錢;使用最新技術的刀具以改變加工工序(由研磨、電火花加工變為切削加工)等各方面,機加工用戶提出了越來越高的要求,切削刀具發揮了非常大的作用。

          在各種刀具材質中,PVD涂層加工超細顆粒硬質合金的進步最為明顯。其優異的性能大幅推動了模具和汽車零部件等鉆削加工技術的發展。到目前為止,在以CVD硬質合金材質刀具為主流的車削加工中也發揮了出色的性能。下面介紹PVD涂層超細顆粒硬質合金技術及其最新加工實例。 

          超細顆粒硬質合金 

          硬質合金是將主要成分WC(碳化鎢,高硬度脆性材料)分散在Co(鈷,低硬度高韌性材料)中制成的復合材料,是一種兼顧硬度與抗彎強度的硬質材料。目前的切削刀具用材料中,在硬質合金上通過CVD(化學涂層法)、PVD(物理涂層法)涂覆可承受高速切削的Al2O3或(Ti、Al)N等涂層的硬質合金涂層材料占據主要位置。 

          Co含量和WC顆粒大小等要素決定了硬質合金的性質。Co含量越少,硬質合金的硬度、抗壓強度、剛性越高,但同時抗沖擊值越低;WC顆粒越小,硬質合金的硬度、抗彎強度越高,但同時其韌性值越低。

          超細顆粒硬質合金是為同時進步硬度和抗彎強度而開發的合金材料,與普通硬質合金材料相比,在硬度相同時具有強度更高、在強度相同時具有硬度更高的特點。普通硬質合金的WC顆粒為1~6μm左右,超細顆粒硬質合金的WC顆粒則僅為0.6μm左右,由于WC顆粒非常微小,所以四周起粘結作用的Co成分的厚度較薄,同時,因折斷起始尺寸小,使抗彎強度較高。超細顆粒硬質合金最初用于小直徑鉆頭、立銑刀等整體硬質合金刀具,最近也開始用于可轉位刀片。但是,固然超細顆粒硬質合金在低溫下顯示出優異的特性,但在高溫狀態下輕易出現塑性變形,在切削速度高的情況下使用時,有時會產生塑性變形、磨損增大等現象,應予以留意。 

          隨著近幾年粉末制造企業的微細WC粉末制造技術及硬質合金制造商與合金制造相關的微?;夹g的突飛猛進,粒徑為0.4μm左右的WC超細顆粒硬質合金也已面市。 

          PVD涂層 

          PVD是物理氣相沉積法(Physical Vapor Deposition)的簡稱,它與CVD法的氣體在高溫下產生化學反應形成表面薄膜不同,是采用電能等物理方法使金屬蒸發物產生離子進行涂層。與CVD相比,PVD涂層的特點如下:可在低溫下進行涂層,硬質合金基材受損較小,因此可在涂層時對基材進行選擇;CVD涂層有張力,所以在耐缺損方面有不利之處,與之相比,PVD涂層產生壓縮力,有利于進步耐缺損性能,可用于具有鋒利切削刃的刀具制造。

          PVD涂層加工可在充分發揮以上特長的加工形態中加以利用。例如:要求有鋒利切削刃的整體硬質合金刀具;要求耐缺損性強的平面銑刀用刀片;輕易因熔附而出現崩刃的低速切削用刀片;在高溫狀態下基材硬度降低的高速鋼刀具。 

          針對整體硬質合金立銑刀的PVD涂層的研發進步明顯。以往TiN或TiCN涂層是主流產品,但在20世紀90年代前期,(Ti,Al)N涂層的出現使整體硬質合金立銑刀的性能大幅進步,特別是含Al豐富的(Al,Ti)N涂層通過大幅進步薄膜硬度和耐氧化性而實現了對淬火鋼的直接加工,是模具加工的技術創新。目前,針對HRC60左右的超高硬度材料加工用涂層及軟鋼加工用涂層等不同用途的專用涂層的開發呈現多樣化的趨勢。 

          超細顆粒硬質合金PVD涂層的切削加工實例 

          以下對最新的PVD涂層超細顆粒硬質合金牌號的切削加工實例進行介紹。 

          1.平面銑刀用刀片材種VP15TF

          PVD涂層超細顆粒硬質合金牌號VP15TF是采用具有優異的耐磨損性和耐缺損性的超細顆粒硬質合金VP15TF和(Al,Ti)N涂層的通用性高的材種,尤其在平面銑刀用刀片上具有較高的通用性,可在各種高性能加工中發揮作用。

          VP15TF對合金鋼進行臺階面加工的實例:刀具多功能臺階面銑刀APX3000。該刀具的最大特點是切削阻力低,采用更重視切削鋒利性的幾何外形,所以確保刃尖強度更為困難。因此,不僅要求刀片耐磨損性好,同時要求比以往刀具具有更好的耐磨損性。VP15TF滿足以上要求,與以往材種相比可大幅進步刀具壽命,并同時實現良好的壁面精度和表面粗糙度。

          VP15TF也可在大進給粗加工中發揮良好性能。粗加工淬火鋼實例:此加工使用生產的大進給加工用圓弧頭立銑刀AJX。此刀具在加工HRC53淬火鋼時單刃進給達到過往無法想象的1mm的大進給,可大幅縮短模具加工時間。

          VP15TF憑借通用性高,在平面加工以外的內圓車削用刀片、小型自動車床用刀片等不同領域均有產品推出,并發揮高性能。 

          2.螺紋切削用材種VP10MF 

          VP10MF是采用硬度極其高的超微粒硬質合金MF10和與VP15TF相同的(Al,Ti)N MIRACLE涂層,它是具有極高耐磨損性的優異材種。VP10MF的斷面。與TF15相比,MF10采用更細微的WC原料和最佳量的粘結物質從而實現了更高的硬度。

          使用VP10MF進行螺紋加工的實例:刀具使用我公司最新的螺紋刀具MMT型。因螺紋加工中的被削材料多為不銹鋼等輕易出現熔付崩刃的材料,并且對螺紋部表面精度要求高,所以多使用PVD材種。VP10MF為抑止在螺紋加工中輕易出現的后刀面磨損及刀片塑性變形等現象而研制的??梢钥闯?,與以往材種相比,其后刀面磨損小,塑性變形也得到大幅抑止。并因以上效果使螺紋部位的表面加工質量良好。

          VP10MF憑借其高耐磨損性,可適用于可轉位刀片式精加工用球頭立銑刀SRF,尤其在加工HRC60左右的高硬度模具鋼中發揮出類拔萃的耐磨損性。 

          3.加工高硬度材用整體硬質合金立銑刀“IMPACT MIRACLE” 

          最后介紹在整體硬質合金立銑刀的使用情況。綜合材料神戶工具生產的“IMPACT MIRACLE立銑刀”。此立銑刀是以硬度超過HRC50的高硬度淬火鋼為目標而研制的。

          母材采用新研制的超細微硬質合金,母材硬度達到HRA93.5,尤其是為此種被削材料而研制的。涂層采用比以往(Al,Ti,Si)N涂層更先進的“單相納米結晶(Al,Ti,Si)N涂層”。IMPACT MIRACLE立銑刀的硬質合金母材及涂層與以往產品的比較。

          IMPACT MIRACLE立銑刀與以往產品相比在母材、涂層及外形上加以改良,在加工高硬度材料時比以往產品的壽命得以大幅進步。IMPACT MIRACLE立銑刀的加工實例。在加工HRC60左右的的高硬度材料時刀具壽命大幅延長,為降低刀具本錢作出巨大貢獻。

          對今后被切削材料進一步的高硬度、難切削化IMPACT MIRACLE立銑刀在削減刀具本錢方面做出貢獻。使用它還有看減少電火花加工工序而縮短工序。 


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