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      PVD涂層加工表面工程技術
      發布時間:2018-10-13 瀏覽:

         PVD涂層加工技術的優勢

        PVD涂層加工技術不僅提高了薄膜與刀具基體材料的結合強度,涂層成分也由第一代的TiN發展為TiC、TiCN、ZrN、CrN、MoS2、TiAlN、TiAlCN、TiN-AlN、CNx、DLC和ta-C等多元復合涂層。

         PVD技術出現于二十世紀七十年代末,制備的薄膜具有高硬度、低摩擦系數、很好的耐磨性和化學穩定性等優點。最初在高速鋼刀具領域的成功應用引起了世界各國制造業的高度重視,人們在開發高性能、高可靠性涂層設備的同時,也在硬質合金、陶瓷類刀具中進行了更加深入的涂層應用研究。與CVD工藝相比,PVD工藝處理溫度低,在600℃以下時對刀具材料的抗彎強度無影響;薄膜內部應力狀態為壓應力,更適于對硬質合金精密復雜刀具的涂層;PVD工藝對環境無不利影響,符合現代綠色制造的發展方向。目前PVD涂層技術已普遍應用于硬質合金立銑刀、鉆頭、階梯鉆、油孔鉆、鉸刀、絲錐、可轉位銑刀片、異形刀具、焊接刀具等的涂層處理。


            根據不銹鋼的切削特點,要求刀具材料應具有耐熱性好、耐磨性高、與不銹鋼的親和作用小等特點,所以合理選擇刀具材料是保證高效率切削加工不銹鋼的重要條件。目前常用的刀具材料有高速鋼和硬質合金。

        

        1.高速鋼的選擇:高速鋼主要用來制造銑刀、鉆頭、絲錐、拉刀等復雜多刃刀具。普通高速鋼W18Cr4V使用時刀具耐用度很低已不符合需要,采用新型高速鋼刀具切削不銹鋼可獲得較好的效果。

        

        在相同的車削條件下,用W18Cr4V和95w18Cr4V兩種材料的刀具加工1Cr17Ni2工件,刀具刃磨一次加工的件數分別為2~3件和12件,用95w18Cr4V的刀具耐用度提高了幾倍。這是由于提高了鋼的含碳量,從而增加了鋼中碳化物含量,常溫硬度提高2HRC紅硬性更好,600℃時由W18Cr4V的HRC48.5上升到HRC51~52,耐磨性比W18Cr4V提高2~3倍。

        

        應用高釩高速鋼W12Cr4V4Mo制作型面銑刀加工1Cr17Ni2可以獲得較高的刀具耐用度。因為含釩量增加,可在鋼中形成硬度很高的VC,細小的VC存在于晶介,可以阻止晶粒長大,提高鋼的耐磨性;W12Cr4V4Mo的紅硬性很好,600℃時硬度可達HRC51.7,因此適合于制作切削不銹鋼的各種復雜刀具。但其強度(sb=3140 MPa)及沖擊韌性(ak=2.5 J/cm3)略低于W18Cr4V,使用時要稍加注意。

        

        隨著刀具制作技術的不斷發展,對于批量大的工件,采用硬質合金多刃、復雜刀具進行切削加工效果會更好。

        

        2.硬質合金的選擇:YG類硬質合金的韌性較好,可采用較大的前角,刀刃也可以磨得鋒利些,使切削輕快,且切屑與刀具不易產生粘結,較適于加工不銹鋼。特別是在振動的粗車和斷續切削時,YG類合金的這一優點更為重要。另外,YG類合金的導熱性較好,其導熱系數比高速鋼高將近兩倍,比YT類合金高一倍。因此YG類合金在不銹鋼切削中應用較多,特別是在粗車刀、切斷刀、擴孔鉆及鉸刀等制造中應用更為廣泛。

        

        較長時期以來,一般都采用YG6、YG8、YG8N、YW1、YW2等普通牌號的硬質合金作為切削不銹鋼的刀具材料,但均不能獲得較理想的效果;采用新牌號硬質合金如813、758、767、640、712、798、YM051、YM052、YM10、YS2T、YD15等,切削不銹鋼可獲得較好的效果。而用813牌號硬質合金刀具切削奧氏體不銹鋼效果很好,因為813合金既具有較高的硬度(≥HRA91)、強度(sb=1570MPa),又具有良好的高溫韌性、抗氧化性、抗粘結性,其組織致密耐磨性好。


           PVD涂層加工可以改善塑料制品,降低模具的磨損、提高產品的脫模能力、使產品的表面更光潔。對五金模具而言,PVD涂層可以增強模具的耐磨性、耐熱性、延長模具的使用壽命、降低工藝的成本。 


            PVD涂層針對機械加工刀具進行低溫PVD-超硬耐磨涂層和潤滑涂層,可提高刀具壽命3~10倍,節約刀具材料1/2,節約生產成本30%以上,提高生產效率30-50%,大幅度提高機加工水平。


            針對模具行業,如沖壓模具,粉末治金模具,半導體模具等各類模具,提高模具壽命最少2倍以上,同時可解決模具拉毛等種種不利影響,節約成本35%以上。


            PVD涂層加工針對機械零部件行業此低溫技術更具有其它PVD真空鍍膜技術所無法比擬的優點,可廣泛運用在汽車零部件,如發動機部件及其它部件,及其它需要耐磨損及防腐蝕的場合,此市場更是廣闊。


            PVD涂層技術能夠廣泛應用于各類磨損、咬合、腐蝕、粘著、融合等而導致失效的東西、模具、機械零件、醫療器械等。其中,因磨損導致的失效的商品(如:沖裁、冷鐓、粉末成型等)涂層后可增加使用壽命2-20倍以上;因咬合導致商品或模具的拉傷疑問(如:引伸模、拉伸模、翻邊模等),涂層后能夠從根本上予以處理。 


            PVD涂層納米涂層材料有著許多優良的特點,首先是光學性能十分的優良,涂層的光學透射譜幾乎包含從紫外線到紅外線的所有光譜,這樣優異的性能是普通的模具涂層材料無法達到的,并且根據需要還可以讓模具在可見的光方位內出現熒光,這對于光學儀器來說是無疑是最為優秀的性能。  


           在需要良好光學透性的產品上,涂層依舊有很好的應用,可以減少光的折射和熱的傳導。所以在模具涂層的材料中計入納米材料可以改善模具的表層處理。讓模具可以更加適用于產品的生產,更加的高效,更加的精準。


      PVD涂層加工應用實例:

        模具名稱涂層類型模具材料被加工材料使用效果

        刀具類刀具PVD涂層 TiN(氮化鈦)SKD11 0.5mm不銹鋼,提高9倍以上

        模具配件沖棒TiN(氮化鈦)Cr12MOV 低碳鋼板,提高5倍以上

        粉末冶金模具 CrN(氮化鉻)DC53 WC+Co粉末,提高12倍以上

        拉伸模具 TiCN(碳氮化鈦)SKD11低碳鋼板,解決模具、產品拉傷問題

        壓鑄模具 AlCrN(氮化鉻鋁)H13鋁合金6063,解決粘鋁料現象,模具壽命延長 


           PVD涂層加工工藝對環境無不利影響,符合現代綠色制造的發展方向。當前PVD涂層技術已普遍應用于硬質合金立銑刀、鉆頭、階梯鉆、油孔鉆、鉸刀、絲錐、可轉位銑刀片、車刀片、異形刀具、焊接刀具等的涂層處理。


      ?   PVD涂層加工刀具結合了基體高強度、高韌性和涂層高硬度、高耐磨性的優點,進步了刀具的耐磨性而不降低其韌性。PVD涂層刀具通用性廣,加工范圍明顯擴大,使用PVD涂層刀具可以獲得明顯的經濟效益。


         一種PPVD涂層刀具可以代替數種非PVD涂層刀具使用,因而可以大大減少刀具的品種和庫存量,簡化刀具治理,降低刀具和設備本錢。但是刀具在現有的涂層工藝進行涂層后,因基體材料和涂層材料性質差別較大,涂層殘留內應力大,涂層和基體之間的界面結合強度低,涂層易剝落,而且涂層過程中還造成基體強度下降、涂層刀片重磨性差、涂層設備復雜、昂貴、工藝要求高、涂層時間長、刀具本錢上升等缺點。


          精密沖壓模具經納米PVD模具涂層涂覆后表面可具有極低的摩擦系數,減少加工受力。模具經納米PVD涂層涂覆后表面硬度能夠添加4到10倍,可大幅減少表面磨耗保護模具精度,特別是用于高精密和精密的加工時可取得非常優秀的表面質量。冷沖成形及拉伸模具經納米模具涂層涂覆后可顯著降低摩擦力,顯著減少加工中發作的刮痕及磨耗的表象發作的概率。因而可添加運用的期限,大幅的減少出產本錢。  


          PVD涂層加工表面工程技術在很大程度上彌補了模具材料的不足


         模具制造領域的應用是很廣泛的,表面工程技術在模具制造領域中的應用,在很大程度上彌補了模具材料的不足??捎糜谀>咧圃斓谋砻婀こ碳夹g十分廣泛,既包括傳統的表面淬火技術、熱擴滲技術、堆焊技術和電鍍硬鉻技術,又包括近20年來迅速發展起來的激光表面強化技術、物理氣相沉積技術(PVD涂層加工)、化學氣相沉積技術(CVC)、離子注入技術、熱噴涂技術、熱噴焊技術、復合真空PVD鍍鈦技術、復合電刷鍍技術和化學鍍技術等。


      表面工程技術應用于模具型腔表面處理,可達到如下目的:


      (1)提高模具型腔表面硬度、耐磨性、耐蝕性和抗高溫氧化性能,大幅度提高模具的使用壽命。提高模具型腔表面抗擦傷能力和脫模能力,從而提高生產率。


      (2)經表面涂層或合金化處理過的碳素工具鋼或低合金鋼,其綜合性能可達到甚至超過高合金化模具材料及硬質合金的性能指標,從而可大幅度降低材料成本。


      (3)可以簡化模具制造加工工藝和熱處理工藝,降低生產成本。


      (4)可用于模具型腔表面的紋飾,以提高制品的檔次和附加值。


      (5)可用于模具的修復等再制造工程。


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