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关于高速钢车刀的研究

分类:
行业动态
作者:
四川省灵通工具有限责任公司
来源:
www.scltgj.cn
2018/12/27 13:48

所谓涂层高速钢车刀,就是通过气相沉积技术或其它方法,在高速钢刀具基体上涂覆一层或多层耐磨性好的难熔金属化合物(硬涂层,如TiN、TiAlN等)或非金属化合物(软涂层,如MoS2等)。硬涂层在切削加工过程中犹如在高速钢刀具与切屑之间增加了一道热的隔离层,因为难熔金属化合物有比高速钢刀具和工件材料低得多的热传导系数,可抑制切削区的热量传到高速钢刀具,使高速钢刀具吸收的热量较少,能承受较高的切削温度,因而能保证高速钢刀具切削刃锋利,硬度不会很快下降,大大提高了高速钢刀具的耐高温性能,是提高高速钢刀具耐磨性而不降低其韧性的有效途径之一。软涂层具有良好的自润滑性,可降低切屑流出时的摩擦。通常软涂层和硬涂层作复合涂层,充分利用硬涂层的高硬度、热稳定性和软涂层的滑动性能,使刀具在符合绿色制造工艺的干式切削条件下也能可靠地工作。与未涂层刀具相比,刀具寿命提高2~5倍,甚至10倍以上。对切削加工中使用的各种高速钢刀具,如钻头、丝锥、铣刀、齿轮刀具等均可采用涂层工艺来提高它们的使用性能,是高速钢刀具发展的重要方向之一。因为难熔金属化合物具有硬度高、耐磨和耐热等特点,所以硬涂层在切削过程中就犹如是在高速钢刀具与切屑之间增加了一道耐瘗、耐热的屏障,大大提高了高速钢刀具的耐磨性能和耐高温性能。

高速钢是常用的三大刀具材料之一, 适合制作形状复杂的刀具(如钻头、丝锥、铣刀)和一些尺寸精度要求高的成形刀具(如滚刀、拉刀)等。而高速钢材料的局限性也很明显, 如硬度(尤其是高温硬度)低和耐磨性差 、允许的切削速度低等而将不同的 PVD 涂层技术结合起来进行涂层的制备 ,以获得具有良好综合物理机械性能的刀具复合涂层 ,也逐渐成为一种趋势。

刀具涂层技术作为提高刀具切削性能的有效途径,已引起世界各国制造业的高度重视,得到了迅速的发展和推广应用。本文采用先进的闭合场非平衡磁控溅射离子镀复合PVD技术,制各了CrAlTiN多元复合涂层,研究分析了涂层特性及涂层高速钢刀具的切削性能、磨损机理和应力分布状况。

用扫描电子显微电镜(SEM)和透射电子显微电镜(TEM)对涂层表面和截面的观察结果表明,磁控溅射CrAlTiN多元复合涂层与高速钢基体的匹配较为理想,涂层组织均匀、细密;结合X射线衍射分析,涂层沿厚度具有结构和成分的双重梯度结构,以及高的热稳定性;用压痕、划痕和针盘等试验表明,涂层具有高的硬度和韧性,优异的抗摩擦、磨掼生能,且与基体结合良好。

基于涂层高速钢刀具优良的切削性能,自其问世以来,在世界各国迅速得到了发展和推广应用,到二十世纪八十年代末,工业发达国家高速钢复杂刀具采用涂层的比例已超过60%,提高了切削加工效率,取得了显著的经济效益。目前,日本、德国的高速钢齿轮刀具几乎已全部采用涂层;美国的高速钢齿轮刀具及数控机床上使用的高速钢刀具80%以上采用涂层;俄罗斯等国的高速钢刀具采用涂层的比例也越来越大。

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