大部分刀具涂層都是通過物理氣相沉積(PVD)工藝生產的,但化學氣相沉積(CVD)涂層仍有其用武之地。選擇何種涂層主要取決于加工需要,例如,在立銑加工中,采用PVD涂層更為有效,因為立銑刀在切入和切出工件時要不斷經歷加熱和冷卻的過程。而CVD涂層對一直與工件保持接觸的車削刀具有更好的保護作用。刀具制造商ATI Stellram公司全球產品經理Martin Gardner指出,“如果要對工件進行粗加工,通常應選用CVD涂層,因為粗加工會產生大量切削熱。”
傳統的CVD涂層厚度約為9-12洀,而Stellram公司新開發了一種先進的CVD涂層工藝,可在其5種新型NL牌號(NL200、NL250、NL300、NL400和NL920)車削刀片上沉積厚度達20-25洀萀多層涂層. 這些NL牌號車刀片采用4層或5層涂層組合,以適應特定的加工需求(如用NL200車削鑄鐵)。這5層涂層包括:①具有良好粘附性和光潔度的TiN層;②在切削高溫中具有良好耐磨性的中溫TiCN層;③可在高表面切削速度下起到熱屏障作用,防止刀具磨損的α-Al2O3層;④具有良好粘附性和耐磨性的TiN/中溫TiCN/TiN層;⑤在低到中等表面切削速度下具有良好粘附性和耐磨性的高溫TiCN/TiN層。
Gardner介紹說,為了提供總厚度更厚的CVD涂層,這種新的沉積工藝采用了適當的涂層組合結構,使其能牢固地附著在基體和其他涂層上,不會發生碎裂或剝落。此外,這種CVD涂層工藝與創新的刀片幾何形狀相結合,可減小工件與刀片之間的動摩擦力,有可能使材料去除率提高20%-30%,并獲得更精細的表面光潔度和更長的刀具壽命。
Gardner指出,摩擦分為動摩擦和靜摩擦兩種形式。試圖使兩個物體彼此相對滑動(如推動一個盒子在桌子上滑行)時需要克服的摩擦力就是靜摩擦力的一個例子。靜摩擦力和重力的共同作用使物體具有保持原位的趨勢。而當施加更大的推動力,使物體“掙脫束縛”開始滑動后,為使物體保持滑行而需要持續施加的力則是動摩擦力。Gardner指出,這同樣適用于車削加工。車削時,刀具切入工件材料,并保持與其持續接觸,使材料軟化和更易于切削。Stellram公司經過改進的表面涂層工藝可以減小靜摩擦力和動摩擦力,從而改善表面光潔度和延長刀具壽命。
Gardner指出,兩個物體的表面越粗糙,產生的摩擦力就越大。因此,Stellram公司還采用了一種涂后表面處理工藝,使刀片表面更光滑,呈現出“珠寶般”的光澤,從而提高其耐摩擦性能。此外,這種表面處理工藝還減小了CVD涂層刀片的內應力。Gardner表示,“當然,我們希望涂層能像熱塑收縮包裝那樣圍繞基體收縮,并使其處于張緊狀態。而對于基體,我們想要的應力狀態正好相反。減小刀片的內應力有助于生產出更好的產品。”
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