刀具涂層的特點

目前已有許多種機床刀具涂層可供選擇，包括PVD涂層、CVD涂層以及交替涂覆PVD和CVD的復合涂層等，從刀具制造商或涂層供應商那里可以很容易地獲得這些涂層。本文將介紹一些刀具涂層共有的屬性以及一些常用的PVD、CVD涂層選擇方案。在確定選用何種涂層對于切削加工Z為有益時，涂層的每一種特性都起著十分重要的作用。

1.涂層的特性

(1)硬度

       涂層帶來的高表面硬度是提高刀具壽命的Z佳方式之一。一般而言，材料或表面的硬度越高，刀具的壽命越長。氮碳化鈦(TiCN)涂層比氮化鈦(TiN)涂層具有更高的硬度。由于增加了含碳量，使TiCN涂層的硬度提高了33%，其硬度變化范圍約為Hv3000～4000(取決于制造商)。表面硬度高達Hv9000的CVD金剛石涂層在刀具上的應用已較為成熟，與PVD涂層刀具相比，CVD金剛石涂層刀具的壽命提高了10～20倍。金剛石涂層的高硬度和切削速度可比未涂層刀具提高2～3倍的能力使其成為非鐵族材料切削加工的不錯選擇。

(2)耐磨性

       耐磨性是指涂層抵抗磨損的能力。雖然某些工件材料本身硬度可能并不太高，但在生產過程中添加的元素和采用的工藝可能會引起刀具切削刃崩裂或磨鈍。

(3)表面潤滑性

        高摩擦系數會增加切削熱，導致涂層壽命縮短甚至失效。而降低摩擦系數可以大大延長刀具壽命。細膩光滑或紋理規則的涂層表面有助于降低切削熱，因為光滑的表面可使切屑迅速滑離前刀面而減少熱量的產生。與未涂層刀具相比，表面潤滑性更好的涂層刀具還能以更高的切削速度進行加工，從而進一步避免與工件材料發生高溫熔焊。

(4)氧化溫度

       氧化溫度是指涂層開始分解時的溫度值。氧化溫度值越高，對在高溫條件下的切削加工越有利。雖然TiAlN涂層的常溫硬度也許低于TiCN涂層，但事實證明它在高溫加工中要比TiCN有效得多。TiAlN涂層在高溫下仍能保持其硬度的原因在于可在刀具與切屑之間形成一層氧化鋁，氧化鋁層可將熱量從刀具傳入工件或切屑。與高速鋼刀具相比，硬質合金刀具的切削速度通常更高，這就使TiAlN成為硬質合金刀具的首選涂層，硬質合金鉆頭和立銑刀通常采用這種PVD TiAlN涂層。

刀具的幾何角度

石墨刀具選擇合適的幾何角度，有助于減小刀具的振動，反過來，石墨工件也不容易崩缺；

（1）前角，采用負前角加工石墨時，刀具刃口強度較好，耐沖擊和摩擦的性能好，隨著負前角絕對值的減小，后刀面磨損面積變化不大，但總體呈減小趨勢，采用正前角加工時，隨著前角的增大，刀具刃口強度被削弱，反而導致后刀面磨損加劇。負前角加工時，切削阻力大，增大了切削振動，采用大正前角加工時，刀具磨損嚴重，切削振動也較大。

（2）后角，如果后角的增大，則刀具刃口強度降低，后刀面磨損面積逐漸增大。刀具后角過大后，切削振動加強。

（3）螺旋角，螺旋角較小時，同一切削刃上同時切入石墨工件的刃長Z長，切削阻力Z大，刀具承受的切削沖擊力Z大，因而刀具磨損、銑削力和切削振動都是Z大的。當螺旋角去較大時，銑削合力的方向偏離工件表面的程度大，石墨材料因崩碎而造成的切削沖擊加劇，因而刀具磨損、銑削力和切削振動也都有所增大。因此，刀具角度變化對刀具磨損、銑削力和切削振動的影響是前角、后角及螺旋角綜合產生的，所以在選擇方面一定要多加注意。