高速干式切削最好的涂層是氮鋁鈦
現(xiàn)今掖棉,切削液通常不再必要的重要原因是有了涂層斜回。它們通過抑制從切削區(qū)到刀片 (刀具) 的熱傳導(dǎo)來減緩溫度的沖擊侧焚。涂層的作用就象一層熱屏障途陵,因為它有比刀具基體和工件材料低得多的熱傳導(dǎo)系數(shù)妥坦。因此,這些刀具吸收的熱量較少脚们,能承受較高的切削溫度房贮。無論是車削還是銑削,涂層刀具都允許采用更高效的切削參數(shù)鳖路,而不會降低刀具壽命殊蜓。
涂層厚度在2到18微米之間盏萝,它在刀具性能方面起著重要的作用寂贱。較薄的涂層比厚的涂層在沖擊切削時,經(jīng)受溫度變化的性能要好澡呼,這是因為較薄的涂層應(yīng)力較小滋饲,不易產(chǎn)生裂紋。在快速冷卻和加熱時喊巍,厚的涂層就象玻璃杯極快地加熱冷卻一樣屠缭,容易碎掉。用薄涂層刀片進(jìn)行干式切削可以延長刀具壽命高達(dá)40%玄糟,這就是物理涂層常用來涂圓形刀具和銑刀片的原因勿她。PVD涂層往往涂得比化學(xué)涂層要薄,與輪廓結(jié)合得較牢固阵翎。另外逢并,PVD涂層可以在低得多的溫度下沉積在硬質(zhì)合金上,因此郭卫,它們更多地應(yīng)用于非常鋒利的刃口及大的正前角銑刀砍聊、車刀背稼。
雖然涂層材料氮化鈦,在所有涂層刀具中占有80%玻蝌。然而在高速干式切削的情況下蟹肘,最好的PVD涂層是氮鋁鈦(TiAlN),它的性能在高溫連續(xù)切削時摇致,優(yōu)于氮化鈦四倍谅儡,例如用于高速車削。TiAlN涂層對于處在較高的熱應(yīng)力條件下的刀具肯仍,也勝過其它涂層妈扁。象干式銑削及那些小直徑孔的深孔鉆削切削液難以到達(dá)的部位。
TiAlN在切削溫度下比TiN更硬景捅,且具有熱穩(wěn)定性粘胧,PVD涂層利用了它的抗化學(xué)磨損性能,它的硬度高達(dá)維氏3500度赚懊,它的工作溫度高達(dá)1470°F诅潮。材料科學(xué)家推測:這些性質(zhì)可歸功于非結(jié)晶的氧化鋁薄膜,它是當(dāng)高溫時涂層表面中的一些鋁氧化后你朝,在切屑/刀具界面上形成的胜全。
這項研究特意選用超薄多層PVD涂層,這種沉積過程產(chǎn)生的涂層由上百層組成掐边,每一層僅有幾個納米厚刁祸。而一般的PVD涂層的沉積物只有幾層微米級厚度的涂層熄阻。
盡管PVD涂層有很多優(yōu)點斋竞,但是對于加工大多數(shù)黑色金屬,CVD涂層仍然是更受歡迎秃殉。在CVD加工過程中坝初,沉積溫度比較高有助于提高結(jié)合強度,并且允許基體中有較高的鈷含量钾军,這樣刀刃的韌性好鳄袍,提高抗塑性變形的能力。由于CVD涂層比PVD涂層厚吏恭,就要求在它們的刃口處進(jìn)行鈍化拗小,以防止涂層剝落,同時也能有助于提高刀具的抗磨損性能樱哼。允許采用進(jìn)給量可達(dá)0.035英寸/轉(zhuǎn)哀九。
CVD是在刀具上沉積一層有用的氧化鋁的過程,這是人們熟知的最耐熱和抗氧化的涂層搅幅。氧化鋁是不良導(dǎo)體阅束,它把刀具與切削變形而生成的熱量隔開呼胚,促使熱量流到切屑中。這是一種極好的CVD涂層材料伴严,主要用于在干切時使用的硬質(zhì)合金車刀膳庵。它在高速切削時還能保護(hù)基體,是最好的抗磨料磨損和月牙洼磨損的涂層贡垃。
涂層刀片有較長的刀具壽命描休,它在干式銑削比濕式銑削更穩(wěn)定。更高切削速度會使切削溫度進(jìn)一步升高令久。例如侄突,在14000轉(zhuǎn)/分和1575英寸/分的切削速度下干式切削加工鑄鐵,能把刀具前面的切削區(qū)加熱到600°~700℃体笨。其金屬切除率就類似于銑削鋁涎狐,這時在鑄鐵上產(chǎn)生的溫度就高于常規(guī)刀具。
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