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

引言

对于机械行业来说，世界上目前发展的重要项目有:高速精密切削加工，少、无冷却润滑液的切削或干切削，高硬状态下切削加工。所有这些，以及现代新材料的出现，都对切削工具的技术要求越来越高。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。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。

采用而涂层刀具是解决上述问题的最佳方案之一，涂层刀具对改善的刀具性能起着非常重要的作用。经涂层的刀具大大提高了加工效率、加工精度、延长了刀具寿命、降低了加工成本，由此可以说，现代制造业的发展推动了刀具业的发展。

1.涂层刀具的概述

1.1涂层刀具的定义

涂层刀具是在强度和韧性较好的硬质合金或高速钢基体表面上，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，涂层刀具的构成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。

1.2涂层刀具的性能[4]

给刀具表面涂覆具有高硬度、高耐磨性、耐高温材料的薄层，涂层通过延缓各种磨损过程(前刀面磨损、月牙洼磨损、缺口磨损、粘结磨损等)，超硬涂层延长了硬质合金刀具的使用寿命，提高了被加工零件的表面质量，通过高速、高进给加工显著提高了切削生产率。随着涂层技术的发展，越来越多的企业选择涂层刀具，使得涂层刀具成为了现代切削刀具的标志，在刀具的使用比例中已超过50%，下面就让我们分析一下涂层刀具的主要性能。

1.2.1刀具使用寿命延长

在相同的切削条件下，涂层刀具的使用寿命比未涂层刀具提高 3～5倍。在相同的切削条件下，相同刀具寿命时，涂层刀具的切削速度比未涂层刀具提高20％～30％。例如：涂TiCN高速钢钻头在高强度钢上钻孔，与未涂层钻头相比，涂层钻头的使用寿命提高 7-9倍。

1.2.2刀具的切削抗力减少

在相同的切削条件下，涂层刀具的切削力小于未涂层者。如：涂覆TiC硬质合金刀具车削钢材与未涂层刀具对比，主切削力Fc可减小3％～4％，涂覆TiN或 TiCN复合涂层刀具的主切削力Fc约可减小6％，进给力F f与切深力 Fp的减小尤为显著。

1.2.3加工范围广，表面质量高

许多涂层刀具在加工中具有自润滑性和刀具前刀面的抗粘结性。如TiCN涂层刀具在加工中具有表面自润滑性，高速切削时表面质量较好。而CrN涂层刀具具有良好的抗粘结性，不易产生积屑瘤加工性能大大改善。金刚石涂层刀具，则可加工非铁金属材料，如石墨、金属基复合材料、高硅铝合金及其它高磨蚀材料等，均能获得较好表面质量。

1.3涂层刀具的优势

1.3.1高耐磨性和红硬性

由于表面涂层材料具有很高的硬度和耐磨性，且耐高温。一般未涂层高速钢的硬度仅为62—68HRC，而涂层TiN单层材料后的表面硬度可达2300HV，红硬性更是达到500。与未涂层的刀具相比，涂层刀具适合于较高的切削速度，从而提高了加工效率，或能在相同的切削速度下，提高刀具寿命。[3]

1.3.2摩擦系数低

由于涂层材料与被加工材料之间的摩擦系数较小，例如TiN单层涂层摩擦系数为0.04，TiAlN摩擦系数为0.05等等，故涂层刀具的切削力小于未涂层刀具，加工的表面质量较高。

1.3.3涂层刀具具有良好的环保性

从环境保护的角度来看，迫切需要干加工技术的快速发展。涂层刀具由于具有良好的红硬性。抗氧化性及比刀具基体和工件材料低得多的热传导系数，成为干切削加工中最好的涂层刀具。

1.3.4涂层刀具具有良好的通用性