PVD涂层知识

20
25
30
35
40
加工速度; vc [m/min]
被加工材料: 42CrMo4 - - WZ: d=8.5mm - f=0.15 m/rev - ap=3xd
未涂层与已涂层的硬质合金钻嘴加工成本对比
成本 / 孔数;
0.3
0.25

0.2
0.15



未涂层 TiN
0.1
0.05
0 70
T: 00
Source: Eucotooling, Brite-Euram Project, KU Leuven
刀具涂层的最终目的---争取利润的最大化
未涂层与已涂层的高速钢钻嘴加工成本对比
成本 / 孔数;
0.35
0.3

0.25



0.2
未涂层
0.15
TiN
0.1
0.05
0
10
15
80
90
100
110
120
130
加工速度; vc [m/min]
被加工材料: 42CrMo4 - - WZ: d=8.5mm - f=0.25 m/rev - ap=3xd
不同涂层的成本对比
成本 / 孔数; 0.2
0.15 0.1
0.05
未涂层 TiN_未重涂 TiAlN_未重涂 TiN TiAlN
2000
1500
1000
900
1600
500
0 HSS+TiN
HM+TiAlN
刀具表面为何要涂层?
减小刀具与被加工材料之间的磨损; 提高刀具的加工质素,提高刀具寿命和加工效率 增加刀具与被加工材料的润滑, 减少摩擦,提高排屑能力.
应用实例
表面未涂层之钻嘴钻孔后的磨损形貌
表面经润滑涂层之钻嘴钻孔后的磨损形貌
月牙圭磨损
TiN涂层有效阻隔了ＷＣ硬质合金刀具 高温下与被加工材料：钢之间的反应．
无月牙圭磨损
高温时硬质合金刀具材料表面的“脱钴”现象
刀具材料：Ｋ４０，未涂层 被加工材料：４０CrMo4
刀具材料：Ｋ４０，TiAlN涂层 被加工材料：４０CrMo4
Co 从刀具表面渗出,向被加工工件表面扩散
无脱Co现象
500
0
未涂层
LKMEXCELCOATTiAlN-
被加工材料: 高锰钢 - Rm=750 N/mm2 - Tool: d=8/24mm -m=1- solid carbide - ae=10mm vc=138m/min – 油冷
铰刀表面的PVD涂层
刀具寿命; Lm [holes] 70
60
57
50
超级涂层---AlTiN
- 高铝成分 - 卓绝的热稳定性和高温硬度 - 特别针对硬质材料的加工而研制
AlTiN
含 Al涂层 在高速铣削硬质材料时的磨损行为
角位磨损; VBE, [mm] 0.6
标准 TiAlN
0.5
Байду номын сангаас
超级 AlTiN
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
100
200
300
400
铣削距离; Lf [m]
可继续使用
不可使用
加工参数: vc=260m/min, f=0,316mm/rev., Int. Min. Jet Lubrication – 钻嘴:HSS,52x8
无槽丝锥的边缘磨损状况
未涂层
已涂层
应用实例
攻螺纹5000次
涂层的其它功用
良好的隔热介质; 阻挡刀具与被加工材料的直接接触; 避免刀具材料与被加工材料的化学反应.
刀具: d=12mm - z=4 - ap=12mm - ae=0.6mm - vc=300 m/min - fz=0.04 mm 刀具材料.: H11 - HRC 54 – 干切削
排屑槽
钢的干钻孔; 被加工材料:S45C
4000 孔数
3500
3481
3000
2500 2000 1500
1523
2048
0.15
0.1
0.05
0
0
5
10
15
20
25
加工长度 [m]
被加工材料.: A2 – 刀具材料: ASP30 - d=80 x 180 mm - vc=135 m/min – 冷却剂: 乳化液
陶瓷 滚齿刀的TiAlN涂层
2500 刀具寿命; Lm [holes]
2200 2000
1500
1000 500
应用实例表面未涂层之钻嘴钻孔后的磨损形貌表面经润滑涂层之钻嘴钻孔后的磨损形貌可继续使用不可使用加工参数
LKM EXCELCOAT
PVD涂层---工件表面机械附着的硬质薄膜
涂层硬度与工件基体硬度之比较
硬度; HV30 4000 3500
HSS TiN HM TiAlN
3300
3000 2500
2400
0
70
90
110
130
加工速度; vc [m/min]
注塑模表面的PVD涂层
3500 注塑次数,; 千次
3200 3000
2500
2000
1930
1500
1000 500
787.2
0
未有涂层
普通 TiN LKMEXCELCOAT TiN
塑胶原料.: PA66+ 50%GF – 模具材料.:H13 - HRC 52-53
40
30
20 20
13 10
0 未涂层
LKMEXCELCOATTiN LKMEXCELCOATTiAlN
被加工材料: 1.2379 - K110 - Rm=840 N/mm2 – 刀具: d=6.2mm - HSS - vc=70m/min - f=0.35mm/rev - ap=32mm – 乳化液冷却
PET塑胶瓶模
注塑模具表面涂层粗糙度对比
平均粗糙度; Ra [祄] 0.25
0.2 0.2
0.15
0.1 0.05
0 普通 TiN
0.06
0.02
LKMEXCELCOAT 普通 TiN 经抛光后 TiN
滚齿刀
常规齿轮用滚齿刀的涂层成本
磨损; [mm] 0.25
0.2
光刀 普通TiN
LKMEXCELCOAT TiN
用于钻嘴表面各类涂层加工特性比较
刀具寿命; Lm [holes] 2000
1500
1250
1600
1000
620 500
0 新钻嘴-TiN
返磨钻嘴+TiN 返磨钻嘴+TiAlN
被加工材料.: O1 - Rm=700 N/mm2 - Tool: d=8mm - Sandvik GC1020 (VHM) - vc=55m/min - f=0.15mm/rev ap=23mm - 6%乳化剂
1000
500
346
0
未涂层
TiN涂层
TiAlN涂层 AlTiN涂层
刀具材料l:固体陶瓷钻嘴 - d=6.8mm - vc=80m/min - f=0.15mm/rev - ap=30mm