涂层刀具作用
涂层刀具材料特点及刀具的应用
涂层刀具材料特点及刀具的应用对刀具进行涂层处理是提高刀具性能的重要途径之一。
涂层刀具的出现，使刀具切削性能有了重大突破。
涂层刀具是在韧性较好刀体上，涂覆一层或多层耐磨性好的难熔化合物，它将刀具基体与硬质涂层相结合，从而使刀具性能大大提高。
新型数控机床所用切削刀具中有80％左右使用涂层刀具。
涂层刀具将是今后数控加工领域中＊重要的刀具品种。
⑴ 涂层刀具的种类根据涂层方法不同，涂层刀具可分为化学气相沉积(CVD)涂层刀具和物理气相沉积(PVD)涂层刀具。
涂层硬质合金刀具一般采用化学气相沉积法，沉积温度在1000℃左右。
涂层高速钢刀具一般采用物理气相沉积法，沉积温度在500℃左右；根据涂层刀具基体材料的不同，涂层刀具可分为硬质合金涂层刀具、高速钢涂层刀具、以及在陶瓷和超硬材料(石和立方氮化硼)上的涂层刀具等。
根据涂层材料的性质，涂层刀具又可分为两大类，即“硬”涂层刀具和‘软”涂层刀具。
“硬”涂层刀具追求的主要目标是高的硬度和耐磨性，其主要优点是硬度高、耐磨性能好，典型的是TiC 和TiN涂层。
⑵ 涂层刀具的特点① 力学和切削性能好：涂层刀具将基体材料和涂层材料的优良性能结合起来，既保持了基体良好的韧性和较高的强度，又具有涂层的高硬度、高耐磨性和低摩擦系数。
因此，涂层刀具的切削速度比未涂层刀具可提高2倍以上，并允许有较高的进给量。
涂层刀具的寿命也得到提高。
② 通用性强：涂层刀具通用性广，加工范围显著扩大，一种涂层刀具可以代替数种非涂层刀具使用。
③ 涂层厚度：随涂层厚度的增加刀具寿命也会增加，但当涂层厚度达到饱和，刀具寿命不再明显增加。
涂层太厚时，易引起剥离；涂层太薄时，则耐磨性能差。
④ 重磨性：涂层刀片重磨性差、涂层设备复杂、工艺要求高、涂层时间长。
⑤ 涂层材料：不同涂层材料的刀具，切削性能不一样。
如：低速切削时，TiC涂层占有优势；高速切削时，TiN 较合适。
⑶ 涂层刀具的应用涂层刀具在数控加工领域有巨大潜力，将是今后数控加工领域中＊重要的刀具品种。
刀具涂层技术介绍
刀具涂层技术介绍刀具涂层技术是一种在刀具表面涂覆一层特殊材料的技术，旨在提高刀具的硬度、耐磨性、热稳定性和化学稳定性等性能。
刀具涂层技术的发展与高速切削、高效加工和先进制造技术的进步密切相关。
本文将对刀具涂层技术的原理、种类以及应用进行介绍。
1.碳化物涂层：如碳化钛(TiC)、碳化钽(TaC)等。
这些涂层具有极高的硬度和耐磨性，适用于高速切削和重载切削。
2.氮化物涂层：如氮化钨(WN)、氮化钛(TiN)、氮化铝(AlN)等。
这些涂层具有较高的硬度和化学稳定性，广泛应用于切削、修磨和打孔等工艺。
3.金属涂层：如钛合金(TiAlN)、氧化锆(ZrO2)等。
这些涂层具有较高的热稳定性和抗氧化性能，适用于高温切削和挤压。
4.金刚石涂层：金刚石涂层具有超高硬度和低摩擦系数，能够有效提高刀具的寿命和切削质量。
但由于金刚石涂层的制备技术复杂和成本较高，目前还处于实验阶段。
1.金属切削：刀具涂层技术在金属切削领域得到广泛应用，可以提高切削效率和工件表面质量。
例如，在高速铣削中，采用碳化钛涂层的刀具可以显著提高切削速度和切削质量。
2.木材加工：刀具涂层技术在木材加工领域也有一定的应用。
通过涂覆特殊涂层，可以延长刀具的使用寿命，并提高加工效率。
例如，在木材切削中，采用氮化钛涂层的刀具可有效降低磨损和摩擦。
3.非金属材料加工：刀具涂层技术在陶瓷、塑料、复合材料等非金属材料加工领域也得到了广泛应用。
通过涂层技术，可以改善切削表面的光洁度，并提高工件的精度和质量。
4.汽车零部件加工：在汽车零部件加工领域，刀具涂层技术可以有效提高零部件的加工精度和耐用性，适用于发动机气门、曲轴、轴承等零部件的加工。
刀具涂层技术的发展为现代制造业带来了巨大的效益。
随着材料科学、纳米技术和涂层技术的进一步发展，刀具涂层技术的性能和应用范围将会不断扩大。
预计未来刀具涂层技术将更加智能化和环保化，能够实现刀具表面的自动修复和自动调节。
这将进一步提高切削效率和加工质量，推动现代制造业的发展。
刀具选择正确的涂层
刀具选择正确的涂层涂层也有助于提高刀具的切削性能。
目前的涂层技术包括：（1）氮化钛（TiN）涂层：这是一种通用型PVD和CVD涂层，可以提高刀具的硬度和氧化温度。
（2）碳氮化钛（TiCN）涂层：通过在TiN中添加碳元素，提高了涂层的硬度和表面光洁度。
（3）氮铝钛（TiAlN）和氮钛铝（AlTiN）涂层：氧化铝（Al2O3）层与这些涂层的复合应用可以提高高温切削加工的刀具寿命。
氧化铝涂层尤其适合干式切削和近干切削。
AlTiN涂层的铝含量较高，与钛含量较高的TiAlN涂层相比，具有更高的表面硬度。
AlTiN涂层通常用于高速切削加工。
（4）氮化铬（CrN）涂层：这种涂层具有较好的抗粘结性能，是对抗积屑瘤的＊＊解决方案。
（5）石涂层：石涂层可以显着提高加工非铁族材料刀具的切削性能，非常适合加工石墨、金属基复合材料、高硅铝合金和其他高磨蚀性材料。
但石涂层不适合加工钢件，因为它与钢的化学反应会破坏涂层与基体的粘附性能。
近年来，PVD涂层刀具的有所扩大，其价格也与CVD涂层刀具不相上下。
CVD涂层的厚度通常为5－15μm，而PVD涂层的厚度约为2－6μm。
在涂覆到刀具基体上时，CVD涂层会产生不受欢迎的拉应力；而PVD涂层则有助于对基体形成有益的压应力。
较厚的CVD涂层通常会显着降低刀具切削刃的强度。
因此，CVD涂层不能用于要求切削刃非常锋利的刀具。
在涂层工艺中采用新的合金元素可以改善涂层的粘附性和涂层性能。
例如，伊斯卡公司的3PSumoTec处理技术能提高PVD和CVD 两类涂层的韧性、光滑程度和抗崩刃性能。
同样，该工艺还能消除PVD涂层时在涂层表面产生的有害液滴，从而使涂层表面更光滑，使刀片在加工时切削温度更低、寿命更长、形成更理想的切屑流，以及能采用更高的切削速度。
复合涂层具有很好的耐磨性和抗崩刃性，非常适合用于高速切削铸铁的各种刀片牌号，其预期的切削速度可达到650－1200sfm以上（取决于工件材料的类型和加工条件）。
铣削加工中的刀具涂层技术
铣削加工中的刀具涂层技术随着现代制造业的不断发展，铣削加工作为一种重要的机加工方式，在工业生产中扮演着越来越重要的角色。
刀具作为铣削加工中的核心装备，直接影响加工质量、效率和成本。
因此，如何有效地提高刀具的使用寿命，就成为了铣削加工中的一个重要问题。
刀具涂层技术作为一种新的材料应用技术，被广泛地应用于刀具制造领域中，并取得了良好的效果。
一、刀具涂层技术的基本原理刀具涂层技术是一种在刀具表面上附着一层特殊材料的技术。
涂层可以在刀具表面形成一层保护层，有效地提高了刀具的硬度、耐磨性和抗腐蚀性能。
同时，涂层可以使刀具表面形成一层类似于黏着剂的“润滑剂”，使刀具在工作时摩擦减小，从而使加工质量和效率得到明显提高。
刀具涂层技术的基本原理是将特殊材料喷涂、熔覆或镀层在刀具表面上，形成一层附着牢固的涂层。
涂层的厚度一般在几个微米至数十个微米之间，并且涂层层次一般为单层或多层结构。
涂层的选择一般是根据刀具加工材料的不同、工艺要求和加工目的来确定的。
二、刀具涂层技术的分类1.气相沉积涂层技术气相沉积涂层技术是一种在高温高压下，将有机、无机气体和电弧等能量源催化分解、反应形成并沉积在刀具表面上的涂层技术。
具有涂层结构致密、成膜速度快、涂层厚度均匀等特点。
2.电化学涂层技术电化学涂层技术是利用电化学反应将特定的金属或合金沉积在刀具表面上形成致密性涂层的技术。
具有耐腐蚀性、耐磨性和附着力强等优点。
电化学涂层技术应用于镀铬、硬铬、镍、钼等金属或合金。
3.热化学涂层技术热化学涂层技术是在高温下在刀具表面上与基材直接反应形成化合物的技术。
热化学涂层技术涂层坚固、成膜速度快，涂层与基材的化学性能相似，耐磨性和耐蚀性能好，但成本相对较高。
三、刀具涂层技术的应用1.碳化物涂层碳化物涂层是一种含有碳团的型材涂层。
它在制造领域中被广泛应用于刀具加工领域，如车削刀具、铣削刀具、钻孔刀具和转插刀具等。
碳化物涂层具有硬度高、耐磨性、耐腐蚀性、降低摩擦系数等优点。
涂层刀具的应用与作用
刀具涂层的作用与应用
涂层刀具结合了基体与涂层材料两者的优点，显著提高刀具的切削加工性能。
在切削过程中刀具的涂层在很多程度上提高耐磨性、耐热性和抗高温氧化性，降低了切削力，提高了切削速度，进而提高了加工效率和质量，降低生产成本，提高产品竞争力。
1、提高刀具的力学和切削加工性。
涂层刀具既保持了基本良好的韧性和较高的强度，又具有硬质涂层的高硬度、抗氧化、高耐磨性和地摩擦系数等优异的复合力学性能，从而使刀具的切削性能大为提高。
2、提高刀具的通用性。
涂层刀具适用范围广，这样使原来硬质合金刀具牌号减少30%，简化刀具管理，降低刀具和设备成本。
3、提高加工质量。
由于硬质合金涂层刀具的硬度高、摩擦系数小、与被加工零件材料之间的亲和力低，不易形成积屑瘤和粘着磨损，使切削力降低了20%左右，切削热也降低了近10%。
这些都对减少被加工零件的变形、提高零件尺寸精度和降低表面粗糙度十分有利。
4、解决难加工材料的加工难题。
在微电子工业、航空、航海工业和石油工业等工业中，大量使用如高硅铝合金、钛合金、镍基合金、不锈钢、高强度高温合金钢、纤维增强合成树脂等难加工材料。
目前，除了少部分采用PCD和PCBN超硬刀具、陶瓷刀具价格外，生产实际中普遍采用性能优异的高速钢涂层刀具。
5、实现绿色切削加工工艺的干切削。
随着制造业的发展，切削液使用量的增多带来了许多弊端，涂层刀具的应用推广，促进了有利于保护环境的干切削加工技术的发展。
干切削加工技术要求刀具材料必须具有很高的红硬性和抗热冲击性、良好的耐磨损性能和抗高温氧化粘结模式性能，这些要求正好是某些复合涂层材料能够胜任的。
车床常用的刀具材料及其用途
车床常用的刀具材料及其用途车床常用的刀具材料及其用途车床车刀切削部分在切削过程中连续经受强烈的摩擦，切削温度很高，并同时承受很大的切削力及冲击力，所以作为车刀切削部分的材料必须真备良好的切削性能，要具有硬度高（冷硬性）、耐磨性好、耐高温（红硬性），并具有足够的强度和韧性。
(1）高速钢高速钢是一种含有钨（W）、铬（Cr)、钒（V）、钼（Mo）等合金元素的高合金工其钢。
高速钢刀具制造简单，刃磨方便，切削刃锋利，而且韧性较好，能承受较大的冲击万，因此常用子加工一些冲击性较犬、形状不规则的工件。
高速钢也常作为精加工车刀(如宽刃天进给的车刀、梯形螺纹精车力等）以及成型车力的材料。
但高速钢的耐热性较差（600~660℃），因此不能用子高速切削。
常见的普通高速钢有两种，钨系高速钢典型牌号为W18Cr4V和钨钼系高速钢典型牌号为W6Mo5Cr4V2。
(2）硬质合金硬质合金是高硬度、难熔的金属化合物粉末，加钴（Co）、钼(Mo）等作为黏结剂烧结而成的粉末冶金制品。
硬质合金能耐高温，即使在100o℃左右仍能保持良好的切削性能，耐磨性也很好，常温下硬度很高，而且具有一定的使用强度，是目前我国应用泛的刀具材料之一。
硬质合金按其成分不同，可分为钨钴类、钨钛钴类、钨但钴类和钨钛但钴类。
①钨钴类硬质合金:它的以YG表示。
这类硬质合金的韧性较好，硬度和耐热性较低，因此适合于加工铸铁、青铜等脆性材料或冲击性较大的工件。
钨钴类硬质合金按不同的含钴量，分为YG3、YG6、YG8等多种牌号。
YG8适合于粗加工，YG6适谷子半精加工，YG3适合于精加工。
②钨钛钴类硬质合金:它的以YT表示。
这类硬质合金的耐磨性较好，能承受较高的切削温度，所以适合于加工碳钢、合金钢等塑性金属或其他韧性较大的塑性材料。
因为它性脆，不耐冲击，所以不宜加工脆性材料。
钨钛钴类硬质合金按不同的含碳化钛量，分为YT5、YT15、YT3o等几种牌号。
YT5适合子粗加工，YT15适合于半精加工和精加工，YT3o适合于精加工。
加工刀具改进方案
加工刀具改进方案介绍在制造业中，加工刀具是至关重要的一部分，有时候一小部分改进甚至可以大幅提高工厂的效率和产品质量。
本文将介绍一些改进方案，可以使加工刀具更加高效和耐用。
刀具涂层刀具涂层是一种可以降低切削温度并提高耐磨性的技术。
在制造过程中，涂层材料可以防止刀具表面被氧化和腐蚀，延长刀具的寿命。
涂层材料通常有氮化硅、碳化钨和钛钽等材料。
涂层可以减少切削力和切削温度，降低工件表面的粗糙度，提高切削质量。
刀具纹理许多研究表明，对切削刃进行特定的纹理处理会改善其切削性能。
这些纹理可以改善刀具表面的附着力，并减少摩擦系数，从而减少切削力和切削温度，提高加工精度。
纹理可以通过激光加工或电化学加工来实现。
刀具形状刀具形状的设计也是影响刀具性能的重要因素。
一些刀具的切口设计看起来和其他刀具没有什么区别，但它们的角度和距离可以使得切削力和精度有大幅度的提高。
例如，当刀具的后角度增加时，切削力会减少，精度也会提高。
刀具形状可以通过CAD/CAM软件来优化设计。
刀具材料刀具材料的选择和制造过程直接影响其耐久性和切削性能。
常见的刀具材料有钨钢、高速钢、陶瓷和钨钢合金等。
应根据加工材料和条件选择合适的材料。
刀具的制造过程包括锻造、切削和退火等，质量控制和检验也非常重要。
结论以上是一些常见的加工刀具改进方案。
在制造业中，加工刀具的质量直接影响到生产效率和产品质量。
不断优化加工刀具的性能是一个一直在进行的过程，企业应该积极探索新技术和材料，推动行业发展。
刀具涂层技术的应用
刀具涂层技术的应用自20世纪60年代化学气相沉积（CVD）涂层硬质合金刀片问世发来，涂层技术被广泛应用于硬质合金可转位刀具的表面处理。
而20世纪80年代初，TiN物理气相沉积（PVD）涂层高速钢刀具的出现，以使高速钢刀具的性能发生了革命性的变革。
由于涂层技术可有效提高切削刀具的使用寿命，使用刀具获得优良的综合机械性能，大幅度地提高机械加工效率，因此涂层技术已经在切削刀具提高性能的工艺中得到极为广泛的应用于。
刀具涂层技术通常可分为化学气相沉积（CVD）技术和物理气相沉积（PVD）技术两大类，本文拟从这两方面分别介绍国内外刀具涂层技术的应用情况。
1、刀具涂层技术的应用（1）CVD涂层技术的应用CVD是使挥发性化合气体发生分解或化学反应，并在被镀工件上形成沉积成膜的方法。
在CVD工艺中，气相沉积所需金属源的制备相对容易，可实现TiN、TiC、TiCN、TiBN、TiB2、AL2O3等单层及多元多层复合涂层。
CVD涂层镀层密实，涂层与基体结合强度高，附着力强，均匀性好，形状复杂的工件也可得到合金副的镀层，薄膜厚度可达5—12微米，因此CVD涂层具有更好的耐磨性。
但其工艺处理温度高，易造成刀具材料抗弯强度的下降，薄膜内部为拉应力状态，使用中易导致微裂纹的产生，因此只适合于硬质合金车削类刀具的表面涂层，其涂层刀具适合于中型、重型切削的高速加工及半精加工。
自1968年第一批CVD涂层硬质合金刀具问世至今，该涂层技术已发展了近35年。
在这35年间，CVD涂层技术从单一成份发展到多种成份、从单一膜层发展到多元多膜层，经过大量的试验，完成了批量大规模的工业化生产。
如今，CVD涂层硬质合金在涂层硬质合金刀具中占到了80%以上的份额，CVD涂层技术已广泛应用于各类硬质合金刀具。
其涂层工艺的主要发展阶段及应用领域见下表：1968——TiN、TiN——方法CVD——硬质合金刀具、模具涂层1973——TiCN、TiC+AL2O3——CVD ——硬质合金刀具、模具涂层1981——TiC+AL2O3+TiN、AL-O-N——CVD——硬质合金涂层1982——TiCN——MT-CVD——硬质合金刀具涂层1986——Diamond、CBN——CVD、PVD——硬质合金刀具涂层1990——TiN、TiCN、TiC——PCVD——模具、螺纹刀具、铣刀等1993——TiN+TiCN（CVD）+TiN（PVD）——CVD+PVD——硬质合金铣削类刀具涂层1993——厚膜纤维状TiCN——MT-CVD——硬质合金车削类刀具涂层（用于粗、半精加工）从上表可以发现，CVD涂层技术主要用于硬质合金类各种切削刀具。
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先进涂层刀具的作用
涂层加工处理主要适合从事刀具(如铣刀，车刀，刀片，钻头等)、塑料模具、冲压、深拉成型、钟表外壳模具和精密配件等使用。
服务范围包括STiN超等氮化钛、TiCN氮化碳钛、TiAlN氮化铝钛、TiAlCN 氮化铝碳钛、CrN氮化铬和DLC类金钢石涂层等技术。
涂层提高刀具的硬度和耐高温性，是高速加工工艺的发展基础，因此高速加工的发展将带动先进涂层的发展。
高速加工改变以前加工方法，包括模具制造。
譬如以前不容易加工的转角和复杂型面，现在可以采用高速加工铣削来完成。
先进涂层的作用
可作为工具、模具表面的保护，如在注胶工程塑料时，涂层增加了表面硬度，使模具更耐用；
降低摩擦系数，譬如用于加工电机铁芯片的精密冲压模具，涂敷涂层可延长模具寿命；
高速加工的刀具经过涂层，可提高耐热性；
提高刀具抗磨性；
提高干式钻削生产力。
硬涂层？
硬涂层是通过不同方法在真空氛围中生成的陶瓷层。
精密刀具中主要采用的方法有CVD（化学气相沉积）和PVD（物理气相沉积）；我们的硬涂层是用物理方法沉积(PVD)的。
在这种方法中，在涂层和被涂
敷的对象即基质之间不发生化学反应。
涂层是在一个真空度高达10-5毫巴带等离子支撑体的腔体内涂敷的。
其中，粒子从等离子处加速并以很高的动能冲击基质。
由于粒子和基质之间存在很高的电势差，因此粒子被吸引。
结果是产生一层非常硬的“皮”，可控制厚度在1～7微米范围，一般我们做最多的是2.5微米。
对于高速钢，通过这种涂层处理，表面硬度至少可以提高三倍。
对于碳化钨（硬质合金）基质这种材料如今在金属切削中用得越来越多，硬度至少要翻番。
这些涂层的优缺点
优点
对于刀具而言，这种涂层可以使刀具耐磨性提高，因此它们的使用寿命或切削性能提高。
摩擦系数下降，这意味着切屑可以更好地排出。
此外，还具有隔离效应，因为硬涂层可以防止在刀具和被加工材料之间发生化学反应，例如硬金属的钴浸析等。
可以大大提高切削参数，从而提高生产率和生产中所用设施的利用率。
缺点
这种涂层成本确实比较高。
对具有混合制造-即既有带涂层的刀具，也有不带涂层的刀具-的工厂而言，他们需要采用不同的机床设置，这一点可以看成是一种缺点。
机床操作员需要较高的灵活性。
对于相对较高约达400℃的涂层温度，某些基质不适合采用这种涂敷处理。
很自然，达到这种温度就发生结构变相的钢是不能用标准硬涂层方式进行处理的。
它们可以通过一种特殊的低温过程进行涂层处理200℃。
此外，基质必须能够导电。
纯陶瓷是不合适的-尽管也存在对
这种材料进行涂层处理的可选方式。
在给软材料诸如铝进行涂层处理时，必须采用特殊方法和涂层。
在高速切削中，在某些场合刀柄是用铝做成的，在这种情况下已经采用了这种涂层技术。
上述各点可以看作是缺点，但是，基本上，对硬涂层我尚未发现存在什么制约。
大约10年前，PLATIT AG开始重新挖掘和进一步改良“电弧方法”，这是一种已经问世很久的技术，其中粒子通过电弧沉积在所谓的目标上。
PLATIT AG花了很多时间和金钱来使这种方法达到很高的经济效益和技术效能。
1994年，这种几乎具有划时代意义的革新技术“动态磁控电弧”上市。
在这种技术上，我们走在竞争者前面。
当然，我们的成功使竞争者以及市场也重新采用这种技术。
PLATIT AG不断开发自己的产品以维持自己的领先地位，譬如最新开发，并于2003年投入商业生产的“全球第一台工业用纳米结构涂层设备”。