瑞典山特維克公司的新型GC1030硬質(zhì)合金牌號是全球率先開發(fā)的TiAlN超多層涂層硬質(zhì)合金刀具材料实愚，它在模具材料的加工中，發(fā)揮出了提高加工效率兔辅、延長刀具壽命的卓越性能腊敲。

　　（1）模具材料變化帶來的問題

　　近年來维苔，隨著模具材料的性能不斷提高碰辅，模具的壽命不斷延長，但同時模具材料的可加工性（切削和磨削）也越來越差蕉鸳。近年來乎赴，模具的加工方法發(fā)生了很大變化，正從機械加工→淬火→精加工的傳統(tǒng)加工方式向直接切削加工淬硬材料的方式轉變潮尝，從而減少了加工工序，降低了加工成本饿序。對于SKD61等淬硬材料勉失，直接切削加工不會出現(xiàn)太大問題羹蚣；但對于近年來新開發(fā)的跨世紀的新型模具材料，則既無法提高切削條件乱凿，也難以保證刀具壽命忘当。這是一個不能忽視的大問題。

　〉哿А（2）可切削性惡化的原因

　　當前圈蛹，對應于各種不同的使用目的，對模具材料的性能進行了最優(yōu)化茎陪，其共同追求的性能特點是高硬度奇茫、高韌性、高耐蝕性烫王、已加工表面光潔美觀上绅、質(zhì)量優(yōu)良等。為了滿足這些特性要求靠鸦，需要采取添加各種合金元素岛宵、控制材料結晶組織、清除雜質(zhì)等措施苔巍。但是滚吱，從切削刀具的角度來看待這些性能改進，就會發(fā)現(xiàn)它給刀具帶來了比切削抗力上升避归、因粘結導致刀尖損壞的危險性增大荣月、易切削成分減少等難題。為了解決這些問題槐脏，就必須開發(fā)耐熱性喉童、抗粘結性等切削性能優(yōu)異的刀具材料。

　《偬臁（3）開發(fā)新型刀具材料的必要性

　　為了解決上述問題堂氯，山特維克公司開發(fā)了銑削模具用涂層硬質(zhì)合金材料。在銑削一般硬度材料時牌废，可采用具有較高的耐熱性咽白、耐磨性、化學穩(wěn)定性的涂層硬質(zhì)合金刀具鸟缕。而在銑削SKD61淬硬鋼時晶框，使用以K類（GC3040）硬質(zhì)合金作為基體、涂有M2O3涂層的刀具是最好的選擇懂从。但是授段，這些刀具對于跨世紀的新型模具材料并不適用。用CVD法涂覆的涂層硬質(zhì)合金刀具不能保持鋒利的切削刃，在涂層內(nèi)部殘留有拉應力悄函，在銑削粘而硬的模具材料時牲羊，在切削刃的涂層上容易產(chǎn)生微崩刃，并會逐步擴展為較大崩刃山顶。

　　用2種PVD涂層刀具材料和3種CVD涂層刀具材料做了銑削DAC55（硬度HRC47）模具材料的刀具壽命對比試驗蛮血。3種CVD涂層材料是在不同基體材料表面涂覆不同厚度的TiN-Al2O3-TiCN三元涂層材料；2種PVD涂層材料是在不同基體材料上涂覆含Al比例不同的TiAlN涂層好员。觀察切屑厚度與刀具壽命的關系芽刨，可以看出，PVD-TiAlN涂層材料排在第1和第2位略尘，尤其是含Al量多的PVD-TiAlN涂層材料的切削壽命優(yōu)于其他四種材料瘩浆。TiAlN涂層之所以能獲得高耐熱性，是由于在涂覆過程中感戴，Al與空氣中的氧反應生成氧化鋁的結果熏迷。但是，由于PVD涂層與基體的結合強度有一定限度都癣，因此對于粘性材料的加工就不大適應谐歪。在切削DAC55工件材料（HRC47）的加工實例中（試驗刀具：R210-063Q22-14M；切削速度：Vc=50m/min瓶逃；刀齒數(shù)：z=1束铭；軸向切削余量：ap=1mm；徑向切削余量：ae=1mm厢绝；順銑契沫；干切削；刀具壽命判斷標準：VB=0.2mm）昔汉，最長的刀具壽命也只有25分鐘懈万。因此，需要開發(fā)高性能的新型涂層材料靶病。

　』嵬ā（4）超多層涂層的開發(fā)

　　山特維克公司幾年前就開始關注超多涂層的作用，推進車削刀片娄周、整體硬質(zhì)合金立銑刀用超多涂層的研究開發(fā)及商品化涕侈，為提高生產(chǎn)效率和刀具壽命做出了重大貢獻。所謂超多涂層煤辨，是將數(shù)微米厚的PVD或CVD涂層交替組合重疊涂覆的涂層構造裳涛，其優(yōu)點是涂層內(nèi)部產(chǎn)生的微裂紋將在中途停止擴展，從而降低涂層脫落的可能性侥锨。而對于單層涂層來說念焙，當涂層裂紋擴展到基體表面時扑跌，此處就成為涂層剝離的起點。因此可以說剑碌，不容易發(fā)生此類情況的涂層就是優(yōu)質(zhì)涂層嘀醋。

　　GC1030涂層牌號在4μm厚的PVD涂層內(nèi)為多達數(shù)千層的超多層涂層構造张域，構成涂層的元素有鈦（Ti）孟溯、鋁（Al）和氮（N）。從涂層的整體結構來看蚪录，是一種超多層的TiAlN涂層呜款；從微觀結構上看，是通過改變各層Ti和Al的配比并交替重疊組合而成的超多層TiAlN涂層粤街，其結果是形成了具有高耐熱性的含Al成分高的涂層和高韌性涂層交替重疊的涂層構造剩症。從整體上構成了前所未有的高耐熱性和抗剝離性兼?zhèn)涞腡iAlN涂層材料。

　≈把铡（5）性能對比

　　用山特維克公司原有的TiAlN涂層刀片與GC1030超多層TiAlN涂層刀片進行了切削DAC3工件材料（HRC41）的性能對比試驗（切削速度：Vc=90m/min胞饭；每齒進給量：fz=0.15mm/齒；刀齒數(shù)：z=1吨艇；軸向切削余量：ap=2mm躬它；徑向切削余量：ae=20mm；順銑东涡；干切削）冯吓。原有TiAlN涂層中含Al成分較多，是一種具有高耐熱性的刀片疮跑。比較兩種刀片試驗后的切削刃可知组贺，GC1030牌號TiAlN涂層刀片不僅加工時間長，且切削刃磨損很小祖娘，是一種性能優(yōu)異的超多層構造的TiAlN涂層材料失尖。

　　GC1030涂層與其他公司含Al成分多的TiAlN涂層的切削對比試驗（試件材料仍為DAC3，切削速度：Vc=90m/min渐苏；每齒進給量：fz=0.13mm/齒掀潮；刀齒數(shù)：z=1；軸向切削余量：ap=3mm整以；徑向切削余量：ae=3mm胧辽；順銑；干切削）結果表明勒蜘，其他公司的TiAlN刀具加工20分鐘后局部磨損很大悄锈，這是由于涂層（或涂層與基體的一部分）和積屑瘤剝離造成的。與此相反炊惊，GC1030超多層TiAlN涂層刀具加工時間超過50分鐘時仍未發(fā)現(xiàn)大的崩刃菌渐。由此可見随去，GC1030涂層可放心應用于如淬過火的DAC3那樣粘而硬的材料加工。此外暖娃，GC1030涂層材料在各種鈦合金加工中也優(yōu)于原有TiAlN涂層材料扔泵，可獲得很好的效果。雖然其因果關系的科學機理尚不清楚力浅，但可以確定闭厕，超多層構造涂層對切削性能具有良好的正面影響，不僅適用于粘而硬的模具材料加工叭痰，對于飛機構件多吁、醫(yī)療產(chǎn)品等的加工也是一種不錯的刀具材料。

　　山特維克公司將把GC1030超多層TiAlN涂層材料用于PVD涂層硬質(zhì)合金銑削刀具斥滤。2006年春季應用于所有的可樂滿銑刀将鸵，到秋季應用于可樂滿245端面銑刀的新型切削刃刀片、可樂滿210大進給銑刀的正前角斷屑槽刀片和可樂滿300低切削抗力圓刀片機夾銑刀的磨削級正前角刀片等佑颇，使GC1030型超多層TiAlN涂層材料逐步擴大應用范圍顶掉，并占據(jù)主導地位。

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