影響涂層刀具切削性能的因素
被加工材料的影響
采用同樣的一把涂層刀具來加工各種不同的加工材料,其刀具的切削壽命有很大差別。一般情況下,涂層刀具在加工調質材料、高合金鋼、不銹鋼、耐熱鋼等難加工材料時,壽命可提高5倍以上,當加工一般45鋼時,其壽命可提高3倍左右。
切削用量參數的影響
涂層刀具在高的切削用量的情況下,會反映出高的壽命和高的耐用度,因此,涂層刀具更適合于在高速切削機床進行粗加工,但在低的切削用量下進行切削,涂層刀具也具有好的耐磨性,表面加工質量也很高。
機床剛度的影響
采用PVD方法涂層的高速鋼刀具,涂層和刀具基體基本上是機械結合。薄膜和刀具基體并沒有擴散層。因此這里面就存在著涂層的剝落問題。一把優質的涂層刀具在正常切削情況下涂層不會剝落,顯示出優良的切削性能。但如果機床在切削中振動很大,刀具和工件進行反復沖擊,這時會導致涂層非正常剝落,涂層一旦剝落也就顯示不出涂層刀具的優越性。但需要指出的是,在強烈振動下使用涂層刀具,并非剛一切削涂層就剝落,這種剝落是在切削中逐漸進行的。即使在這種情況下,涂層刀具壽命也會有不同程度的提高。
刀具幾何參數的影響
一般來說,當涂層刀具后角偏大時會得到更滿意的性能。如拉刀、鉸刀、磨制鉆頭等精加工刀具,后角增大后,其涂層的效果明顯提高。
哪些刀具更適合涂層
任何一種刀具經涂層處理都會得到較高的壽命,考慮到刀具的修磨特點、使用場合和經濟性,下列幾種類型的刀具更適合采用涂層處理:
鏟齒刀具(包括鏟磨刀具)
這類刀具包括各種齒輪銑刀,各種滾刀、插齒刀,各種成型刀具。這是由刀具的修磨和磨損特點所決定的。一般情況下,刀具的磨損方式都在后刀面最先出現。由于后刀面過度磨損,致使刀具不能再使用。這類刀具經修磨前刀面后,后刀面仍然保持著涂層,所以刀具壽命仍能提高2倍以上。
加工難加工材料的各種刀具
當加工各種難加工材料時,用一般刀具很難進行加工,即使能用,其刀具壽命也極低。如果采用涂層刀具,刀具壽命會顯著提高,可解決加工難題,在某種程度上可替代金剛石刀具。
一次性使用(或刃磨次數少)的刀具或高精度刀具
主要指絲錐和拉刀。絲錐在使用中很少修磨,而拉刀因外徑公差很小,僅能修磨幾次,經涂層后,可較大提高刀具壽命,降低刀具成本。
對被涂刀具表面質量的要求
為了得到粘結度很牢的涂層,對被涂刀具質量應有較高的要求,首先,被涂覆刀具前面和后面的粗糙度Ra<0.8~1.25μm,實踐證明,粗糙度越小,其涂層的粘結度越好,其次,被涂層刀具的各個表面不得有銹斑、磨糊、發藍和崩刃等缺陷;帶有特尖角的刀具也不適合涂層;此外,刀尖角處應制成圓角式并帶有過渡倒棱;刀具應達到技術要求的硬度;帶磁刀具涂覆前應退磁。
涂層刀具的修磨
涂層刀具經修磨后仍可提高刀具壽命。對于成型刀具,只修磨前刀面,后刀面仍保持有涂層,這時刀具壽命比新涂層刀具降低了50%左右,比未涂層刀具壽命仍可提高2倍左右;對于尖齒刀具,不論修磨哪個面,只要有一個面保留涂層,切削中就會產生很大的作用。
另外,修磨工藝也十分重要。在修磨中,第一次上刀要大些,一般不小于0.01mm,一次將涂層全磨掉,然后采用正常修磨方法,刀具即將磨完時要進行精磨,可以更換粒度更細的砂輪,以防止刃口處涂層出現鋸齒狀剝落。為了充分發揮涂層的作用,在修磨時,其磨削量應根據刀具的磨損情況,把磨鈍部分全部磨掉,直至形成完整的涂層面為準。
關于涂層刀具的重涂
刀具重涂技術是涂層刀具的一個應用發展方向。刀具重涂已引起各方的重現。對于重磨的成形刀具,只有進行重涂,才能保證刀具的整體壽命提高3~5倍以上。凡重涂刀具首先必須按工藝將各幾何參數磨好,其磨光部分不允許存在各種質量缺陷,如磨糊、毛刺等。重涂時可采用局部屏蔽技術只對修磨面進行涂層。對于不采用屏蔽技術的重涂,在重涂4~6次后,刀具的非修磨面的涂層厚度就會過大,從而影響刀具精度和產生局部剝落現象,此時要對刀具進行脫膜處理后再重涂。重涂后的刀具切削性能一般不低于第一次涂層刀具,刀具可做多次重涂,直至報廢為止