涂层刀具的切削性能与发展
试析涂层刀具的切削性能与发展
[摘要]切削刀具材料不仅需要有很高的硬度和耐磨性，而且需要有较好的抗弯强度和冲击韧性。这两方面的性能相互矛盾，难以兼顾。在刀具表面敷以涂层，是解决这一矛盾的有效方法。刀具材料表面有了涂层，其综合性能得到了明显的提高。本文将着重讨论涂层刀具的切削性能和发展趋势。
[关键词]刀具；涂层；切削性能；存在的问题；发展趋势
中图分类号：tg335.86 文献标识码：a 文章编号：1009-914x （2013）23-0077-01
引言
制造业的发展离不开切削刀具，现代切削刀具已经成为提升制造业技术水平的关键因素之一，切削加工的要求日趋提高，如高速、高精度、高效、智能和环保等成为现代切削加工主要追求的目标。而被加工材料的能级不断提高，如高强和超高强度材料、高韧性、难切削等材料层出不穷。新形势下对切削加工还提出了特殊要求，如加工硬度50hrc以上的硬加工、微润滑和无润滑的干切削不断涌现，使切削加工中的个性化特点日见显现。面对这些变化，若要求在刀具的设计和制造工艺或刀具材料的整体性能上来适应这些要求，技术上的难度是很大的，尤其对刀具材料而言，不仅在资源利用上极不经济，而且要求材料满足日趋复杂的综合切削性能，通常难以做到。
采用而涂层刀具是解决上述问题的最佳方案之一，涂层刀具对改
刀具涂层技术的现状与发展 PVD CVD
刀具涂层技术的现状与发展 摘要：刀具涂层技术是一种受刀具市场需求而产生的一种表面改性技术，该项技术能改变切削刀具的综合机械性能，大幅度提升加工效率以及刀具寿命，刀具涂层技术成为高效率、高精度、高可靠性要求的关键机械加工技术之一。本文着重介绍了刀具涂层技术的涂层材料的制备方法及种类，并对刀具涂层技术的应用前景及发展趋势进行了展望。从工艺、装备、技术开发、推广应用、售后服务等方面分析我国刀具涂层技术与工业发达国家的差距；文中建议我国工具行业应针对国内刀具涂层技术现状，建立统一的研究、开发、服务体系，系统地引进国际先进技术，通过消化吸收逐步达到自我开发的能力，最终实现参与国际市场竞争的目的。 关键词：刀具;涂层技术;PVD;CVD 1 引言 刀具涂层技术是一种受刀具市场需求而产生的一种表面改性技术，该项技术能改变切削刀具的综合机械性能，大幅度提升加工效率以及刀具寿命，因此该项技术已与材料、加工工艺并称为切削刀具制造的三大关键技术。为了满足机械加工的高效率、高精度、高可靠性的要求，各个国家都十分注重刀具涂层技术的发展。当前，我国刀具涂层技术正处于一个发展的十分关键的时期，特别是PVD涂层技术，使用原有的涂层技术生产的刀具已不能满足切削加工要求；发展PVD技术，能提高我国切削刀具的水平，获得巨大的经济效益，提高我国的综合国力。 2 国内外刀具涂层技术的现状及发展趋势 刀具涂层技术目前分为两大类，即化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）技术。 2.1 物理气相沉积（PVD）技术的发展 习惯上，把固体(液态)镀料通过高温蒸发、溅射、电子束、等离子体、激光束、电弧等能量形式产生气相原子、分子、离子(气态，等离子态)进行输运，在固态表面上沉积凝聚，生成固相薄膜的过程称为物理气相沉积(PVD)。 物理气相沉积（PVD）技术产生于上世纪七十年代末，因为它的工艺温度控制在500℃以下，，可作为最终处理工艺用于高速钢类刀具的涂层。PVD技术大大提高了高速钢刀具切削性能，该项技术与八十年代得到迅速推广。八十年代后期，一些发达国家PVD涂层高速钢刀具比例已占市场已超过了60%。 高速钢刀具成功应用PVD技术，引起了世界各国的青睐与重视，各国研究者在不断开发高的性能、高可靠性涂层装备的同时，也对其应用领域进行了更加深入的研究，以进行扩大，特别是在硬质合金刀具、陶瓷刀具方面的应用。与CVD涂层技术相比，PVD技术的处理温度低，刀具材料抗弯强度通常温度在600℃以下不会产生影响；薄膜的内部为压应力，因此，适合涂层硬质合金精密复杂类刀具，PVD技术对环境不会产生不利影响，更加符合绿色工业发展的方向。伴随着高速加工时代的到来，硬质合金刀具、陶瓷刀具使用的比例必然上升，高速钢刀具使用的比例必然下降。因此，一些发达国家在九十年代初便将重心转向硬质合金刀具PVD涂层技术的研究，九十年代中期，PVD涂层技术在硬质合金刀具上的应用已取得了突破性的进展，当时已普遍在铣刀、铣刀片、各种钻头、铰刀、丝锥、等的刀具上应用。 从大的方面来看，现在国际上的PVD涂层技术大致可分成真空蒸镀、溅射、离子镀，但从这三种主要的镀膜技术衍生出了各式各样的新技术。伴随着PVD技术的进一步发展，科学家们把离子束、等离子体引入到PVD涂层技术上，同时通入某些反应气体，由化学反应来制备金属镀层，因此，当前的PVD涂层技术已不是原先单纯的物理制备过程，PVD涂层技术和CVD涂层技术已经相互交融。单一的涂层材料显然无法满足综合刀具机械性能的要求，无法被市场接受，涂层材料正向着多元不断的发展。为实现不同的高性
加工中心常用刀具参数
加工中心常用刀具参数(普通机） 刀具转速进刀切削吃刀量退刀 d32r5 1900 1500 1800 0.6 1300 d25r5 2100 1300 1500 0.6 1200 d20r5 2200 1100 1300 0.5 800 d16r0.5 2400 1000 1100 0.4 800 d12r0.5 2600 800 1000 0.35 600 d10r0.5 2800 700 800 0.35 600 d8r0.5 3000 600 600 0.3 500 d6r0.5 3200 450 500 0.25 400 d12 2800 800 1000 0.35 600 d10 2800 700 800 0.35 600 d8 3000 600 600 0.3 500 d6 3200 450 500 0.25 400 d4 3500 300 400 0.2 400 d12r6 3200 800 1000 0.3 600 d10r5 3600 700 800 0.25 600 d6r3 4000 450 500 0.2 400 d4r2 4800 300 400 0.15 400 d2r1 5600 250 300 0.1 300 d1r0.5 6800 200 200 0.08 250 加工中心常用刀具参数(高速机) 刀具转速进刀切削吃刀量退刀 d16r0.5 6500 1000 1100 0.35 800 d12r0.5 7000 800 1000 0.3 600 d10r0.5 7500 700 800 0.3 600 d8r0.5 8000 600 600 0.3 500 d6r0.5 8500 450 500 0.2 400 d12 7000 800 800 0.35 600 d10 7500 600 650 0.3 600 d8 8000 500 600 0.3 500 d6 10000 350 400 0.25 400 d4 12000 200 300 0.2 300 d2 14000 150 250 0.15 250 d1 16000 150 200 0.1 200 d0.8 21000 100 150 0.06 200 d12r6 8500 600 800 0.25 600 d10r5 8800 500 650 0.2 600 1
机械材料切削性能研究3
徐州建筑学院继续教育学院 专业专科毕业论文 机械材料切削加工性能的研究学生姓名： 学号： 指导教师： 专业： 年级： 教学点：江苏省交通技师学院 二0一二年六月
摘要：材料的化学成分不一样, 材料的组织结构不同, 热处理的方法不同, 力学性能也不同, 其切削加工性也完全不同。而切削加工性又会影响刀具的耐用度、零件表面质量、产品的生产率, 甚至使被加工零件变成次品、废品。因此, 必须对影响工件材料切削加工性的因素进行分析, 为以后选择正确的加工工艺路线提供依据。主要对影响工件材料切削加工的各种因素如材料的力学性能、物理性能、化学性能、化学成分、金相组织等进行了较为详细的分析, 并提出了改善工件材料切削加工性的基本途径。 关键词：切削加工、热处理、工艺路线，物理特性 Abstract: Chemical composition is not the same as the organizational structure of the material, heat treatment, mechanical properties, its machinability is also completely different. Cutting would affect the durability of the tool parts surface quality, the product of productivity, even the parts to be processed into defective, waste. Therefore, we must analyze the factors affecting the machinability of the workpiece material to provide a basis for the future to select the correct processing line. On a variety of factors influence the machining of the workpiece material, such as the mechanical properties, physical properties, chemical properties, chemical composition, microstructure, etc. in a more detailed analysis, and basic way to improve workpiece material machinability. Keywords:Machining, heat treatment, process route, the physical characteristics
刀具涂层技术的现状及其发展趋势
刀具涂层技术的现状及其发展 趋势 机电商情网添加时间：2007-2-6 15:57:24 添加到我的收藏 1 引言 众所周知，刀具表面涂层技术是应市场需求而发展起来的一项优质表面改性技术，由于该项技术可使切削刀具获得优良的综合机械性能，不仅可有效地提高刀具使用寿命，而且还能大幅度地提高机械加工效率，因此该项技术已与材料、加工工艺并称为切削刀具制造的三大关键技术。为满足现代机械加工高效率、高精度、高可靠性的要求，世界各国都十分注重涂层技术的发展。目前我国刀具涂层技术的发展正处在一个十分关键的时刻，尤其是PVD 涂层技术，一方面原有的技术已不能满足切削加工日益变化的要求；另一方面国内各大工具厂涂层设
备已到了必须更新换代的时期，因此有计划、按步骤的发展PVD技术，不仅能促进我国切削刀具产品技术水平的提高，而且还可获得巨大的经济效益和社会效益。 2 国际刀具涂层技术的现状及发展趋势 刀具涂层技术目前仍可划分为两大类，即 CVD（化学气相沉积）和PVD技术（物理气相沉积）。 2.1 国际CVD技术的发展 CVD技术自上世纪六十年代出现以来，在硬质合金可转位刀具上得到了极为广泛的应用。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，其涂层与基体结合强度高，薄膜厚度可达7～9μm，相对而言，CVD涂层具有更好的耐磨性。八十年代中后期，美国85%的硬质合金
工具采用了涂层处理，其中CVD涂层占到了99%；九十年代中期，CVD涂层硬质合金刀片在涂层硬质合金刀具中仍占到了80%以上。但CVD工艺也有其先天性的缺陷，一是工艺处理温度高，易造成刀具材料抗弯强度的下降；二是薄膜内部为拉应力状态，使用中易导致微裂纹的产生；三是CVD工艺所排放的废气、废液会造成工业污染，对环境影响较大，与目前所提倡的绿色工业相抵触，因此九十年代中期后高温CVD技术的发展受到了一定的制约。 八十年代末Krupp Widia开发的PCVD（低温化学气相沉积）技术达到了实用水平，其工艺处理温度已降至450℃～650℃，有效地抑制了η相的产生，可进行TiN、TiCN、TiC等涂层，用于螺纹刀具、铣刀、模具等，但到目前为止PCVD工艺在刀具涂层领域内的应用并不十分广泛。 真正引起CVD技术发生突变的是九十年代中期新
刀具涂层特点及应用
目前已有许多种刀具涂层可供选择，包括PVD涂层、CVD涂层以及交替涂覆PVD和CVD的复合涂层等，从刀具制造商或涂层供应商那里可以很容易地获得这些涂层。本文将介绍一些刀具涂层共有的属性以及一些常用的PVD、CVD涂层选择方案。在确定选用何种涂层对于切削加工最为有益时，涂层的每一种特性都起着十分重要的作用。 1.涂层的特性 (1)硬度 涂层带来的高表面硬度是提高刀具寿命的最佳方式之一。一般而言，材料或表面的硬度越高，刀具的寿命越长。氮碳化钛(TiCN)涂层比氮化钛(TiN)涂层具有更高的硬度。由于增加了含碳量，使TiCN涂层的硬度提高了33%，其硬度变化范围约为Hv3000～4000(取决于制造商)。表面硬度高达Hv9000的CVD金刚石涂层在刀具上的应用已较为成熟，与PVD涂层刀具相比，CVD 金刚石涂层刀具的寿命提高了10～20倍。金刚石涂层的高硬度和切削速度可比未涂层刀具提高2～3倍的能力使其成为非铁族材料切削加工的不错选择。 (2)耐磨性 耐磨性是指涂层抵抗磨损的能力。虽然某些工件材料本身硬度可能并不太高，但在生产过程中添加的元素和采用的工艺可能会引起刀具切削刃崩裂或磨钝。 (3)表面润滑性 高摩擦系数会增加切削热，导致涂层寿命缩短甚至失效。而降低摩擦系数可以大大延长刀具寿命。细腻光滑或纹理规则的涂层表面有助于降低切削热，因为光滑的表面可使切屑迅速滑离前刀面而减少热量的产生。与未涂层刀具相比，表面润滑性更好的涂层刀具还能以更高的切削速度进行加工，从而进一步避免与工件材料发生高温熔焊。 (4)氧化温度 氧化温度是指涂层开始分解时的温度值。氧化温度值越高，对在高温条件下的切削加工越有利。虽然TiAlN涂层的常温硬度也许低于TiCN涂层，但事实证明它在高温加工中要比TiCN有效得多。TiAlN涂层在高温下仍能保持其硬度的原因在于可在刀具与切屑之间形成一层氧化铝，氧化铝层可将热量从刀具传入工件或切屑。与高速钢刀具相比，硬质合金刀具的切削速度通常更高，这就使TiAlN成为硬质合金刀具的首选涂层，硬质合金钻头和立铣刀通常采用这种PVD TiAlN 涂层。 (5)抗粘结性 涂层的抗粘结性可防止或减轻刀具与被加工材料发生化学反应，避免工件材料沉积在刀具上。在加工非铁族金属(如铝、黄铜等)时，刀具上经常会产生积屑瘤(BUE)，从而造成刀具崩刃或工件尺寸超差。一旦被加工材料开始粘附在刀具上，粘附就会不断扩大。例如，用成型丝锥加工铝质工件时，加工完每个孔后丝锥上粘附的铝都会增加，以至最后使得丝锥直径变得过大，造成工件尺寸超差报废。具有良好抗粘结性的涂层甚至在冷却液性能不良或浓度不足的加工场合也能起
切削性能
两种Ti（C，N）基金属陶瓷刀具切削性能的研究 摘要：Ti(C．N)基金属陶瓷是本世纪七十年代出现的一种新型工具材料，具有许多优良的性能。本文用传统的粉末冶金的方法制备了纳米TiN改性TiC基金属陶瓷刀具试样和超细晶Ti(C，N)基金属陶瓷刀具试样，对两种刀具试样进行切削性能实验，对比其性能的优异，为制备性能更优异的金属陶瓷刀具提供理论依据。关键字：纳米TiN改性TiC基金属陶瓷刀具，超细晶Ti(C，N)基金属陶瓷刀具，切削性能 ABSTRACT ：As a new kind of tool material in seventy’s, has many good properties. The cutting and wear behaviors of two kinds of cermets cutters were investigated in this paper，which expects to present theoretical instruction for preparation of high performance cermets cutters and enrich materials design theory．Key words：Nano TiN modified TiC-based cermets cutters，Ultra-fine Ti(C，N)一based ccrmets cutters，Cutting performance 1引言 Ti（C，N）金属陶瓷刀具是20世纪70年代初发展起来的一种新型材料刀具，由于具有硬度高、耐磨性好、高温力学性能优良和不易与金属发生粘结等特性，广泛应用于难加工材料的切削加工中，并可用于超高速切削、高速干切削和硬材料的切削加工【1】。由于全球W的价格不断上涨，所以其是代替硬质合金刀具材料的很好选择。但是也存在抗塑性变形能力、抗崩刃性能差及韧性不好等问题。因此，长期以来对金属陶瓷刀具进行增韧一直是国内外科技工作者努力的方向，而近十年多来出现的通过纳米材料添加对传统材料进行改性，改善了金属陶瓷的力学性能。本文通过将纳米TiN改性的TiC基金属陶瓷刀具和用亚微米级Ti(C，N)粉末为原料烧结的金属陶瓷刀具加工成可转位车刀片，按照实际的生产条件来进行切削性能实验，考察不同成分和不同后角条件下，刀具的耐用度和失效形式。研究纳米TiN改性的TiC基金属陶瓷刀具的切削性能。 2 试验 本实验所用的刀具是自行研制的，试验用粉末原料均为外购。其中TiC和Ti(c，N)粉末购于石家庄华泰纳米陶瓷材料厂；TiN纳米粉购于中国科学院成都有机化学；Ni粉购于四川江油国营八五七厂。其余粉末均从株洲硬质合金厂购得。本实验所用的TiC粉末为微米级，Ti(C，N)粉末为亚微米级，而TiN为纳米级。 实验中TiN、WC、Mo和C的添加量分别取为lO％、15％、5％、1％。另外为了保证金属粘结相对陶瓷相的润湿性，制出致密的高性能的金属陶瓷试样，选用对陶瓷相润湿性较好的Co和Ni作为粘结剂。本实验中金属陶瓷的基本成分配
涂层刀具的应用现状及发展趋势
涂层刀具的应用现状及发展趋势 涂层技术是提升刀具性能的主要手段之一。通过涂层可以提高切削刀具抗各种磨损的能力，延长了刀具的寿命，提高了被加工零件的表面精度，也提高了切削速度和进给速度，从而提高金属切削效率。本期话题， 主要讨论刀具涂层技术的最新进展情况和发展前景。 涂层刀具的应用现状及发展趋势 涂层技术是提升刀具性能的主要手段之一。通过涂层提高了切削刀具抗各种磨损的能力，延长了刀具的寿命，提高了被加工零件的表面精度，也提高了切削速度和进给速度，从而提高了金属切削效率。今天，在切削刀具主流材料的硬质合金中，涂层硬质合金刀具占了80%，而其中CVD（化学涂层）又占了60％～ 65%，其余为PVD（物理涂层）。 在CVD涂层方面，包括TiCN、TiC、TiN、ZrCN和Al2O3等各种化合物的多层复合涂层对改善涂层的综合性能，如结合强度、韧性、耐磨性和抗磨性及耐腐蚀性具有良好的效果。现在典型的VCDTiN（外层）+ Al2O3（中层）+TiCN（内层）多层式结构正在从涂层工艺上和涂膜的厚度上得到进一步改善。MTCVD （中温化学涂层）因有较低的工艺温度和较快的沉积速率使得涂层与基体分界面上的脆性η相最小化，同时减少了在高温CVD涂层中常见的由高温导致的拉伸裂纹，因此，MTCVD TiCN涂层已成为CVD多层涂层中的一个主要构成，这种MTVCD已用于α- Al2O3涂层，如ISCAR的α-IC9150、α-IC9250、α-IC9350和α-IC4100等，提升了涂层与基体的结合强度和抗后面磨损、前面磨损和抗粘附的能力。 在PVD涂层方面，也从单一的TiN或TiCN或TiAlN涂层发展到现在的复合涂层即硬涂层+软涂层。为适应更高切削速度和干式切削的要求，涂层刀具的红硬性成为近几年PVD技术的开发热点。TiAlN的改进涂层AlTiN提高了薄膜中Al的含量（Al含量大于50%），提升了涂层的红硬性、化学稳定性和抗氧化的性能，如ISCAR的Al-IC910（加工铸铁和钢）、Al-IC900、Al-IC930（加工钢、不锈钢、硬钢、铸铁、 高温合金等）。 现代刀具涂层发展的一个重要特征就是复合化，为了提高其综合性能，涂层材料复合、涂层层复合以及CVD 与PVD复合，如ISCAR的DT7150（K05-K25）通过MTCVD Al2O3和PVD TiAlN复合涂层，提高了材质的综合性能，用于高速加工灰铸铁和球墨铸铁。而多样化是刀具涂层发展的另一个趋势，有各种氮化物、氧化物涂层材料，还有TiB、SN涂层、金刚石涂层、立方氮化硼涂层等等。多样化的深层次原因是专业化，即针对不同的需求采用不同的涂层，并能对涂层的组分、百分比、结构及厚度在更大范围内加以控制和改变，以适应不同的被加工材料和不同的切削条件，从而显著地提高刀具的切削性能。如CrAlN涂层，以Cr 元素替代Ti元素，具有3200HV硬度和1100℃的氧化温度，与TiAlN相比韧性更好，更适合断续切削和难加工材料的加工；以Si元素代替Al元素的涂层可获得用于硬切削的TiSiN，也可获得有润滑性的CrSiN，更适合用于铝、不锈钢等粘附性强的材料加工。此外，涂层材料的细微化是现代刀具涂层发展的另一个令人关注的趋势，纳米复合涂层正在越来越多的地方得到应用。在未来，刀具涂层将是一个系统的概念，即刀具涂层必须根据不断变化的现代切削应用条件来进行系统的组合，这是一种与传统观念中的“在刀具上涂覆一层薄膜”截然不同且复杂得多的系统工程方法，这需要我们进行系统思考。 刀具涂层进展概况 现代切削面临着不断发展的高速、高效、高精加工要求和愈来愈多的高强度、高韧性、难切削等高能级材
常用刀具材料硬度的比较
第三章 一、选择题 1．31210111下面是关于常用刀具材料硬度的比较，那个选项的论述是正确的（A）A金刚石>CBN>硬质合金>高速钢B金刚石>CBN>高速钢>硬质合金 C金刚石>硬质合金>高速钢>CBN D金刚石>高速钢>硬质合金>CBN 2. 31210122下面属于性质脆、工艺性差的刀具材料是（C） A碳素工具钢 B 合金工具钢 C 金刚石D 硬质合金钢 3. 31210113 目前使用最为广泛的刀具材料是（B） A陶瓷B高速钢和硬质合金 C 碳素工具钢 D CBN 4．31210114 W18Cr4V是：（C） A碳素钢 B 硬质合金钢 C 普通高速钢D 高性能高速钢 5．31210125 W18Cr4V比W6Mo5Cr4V2 好的性能是：（D） A硬度 B 韧性 C 切削性能D可磨性 6．31210116 WC—Co类属于哪一类硬质合金：（A） A YG类 B YT类 C YW类 D YM类 7．31210127 应用于切削一般钢料的硬质合金刀具是（B） A YG类 B YT类 C YW类 D YM类 8．31210128 在加工高温合金（如镍基合金）等难加工材料时，刀具材料可首选：（A） A CBN B 硬质合金 C 金刚石 D 陶瓷 9．31210129 在粗车铸铁时，选用：（B） A YG3 B YG8 C YT5 D YT30 10．3121012A碳素钢、合金钢的连续精加工，应选用：（D） A YG3 B YG8 C YT15 D YT30 11. 3121012B 在连续粗加工、不连续精加工碳素钢时，应选用：(B) A YT5 B YT15 C YT30 D YW2 12．31310121 在数控机床和自动线上，一般采用：（C） A整体式刀具 B 装配式刀具 C 复合式刀具D焊接装配式刀具 13. 32210111 增大前角，下面正确的是：（D） A增大粗糙度 B 增大切削效率 C 切削刃与刀头的强度增大 D 减小切削的变形 14．32210122 对于不同的刀具材料，合理前角（γopt）也不同，硬质合金刀具的γopt （B） 要____ 高速钢刀具的γ opt A大于 B 小于 C 等于 D 都有可能 15 32210113 增大前角可以（B） A减小切削力，导热面积增大B减小切削力，导热面积减小 C增大切削力，导热面积增大D增大切削力，导热面积减小1632210114 下面有关刀具前面的卷屑槽宽度的说法，正确的是：（D） A愈小愈好 B 愈大愈好 C 无所谓 D 根据工件材料和切削用量决定 17 32310111 增大后角（A） A减小摩擦 B 增大摩擦 C 切削刃钝园半径越大 D 刀头强度增强1832310121 加工下面哪种材料时，应该采用较小的后角（C） A工件材料塑性较大B工件材料容易产生加工硬化 C 脆性材料 D 硬而脆的材料
数控刀具技术现状及发展
数控刀具技术现状及发展 【论文摘要】本文简介现代数控刀具科普性知识和近几年来在刀具材料、结构科技领域里的现状及发展趋势。指出拉削、滚压、搓挤刀具和复合（组合）孔加工数控刀具的创新成果往往会引起机加工观念上的巨大变革，再集成刀具材料及特种数控机床领域的创新科技成果，会产生巨大的社会效益和经济效益。 近年来，快速发展的数控机加工工艺技术促进了数控刀具结构基础科研和新产品的研发。世界各大厂商生产的数控机床用刀具种类、规格繁多，数量庞大，往往令人眼花缭乱，不得要领。现将有关数控刀具科普性知识和近几年来数控刀具材料、结构、应用等领域的新产品、科技现状及发展趋势就其精要，在此简要分述，以便了解掌握相关数控刀具新产品信息的要点。 一、数控刀具分类简要 二、数控刀具材料新产品科技近况与发展趋势 １、概述： 近年来，数控刀具材料基础科研和新产品的成果集中应用在高速（超高速）、硬质（含耐热、难加工）、干式、精细（超精）数控机加工技术领域。刀具材料新产品的研发在超硬材料（金刚石、表面改性涂层材料、TIC基类金属瓷、立方氮化硼、Al203、Si3n4基类瓷），W、CO类涂层和细颗粒（超细颗粒）硬质合金基体及含Ｇｏ类粉末冶金高速钢等领域进展速度较快。 ２、超硬材料领域： 金刚石（钎焊聚晶、单晶）各类刀具已迅速应用于高硬度、高强度、难加工有色金（合金）及有色金属-非金属复合材料零部件的高速、高效、干（湿）式机械切削加工行业中。其概况分述如下： 汽车、摩托车行业：聚晶、人造单晶金刚石面铣刀、镗刀、车刀、铰刀、复合（组合）孔加工等数控刀具等正大量应用于高强度、高硬度Si--Al合金零部件自动生产线上； 竹木地板、傢具行业：聚晶、CVD厚膜沉积金刚石（复合片）立铣刀、三面刃成形铣刀、面铣刀等类刀具正大量应用于高硬度复合竹木地板、傢具及门窗…等零部件自动生产线上； 航空、航天、汽车及电子信息技术行业：金刚石CVD薄膜涂层数控刀具（以整体WCO类硬质合金刀具为主）多应用于铣削、车削、钻削、铰削及锪削加工高强度铝合金（铸、锻）、纤维-金属层板、碳纤维热塑性复合材料、镁合金、石墨、瓷…等零部件，满足高速、高寿命、干式机加工技术要求。各厂商正不断地改进
常用刀具参数使用
一．常用刀具参数使用： 1．加工铸铁（球墨铸铁线速度放慢约20-30%，进给放慢约20%）： 刀具名称线速度m/分每齿或每转进给mm 切削深度mm 肯纳125M750粗面铣刀188m 0.21 5 肯纳精铣125面铣刀188m 0.28 0.2 粗镗刀300m 0.4 5 半精镗刀300m 0.5 2.5 精镗刀300m 0.17 0.2 CBN刀片精镗刀600m 0.17 0.2 SANDVIK 880U钻200m-300m 0.12 普通U钻140m 0.1 整体硬质合金钻90m-130m 0.3 SE钻90m 0.3 高速钢钻头20-25m 0.2 氮化钛丝锥25m 氮碳化钛丝锥35m 普通无涂层丝锥10m 整体硬质合金铣刀50-80m 0.08 0.5XDc SANDVIK M390方肩铣刀150m-180m 0.05 0.3XDc 高速钢铣刀15-20m 0.06 0.3XDc 整体硬质合金铰刀20-25m 0.1 高速钢铰刀5m 0.08 中心钻倒角刀150m 0.1-0.2 0.3X刀片宽度2．加工钢件（根据毛坯材质硬度线速度和进给应适度调整）： 刀具名称线速度m/分每齿或每转进给mm 切削深度mm 肯纳M45 125面铣刀（粗铣）175m 0.22 3 肯纳M45 125面铣刀（精铣）188m 0.25 0.2 粗镗刀250m 0.2 3 半精镗刀280m 0.4 2.5 精镗刀300m 0.17 0.2 SANDVIK 880U钻180m-260m 0.06 普通U钻100m 0.1 整体硬质合金钻80m 0.12 SE钻90m 0.3 高速钢钻头15-20m 0.2 氮化钛丝锥20m 氮碳化钛丝锥25m 普通无涂层丝锥5-8m 整体硬质合金铣刀50-70m 0.08 0.5XDc SANDVIK 方肩M390铣刀130m 0.05 0.3XDc 高速钢铣刀10-15m 0.06 0.3XDc 整体硬质合金铰刀15-20m 0.1 高速钢铰刀5m 0.08 中心钻倒角刀130m 0.1-0.2 0.3X刀片宽度
刀具涂层的特点及用途
刀具涂层的特点及用途 发布日期：[2008-6-10] 共阅[845]次 目前已有许多种刀具涂层可供选择，包括PVD涂层、CVD涂层以及交替涂覆PVD和CVD的复合涂层等，从刀具制造商或涂层供应商那里可以很容易地获得这些涂层。本文将介绍一些刀具涂层共有的属性以及一些常用的PVD、CVD 涂层选择方案。在确定选用何种涂层对于切削加工最为有益时，涂层的每一种特性都起着十分重要的作用。 1.涂层的特性 （1）硬度 涂层带来的高表面硬度是提高刀具寿命的最佳方式之一。一般而言，材料或表面的硬度越高，刀具的寿命越长。氮碳化钛（TiCN）涂层比氮化钛（TiN）涂层具有更高的硬度。由于增加了含碳量，使TiCN涂层的硬度提高了33%，其硬度变化范围约为Hv3000～4000（取决于制造商）。表面硬度高达Hv9000的CVD 金刚石涂层在刀具上的应用已较为成熟，与PVD涂层刀具相比，CVD金刚石涂层刀具的寿命提高了10～20倍。金刚石涂层的高硬度和切削速度可比未涂层刀具提高2～3倍的能力使其成为非铁族材料切削加工的不错选择。 （2）耐磨性 耐磨性是指涂层抵抗磨损的能力。虽然某些工件材料本身硬度可能并不太高，但在生产过程中添加的元素和采用的工艺可能会引起刀具切削刃崩裂或磨钝。 （3）表面润滑性 高摩擦系数会增加切削热，导致涂层寿命缩短甚至失效。而降低摩擦系数可以大大延长刀具寿命。细腻光滑或纹理规则的涂层表面有助于降低切削热，因为光滑的表面可使切屑迅速滑离前刀面而减少热量的产生。与未涂层刀具相比，表面润滑性更好的涂层刀具还能以更高的切削速度进行加工，从而进一步避免与工件材料发生高温熔焊。 （4）氧化温度 氧化温度是指涂层开始分解时的温度值。氧化温度值越高，对在高温条件下的切削加工越有利。虽然TiAlN涂层的常温硬度也许低于TiCN涂层，但事实证
世界顶尖刀具涂层技术介绍【详解】
世界顶尖刀具涂层技术介绍 内容来源网络，由深圳机械展收集整理！ 更多数控刀具技术展示，就在深圳机械展-刀具展区！ 切削刀具表面涂层技术是近几十年应市场需求发展起来的材料表面改性技术。采用涂层技术可有效提高切削刀具使用寿命，使刀具获得优良的综合机械性能，从而大幅度提高机械加工效率。 1.刀具涂层的特点 （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与未涂层的相比，切削速度可提高2~5倍，使用涂层刀具可以获得明显的经济效益。 （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，因而可以大大减少刀具的品种和库存量，简化刀具管理，降低刀具和设备成本。 2.涂层的分类 根据涂层方法不同，涂层刀具可分为化学气相沉积（Chemical Vapour Deposition，简称CVD）涂层刀具、物理气相沉积（Physical Vapour Depositon，简称PVD）涂层刀具及混合工艺及组合技术。CVD涂层原理如图1a所示，PVD涂层原理如图1b所示。混合工艺是等离子辅助CVD技术与传统的PVD技术进行有效的结合。比如先沉积传统的CrN硬质涂层，再在最上面沉积一层用于减少摩擦的DLC涂层。组合技术是涂层前对工具或零部件的表面层进行氮化，可以提高涂层的功效。 CVD可以涂覆耐磨损性优异的TiCN、耐热性非常优异的Al2O3厚膜，因此在产生高温的高速、高效率切削加工中能显示出长寿命，CVD涂层如图2a所示。PVD一般用在与无涂层硬质合金、高速钢相同或较高速的切削速度条件下，以延长刀具寿命为目标。对基体制约少、损伤小，因此特别适合用于要求耐磨损性、耐崩刃性的刀具，也适用于要求锋利刃口的低进给加工与精加工或螺纹加工工具等，PVD涂层如图2b所示。 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（金刚石和立方氮化硼）上的涂层刀具等。涂层硬质合金刀具一般采用化学气相沉积法，沉积温度在1 000℃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。 金刚石涂层采用CVD（化学蒸镀法）在硬质合金基体上合成。合成的涂层具备与天然金刚石相匹敌的硬度与导热系数，在非铁材料的加工中发挥着优异的性能。金刚石涂层刀具由于其良好的切削性能，在切削加工领域具有广阔的应用前景，是加工石墨、金属基复合材料、高硅铝合金及许多其他耐磨蚀材料的理想刀具，目前其主要应用领域是汽车和航空航天工业。金刚石涂层刀具的组织如图3所示。 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、耐磨性好，典型的是TiC和TiN涂层，各种涂层刀具如图4所示。“软”涂层刀具是采用固体润滑剂如MoS2、WS2等制备的刀具，“软”涂层追求的目标是低摩擦系数，也称为自润滑刀具，它与工件材料的摩擦系数很低，只有0.1左右，可减小粘、减轻摩擦、降低切削力和切削温度。 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较大的提高，应用领域不断扩大，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最重要的刀具品种。目前国外硬质合金可转位刀片的涂层比例在70%以上，欧洲齿轮刀具的涂层比例高达90%。涂层技术已应用于立铣刀、铰刀、复合孔加工工具、齿轮滚刀、剃齿刀、成形拉刀及各种机夹可转位刀片，满足高速切
浅谈涂层刀具的应用现状和发展前景
浅谈涂层刀具的应用现状和发展前景 摘要：随着新材料的出现，切削速度的提高，对刀具的要求是高切削速度、高进给速度、高可靠性、长寿命、高精度和良好的切削控制性。涂层刀具的出现，使难加工材料以及新材料切削性能有了重大突破。本文从涂层刀具的概念入手，通过分析涂层刀具的发展历史和在金属切削加工中涂层刀具与普通刀具的性价对比来阐述涂层刀具的应用以及目前存在的问题，预测今后的发展前景。 关键词：涂层刀具切削加工应用 Abstract:With the emergence of new material, the increase of cutting speed on tool requirements, high cutting speed, high feed rate, high reliability, long life, high precision and good cutting control. Coated cutting tools appear, make hard processing materials and new materials cutting performance has been a major breakthrough. In this paper, through the analysis of coating tools, with its historical development in metal cutting processing, and general tool of price comparison on coated cutting tool application and present problems, forecast the development foreground henceforth Key Words：Coated cutting tool Cuttingp rocessing Application
刀具涂层及如何正确选择刀具涂层
TiN、TiC、TiCN和TiAlN等刀具涂层及如何选择刀具涂层 TiN 氮化钛 TiAlN 氮化铝钛氮铝钛涂层氮铝化钛 TiCN 氮碳化钛 TiAlCN 氰化铝钛 Ti2N 氮化二钛 CrN, 氮化铬 ZrN, 氮化锆 AlTiN 氮化钛铝氮钛铝涂层 金刚公司推出的各种新型涂层 涂层颜色硬度HV 厚度μm 摩擦系数最高使用温度℃说明ZrCN复合兰灰 2500 1-4 550 通用性强 TiN单层金黄 2300 1-4 500 高性价比涂层 TiAlN复合紫色 3200 1-4 800 通用性强 AlTiN复合黑 3400 1-4 900 高速、高硬度加工 TiAlCrN 亚黑 3500 1-4 1000 特殊加工领域 TiCN渐层灰黑 3000 1-4 400 高韧性通用涂层
CrN渐层银亮 2000 3-15 700 适用加工铜、钛、模具 DLC 黑彩 1000~4000 400 适用于有色金属、石墨、塑胶 涂层刀具是在强度和韧性较好的硬质合金或高速钢(HSS)基体表面上，利用气相沉积方法涂覆一薄层耐磨性好的难熔金属或非金属化合物(也可涂覆在陶瓷、金刚石和立方氮化硼等超硬材料刀片上)而获得的。涂层作为一个化学屏障和热屏障，减少了刀具与工件间的扩散和化学反应，从而减少了月牙槽磨损。涂层刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、耐热耐氧化、摩擦因数小和热导率低等特性，切削时可比未涂层刀具提高刀具寿命3~5倍以上，提高切削速度20%~70%，提高加工精度~1级，降低刀具消耗费用20%~50%。因此，涂层刀具已成为现代切削刀具的标志，在刀具中的使用比例已超过50%。目前，切削加工中使用的各种刀具，包括车刀、镗刀、钻头、铰刀、拉刀、丝锥、螺纹梳刀、滚压头、铣刀、成形刀具、齿轮滚刀和插齿刀等都可采用涂层工艺来提高它们的使用性能。 涂层刀具有四种：涂层高速钢刀具，涂层硬质合金刀具，以及在陶瓷和超硬材料(金刚石或立方氮化硼)刀片上的涂层刀具。但以前两种涂层刀具使用最多。在陶瓷和超硬材料刀片上的涂层是硬度较基体低的材料，目的是为了提高刀片表面的断裂韧度(可提高10%以上)，可减少刀片的崩刃及破损，扩大应用范围。 涂层方法 目前生产上常用的涂层方法有两种：物理气相沉积(PVD) 法和化学气相沉积(CVD) 法。前者沉积温度为500℃，涂层厚度为2~5μm；后者的沉积温度为900℃~1100℃，涂层厚度可达5~10μm，并且设备简单，涂层均匀。因PVD法未超过高速钢本身的回火温度，故高速钢刀具一般采用PVD法，硬质合金大多采用CVD法。硬质合金用CVD法涂层时，由于其沉积温度高，故涂层与基体之间容易形成一层脆性的脱碳层(η相)，导致刀片脆性破裂。近十几年来，随着涂覆技术的进步，硬质合金也可采用PVD法。国外还用PVD/CVD相结合
第七章 工件材料的切削加工性习题
第七章工件材料的切削加工性 工件材料的种类繁多，性能各异。本章主要研究工件材料的切削加工性、影响切削加工性的因素和改善切削加工性的办法。 7．1 必备知识和考试要点 1．了解切削加工性的概念和衡量指标。 2．熟悉影响材料切削加工性的因素。 3．掌握改善材料切削加工性的办法。 4．了解难加工材料切削加工的问题和对策。 7. 2 典型范例和答题技巧。 [例7．1] 工件材料切削加工性的含义是什么?为什么说它是相对的? [答案] 工件材料切削加工性是指在一定的条件下，工件材料切削加工的难易程度。由于切削加工的条件和要求不同，材料的切削加工性有不同的内容和指标。所谓材料切削加工的难易，都是相对某种工件材料而言，这种难易程度是一个相对概念。例如以45钢为基准时，可以说高强度钢切削加工性不好，就是相对于45钢而言。 [例7．2] 常用的切削加工性衡量指标有哪些?各用于什么场合?何谓相对加工性? [答案] 常用的切削加工性衡量指标有：(1)以表面加工质量衡量切削加工性。容易获得好的加工表面质量的材料，切削加工性好，反之则差。该指标是零件精加工时常用的衡量指标。(2)以刀具耐用度衡量切削加工性。在相同的切削条件下加工不同材料时，刀具耐用度较长，或允许的切削速度较高，或切除金属体积较多，切削加工性好。其中相同切削条件下比较刀具耐用度和相同刀具耐用度下比较允许的切削速度是最常用的切削加工性指标，可适用于各种加工条件。(3)以单位切削力、切削温度衡量切削加工性。在相同的条件下，切削力小、切削温度低时，材料的切削加工性好。在粗加工或机床刚性、动力不足时用这种衡量指标。(4)以断屑性能衡量切削加工性。在自动机床、组合机床及自动生产线或深孔钻削等对工件材料断屑性能有要求时，采用这种衡量指标。 相对加工性K v是指以强度 b=0．637GPa的45钢的v60为基准，记为(v60)；其它被切削材料的v60与之相比的数值，称为相对加工性，即，K v= v60／(v60)；K v愈大，切削加工性愈好。 [例7．3] 影响工件材料切削加工性的主要因素有哪些?如何影响? [答案] 影响工件材料切削加工性的主要因素有：(1)工件材料的硬度。硬度包括材料的常温硬度、高温硬度、硬质点和加工硬化。硬度高时，切削力大，切削温度高，降低了刀具耐用度，甚至发生刀尖烧损或崩刃。(2)材料的强度。材料强度包括常温强度和高温强度。材料强度高时，切削力大，切削温度高，刀具磨损加快。(3)工件材料的塑性和韧性。塑性大时，切屑变形大，切削力增大，切削温度也较高，易发生粘结，刀具磨损加大，工件加工表面也粗糙。塑性低或呈脆性时，刀刃处的切削负荷大，刀具磨损加剧。工件材料韧性大时，断屑困难。(4)材料的导热系数。导热系数小的材料，切削温度高，切削加工性差。(5)材料的化学成分。化学元素对材料的作用不相同，影响材料的物理机械性能。钢中Cr、Ni、V、Mn、W、Mo等元素能提高材料的强度和硬度；而铅、硫、磷等能降低材料的强度和塑性，从而影响材料的加工性能。铸铁中硅、铝、铜等元素能促进铸铁碳的石墨化，可提高切削加工性；Cr、Mn、P、S等元素阻碍石墨化，会降低切削加工性。(6)材料的组织。材料的组织不同，其物理机械性能就不同，切削加工性也不一样。铁素体塑性大，切削加工性不好，珠光体硬度、强度、塑性等比较适中，切削加工性好。索氏体和托氏体、渗碳体和马氏体等，或强度大，或硬度高，或两者兼有，切削加工性差。奥氏体塑性、韧性大，加工硬化严重，切削加工性差。 [例7．4] 为什么说低碳钢与高碳钢的切削加工性都不如中碳钢?
涂层刀具及其用法
涂层刀具及其用法 涂层刀具是在强度和韧性较好的硬质合金或高速钢(HSS)基体表面上，利用气相沉积方法涂覆一薄层耐磨性好的难熔金属或非金属化合物(也可涂覆在陶瓷、金刚石和立方氮化硼等超硬材料刀片上)而获得的。涂 层作为一个化学屏障和热屏障，减少了刀具与工件间的扩散和化学反应，从而减少了月牙洼磨损。涂层刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、耐热耐氧化、摩擦因数小和热导率低等特性，切削时可比 未涂层刀具提高刀具寿命3~5倍以上，提高切削速度20%~70%，提高加工精度0.5~1级，降低刀具消耗费用20%~50%。因此，涂层刀具已成为现代切削刀具的标志，在刀具中的使用比例已超过50%。目前，切削 加工中使用的各种刀具，包括车刀、镗刀、钻头、铰刀、拉刀、丝锥、螺纹梳刀、滚压头、铣刀、成形刀具、齿轮滚刀和插齿刀等都可采用涂层工艺来提高它们的使用性能。 涂层刀具有四种：涂层高速钢刀具，涂层硬质合金刀具，以及在陶瓷和超硬材料(金刚石或立方氮化硼)刀片上的涂层刀具。但以前两种涂层刀具使用最多。在陶瓷和超硬材料刀片上的涂层是硬度较基体低的材料，目的是为了提高刀片表面的断裂韧度(可提高10%以上)，可减少刀片的崩刃及破损，扩大应用範围。 涂层方法 目前生产上常用的涂层方法有两种：物理气相沉积(PVD) 法和化学气相沉积(CVD) 法。前者沉积温度为500℃，涂层厚度为2~5μm；后者的沉积温度为900℃~1100℃，涂层厚度可达5~10μm，并且设备简单，涂层均匀。因PVD法未超过高速钢本身的回火温度，故高速钢刀具一般采用PVD法，硬质合金大多采用CVD法。硬质合金用CVD法涂层时，由于其沉积温度高，故涂层与基体之间容易形成一层脆性的脱碳层(η相)，导致刀片脆性破裂。近十几年来，随着涂覆技术的进步，硬质合金也可采用PVD法。国外还用PVD/CVD相结合的技术，开发了复合的涂层工艺，称为PCVD法(等离子体化学气相沉积法)。即利用等离子体来促进化学反应，可把涂覆温度降至600℃以下(目前涂覆温度已可降至180℃~200℃)，使硬质合金基体与涂层材料之间不会产生扩散、相变或交换反应，可保持刀片原有的韧性。据报道，这种方法对涂覆金刚石和立方氮化硼(CBN)超硬涂层特别有效。