表面涂層技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用對(duì)刀具性能的改善和切削加工技術(shù)的進(jìn)步起到了十分關(guān)鍵的作用首捶，涂層刀具已成為現(xiàn)代刀具的重要標(biāo)志祝拯。

　　常用的刀具涂層材料主要有TiC您没、TiN厂僧、Al2O3扣草、TiCN、TiAlN颜屠、CBN等辰妙。TiAlN作為一種新型涂層材料，具有硬度高甫窟、氧化溫度高密浑、熱硬性好、附著力強(qiáng)粗井、摩擦系數(shù)小秤暮、導(dǎo)熱率低等優(yōu)良特性，尤其用于高速切削時(shí)性能優(yōu)異趁吭。在日本和我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)歧织，TiAlN涂層刀具的應(yīng)用已相當(dāng)廣泛。本文介紹的新型TiAlN涂層銑刀采用超細(xì)顆粒(直徑約1μm)碳化鎢—鈷硬質(zhì)合金基體咖杉，表面采用特殊的低溫物理氣相沉積(PVD)法涂覆高硬度的TiAlN單層涂層(厚度約6μm)地混。TiAlN涂層表面生成高強(qiáng)度的氧化物(剛玉)，涂層中的Ti含量控制在37%左右句担，Al含量控制在10%～13%之間庆牵，以保證刃口的鋒利性。

　　2.高速銑削技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用

　　近年來(lái)青蝗，高速切削技術(shù)發(fā)展迅猛遏填，如銑削機(jī)床轉(zhuǎn)速已高達(dá)30000～50000r/min。高速銑削在模具制造等精密世蕴、超精密加工中具有良好的應(yīng)用前景氛赞。由于有些模具的過(guò)渡棱邊尖銳薄弱，轉(zhuǎn)角處易發(fā)生塌角現(xiàn)象摘肤，采用普通銑削難以保證模具廓形交界處的加工精度椿疗，而采用高速銑削可切削出形狀銳利的輪廓尖角，可實(shí)現(xiàn)精密模具的高精度、高效率加工届榄。

　　近年來(lái)浅乔，國(guó)外模具制造商開(kāi)發(fā)了多項(xiàng)模具高速加工先進(jìn)技術(shù)，如：①形狀預(yù)識(shí)別控制技術(shù)：該技術(shù)可在高速加工模具自由曲面時(shí)實(shí)現(xiàn)高精度加工控制功能铝条，以避免尖角部位因切削沖擊靖苇、機(jī)械滯后等引起路徑誤差。②SF技術(shù)：用球形銑刀加工模具自由曲面時(shí)班缰，因工件和刀具的切削點(diǎn)在不斷變化贤壁，使實(shí)際切削點(diǎn)的切削速度不斷發(fā)生變化，影響表面加工質(zhì)量埠忘。采用SF技術(shù)可從NC數(shù)據(jù)中預(yù)先讀出時(shí)刻變化的切削點(diǎn)信息脾拆，通過(guò)控制主軸回轉(zhuǎn)速度使切削點(diǎn)切削速度保持一定；同時(shí)控制每轉(zhuǎn)相當(dāng)進(jìn)給量莹妒，使進(jìn)給速度保持穩(wěn)定名船。③區(qū)域加工技術(shù)：在模具加工面上預(yù)先設(shè)定一定區(qū)域，應(yīng)用區(qū)域加工技術(shù)可在不改變?cè)?/p>

　　加工程序的情況下追祈，對(duì)設(shè)定區(qū)域內(nèi)或區(qū)域外實(shí)現(xiàn)可改變切深及其它切削條件的加工返乏。④直角鄰邊圓弧內(nèi)角銑削技術(shù)：采用三面銑刀柄嵌三角刀片進(jìn)行加工，可將圓弧內(nèi)角直接銑削成直角俐番，加工效率比電火花線切割可提高約20倍香诽。⑤利用特殊數(shù)控代碼G260指令，可實(shí)現(xiàn)在平面上加工斜孔撇熬。加工時(shí)庐丁，銑刀桿利用萬(wàn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)要求的角度，可免除常規(guī)加工時(shí)需重新裝夾工件及使用專用夾具的麻煩婆仪。⑥控制系統(tǒng)采用NURBS(Non-uniformRationalBSpline)補(bǔ)償舵邦，從而解決了控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸存在等待現(xiàn)象，在微小進(jìn)給(1μm)加工時(shí)機(jī)床不能移動(dòng)等問(wèn)題筑落。

　　采用高速銑削技術(shù)對(duì)模具進(jìn)行直接成型加工，可減少電加工及相關(guān)工序流程穷抹，顯著提高加工效率摸悲，加工時(shí)間可縮短1/3～1/4。為實(shí)現(xiàn)模具的高速銑削加工获印，開(kāi)發(fā)及應(yīng)用先進(jìn)的高速銑削刀具尤為重要述雾，TiAlN涂層銑刀就是目前高速銑削淬硬模具鋼最常用的理想刀具。

　　3.TiAlN涂層銑刀高速銑削模具鋼的磨損與破損性能

　　用VC-MD型號(hào)六齒TiAlN涂層硬銑刀(φ10mm)高速銑削AlSiH13/JISSKD61淬硬模具鋼(52HRC)時(shí)(銑削速度：628m/min兼丰；銑削長(zhǎng)度：50m玻孟；銑削深度：軸向切深10mm，徑向切深0.5mm)，采用不同冷卻方式對(duì)刀具磨損形貌的影響結(jié)果表明黍翎，采用風(fēng)冷切削時(shí)刀具磨損最忻婊铡；采用干式切削時(shí)刀具磨損次之匣掸；采用乳化液冷卻切削時(shí)刀具磨損最大趟紊。由于銑刀刃呈間歇切削狀態(tài)，如切削時(shí)將冷卻液直接噴淋在刀具上碰酝，刀刃時(shí)冷時(shí)熱的溫度變化容易引起熱裂紋霎匈，導(dǎo)致切削刃破裂及刀片破損。因此送爸，高速銑削模具鋼時(shí)不應(yīng)使用冷卻液铛嘱，否則會(huì)縮短刀具壽命。

　　刀具的主要失效機(jī)理包括月牙洼磨損窗蠕、熱變形波烘、破裂等。切削熱和機(jī)械振動(dòng)是刀具失效的重要影響因素纽宇。月牙洼磨損通常發(fā)生在刀片前刀面上菲组，當(dāng)高速加工鋼件及其它硬質(zhì)材料時(shí)，切屑在高溫作用下熔附在刀具表面魁嚼，并使刀具材料顆粒發(fā)生剝離庭匆，形成月牙洼磨損。過(guò)度的月牙洼磨損會(huì)削弱切削刃強(qiáng)度舌肝，阻礙切屑流動(dòng)渗骆，增大刀具承受的溫度與壓力，最終導(dǎo)致刀具破損页更。對(duì)刀具進(jìn)行涂層可在刀具與工件之間增加一層惰性硬介質(zhì)硝逐，顯著減小月牙洼磨損。通過(guò)合理應(yīng)用涂層技術(shù)锹嫌，可使刀片既具有高硬度又具有高韌性足蹋。涂層時(shí)可根據(jù)需要調(diào)節(jié)基體和涂層的元素分布，使切削刃區(qū)域具有較高含鈷量惯悠，從而將含鈷基體的耐沖擊性與涂層的耐磨性結(jié)合起來(lái)邻邮，使切削刃具有良好韌性而刀具其余部分保持較高硬度。

　　用VC-MD型號(hào)TiAlN涂層銑刀高速銑削AlSiH13模具鋼(50HRC)時(shí)(進(jìn)給速度：0.10mm/齒克婶；軸向切深10mm筒严，徑向切深0.5mm)，銑削狀態(tài)與刀具破損的關(guān)系表明：當(dāng)切削速度V=157m/min時(shí)情萤，采用干式切削和風(fēng)冷切削時(shí)的切削長(zhǎng)度均可達(dá)到300m鸭蛙；采用乳化液冷卻切削時(shí)在200m處刀刃出現(xiàn)崩裂摹恨。當(dāng)切削速度V=314m/min時(shí)，采用干式切削時(shí)在150m處刀具出現(xiàn)破碎娶视；采用風(fēng)冷切削時(shí)在300m處仍可正常銑削晒哄；采用乳化液冷卻切削時(shí)在50m處刀具出現(xiàn)崩裂。當(dāng)切削速度V=471m/min時(shí)歇万，采用干式切削時(shí)在200m處刀具出現(xiàn)較大磨損揩晴；采用風(fēng)冷切削時(shí)在300m處刀具出現(xiàn)較大磨損；采用乳化液冷卻切削時(shí)在50m處刀具出現(xiàn)崩裂贪磺。當(dāng)切削速度V=628m/min時(shí)擂奇，采用干式切削時(shí)在100m處刀具出現(xiàn)較大磨損，在120m處刀具破碎折斷易颊；采用風(fēng)冷切削時(shí)拱削，在150m處刀具折斷破碎；采用乳化液冷卻切削時(shí)刀具很快磨損折斷除搞。

　　風(fēng)冷切削一般可采用液氮致冷和壓縮空氣致冷兩種方式扎输，并可對(duì)切削區(qū)輔以油霧潤(rùn)滑，以提高加工表面光潔度治东。風(fēng)冷切削可獲得較好加工效果准击，但加工成本較高。干式切削省去了冷卻缔禾、潤(rùn)滑裝置胸立，可降低加工成本，減少環(huán)境污染像样。

　　為實(shí)現(xiàn)干式切削绷觉，刀具涂層必須具有兩個(gè)重要功能：①可在刀具與工件之間起到熱壁壘的作用，以減小作用于刀具基體的熱應(yīng)力莫辨；②可起到固體潤(rùn)滑劑的作用傲茄，以減小切削摩擦及切屑對(duì)刀具的粘附。TiAlN涂層就是一種可較好滿足上述要求的高性能涂層沮榜。

　　許多新型硬質(zhì)合金刀具牌號(hào)（尤其是帶涂層牌號(hào)）在高速切削時(shí)采用干切削方式可獲得更高切削效率盘榨。事實(shí)上，對(duì)于間斷切削蟆融，切削區(qū)溫度越高较曼，越不適合使用切削液。銑削時(shí)加切削液可使刀具承受劇烈的溫度變化（銑刀片自工件切出時(shí)被冷卻振愿，切入工件時(shí)溫度再次上升）。雖然干切削時(shí)也存在類似的加熱-冷卻循環(huán)弛饭，但溫度變化幅度比加切削液時(shí)緩和得多冕末。溫度的劇烈變化可導(dǎo)致刀片中產(chǎn)生應(yīng)力，從而引起裂紋。

 　　涂層厚度（一般為2~18μm）對(duì)于刀具性能具有重要影響档桃。對(duì)于沖擊力較大枪孩、刀具快速冷卻和加熱的間斷切削，薄涂層承受溫度變化的性能優(yōu)于厚涂層藻肄，其應(yīng)力較小硝迁，不易產(chǎn)生裂紋，因此薄涂層刀片干式切削時(shí)的壽命可延長(zhǎng)40%.一般來(lái)說(shuō)朝棉，PVD工藝可獲得比CVD工藝更薄的涂層锁龙，且與基體結(jié)合較為牢固，因此圓形刀具和銑刀片等常采用PVD涂層沧牧。此外腺拗，由于PVD涂層的沉積溫度較低，因此較多應(yīng)用于刃口鋒利的刀具及大正前角銑刀费赋、車刀等困碰。

　　TiAlN涂層是目前適用于高速干式切削的性能最佳的PVD涂層，其高溫連續(xù)切削性能指標(biāo)比氮化鈦（TiN）涂層高4倍尽瑰，這主要得益于高溫切削時(shí)涂層表面的鋁氧化后在切屑/刀具界面上形成的非結(jié)晶氧化鋁薄膜西龟。

　　分別用VC-MD型號(hào)TiAlN涂層銑刀、TiN涂層銑刀和未涂層銑刀高速銑削AlSiH13/JISSKD61模具鋼（52HRC）（進(jìn)給速度：0.10mm/齒奠拢；軸向切深10mm,徑向切深0.5mm;順銑镣学，風(fēng)冷），加工長(zhǎng)度達(dá)50m后刀具周邊后刀面的磨損情況表明：當(dāng)切削速度V=100m/min時(shí)揖膜，加工時(shí)間為60min,TiAlN涂層銑刀的磨損量?jī)H為其它刀具的1/2~1/3.當(dāng)V=600m/min時(shí)誓沸，TiAlN涂層銑刀加工同樣長(zhǎng)度僅需時(shí)10min,磨損量增大2倍；TiN涂層銑刀和未涂層銑刀在V=200m/min時(shí)磨損量已較大壹粟，V繼續(xù)增大時(shí)則出現(xiàn)劇烈磨損拜隧。分析磨損曲線的變化趨勢(shì)可知，TiAlN涂層銑刀的磨損曲線斜率較小趁仙，走勢(shì)較平坦洪添；其它兩種刀具的磨損曲線斜率則較大。表明隨著切削速度的增加雀费，TiAlN涂層的磨損量變化很小干奢，非常適合高速切削。

　　4.TiAlN涂層銑刀高速銑削鈦合金的切削性能

　　用VC-2MS型號(hào)TiAlN涂層銑刀（φ10mm）銑削鈦合金材料（Ti-6Al-4V）時(shí)（銑削深度：徑向切深0.2mm,軸向切深10mm,側(cè)面銑削盏袄；冷卻壓力：4.4M）忿峻，銑削速度與刀具后刀面磨損的關(guān)系表明：鈦合金屬于難加工材料，當(dāng)TiAlN涂層銑刀低速銑削時(shí)辕羽，刀具磨損量很小逛尚，磨損曲線較平坦垄惧。隨著切削速度不斷增大，刀具磨損量緩慢增加街赊。但當(dāng)切削速度超過(guò)10000r/min后搜计，刀具磨損量快速增加。斷續(xù)切削鈦合金材料產(chǎn)生的高溫會(huì)使刀片的切削刃與其它部分之間產(chǎn)生較大溫差娘介，導(dǎo)致切削刃產(chǎn)生裂紋杉藐，裂紋的擴(kuò)展將導(dǎo)致切削刃破裂及刀片破損。

　　用六刃TiAlN涂層銑刀（φ10mm）銑削Ti-6Al4V,當(dāng)改變銑削速度與銑削深度時(shí)（進(jìn)給速度：0.10mm/齒用载；軸向切深10mm,側(cè)面銑削）攒置，銑刀轉(zhuǎn)速與徑向切深的關(guān)系曲線表明：銑削鈦合金材料時(shí)，切削速度越高灾纱，可保證正常銑削的徑向切深量就越小爵倚。如在臨界轉(zhuǎn)速（10000r/min）時(shí)，徑向切深量取0.1mm可保證正常銑削时损，如徑向切深量取0.2mm則刀具磨損量較大也您，當(dāng)轉(zhuǎn)速進(jìn)一步增加時(shí)磨損將迅速增大。選取5000r/min的轉(zhuǎn)速較為安全脾膨，可在0.4~0.6mm的徑向切深量范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)正常加工愕炸，排屑量為15cc/min.排屑量通常隨徑向切深量的減小而減少，切屑排出量越大幔嫂，所需加工功率也越大辆它。根據(jù)切削試驗(yàn)結(jié)果，銑削鈦合金時(shí)履恩，選取轉(zhuǎn)速5000r/min锰茉、徑向切深量0.4~0.6mm較為合理，此時(shí)銑刀磨損小切心、壽命長(zhǎng)飒筑，銑削功率大，加工效率高绽昏。

　　5.兩種高效銑削方法

　⌒拧（1）圓弧銑槽

　　銑削鍵槽時(shí)，選用銑刀直徑應(yīng)小于鍵槽寬度全谤，否則銑削阻力較大肤晓，影響銑刀壽命。如選用φ10銑刀加工槽寬10mm的鍵槽认然，每次切深為1mm,需來(lái)回銑削10次才能完成加工补憾。為提高加工效率，可采用圓弧銑槽方法反俱。采用φ6銑刀沿一定弧度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)銑削猎递，可高效完成切深10mm的加工库忽。圓弧銑槽的尺寸計(jì)算公式為：

　　θ=arccos[1-2Rd（t-Rd）/φ（t-φ）]

　　式中：θ為最大銑削角度，Rd為徑向切深乡试，t為被加工槽寬，φ為銑刀直徑猾蔫。

　　采用VC-MD型號(hào)TiAlN涂層端銑刀（φ12mm）對(duì)AlSiH13/JISSKD61模具鋼材料（52HRC）進(jìn)行圓弧銑槽加工（槽深10mm）（銑削速度：313m/min（8300r/min）吻蟹；進(jìn)給速度：5000mm/mi（0.10mm/齒）；風(fēng)冷）瀑乡。

　　徑向切深Rd對(duì)圓弧銑槽時(shí)的刀具磨損影響較大果邢，Rd越大，刀刃磨損就越明顯橙挽。圓弧銑槽的優(yōu)勢(shì)在于大的軸向切深辙恨、減小銑削力、減輕機(jī)械振動(dòng)冶驴、提高銑刀耐用度赡模。

　　（2）螺旋銑孔

　　用TiAlN涂層球頭銑刀以螺旋銑削方式加工孔可獲得較高的加工效率和較長(zhǎng)的刀具使用壽命师抄。用VC-2MBR3型TiAlN涂層球形銑刀對(duì)AlSiH13/JISSKD61模具鋼材料（52HRC）工件進(jìn)行螺旋銑孔加工（孔深：9mm;X漓柑、Y向進(jìn)給速度：1500mm/min;銑削速度：283m/min,相當(dāng)于15000r/min）時(shí)，被加工孔徑與螺旋式銑削的軸向進(jìn)給率（螺旋前進(jìn)一周的軸向移動(dòng)量）Fa取值的關(guān)系表明：Fa取值較小時(shí)可加工較大的孔徑叨吮。當(dāng)被加工孔徑為φ9mm時(shí)辆布，F(xiàn)a最大可取值0.6mm,如超過(guò)該值則銑刀磨損將加劇。以軸向進(jìn)給率Fa=0.3mm加工φ7mm孔徑時(shí)的銑孔數(shù)量與銑刀磨損量的關(guān)系表明：銑100個(gè)孔的后刀面磨損量約為0.03mm,銑500個(gè)孔的后刀面磨損量約為0.05mm,可見(jiàn)隨銑孔數(shù)量的增加茶鉴，TiAlN涂層銑刀的磨損量變化不大锋玲，其耐用度較高。

　　 6.結(jié)語(yǔ)

　　TiAlN涂層具有優(yōu)于TiC涵叮、TiN惭蹂、TiCN等涂層的機(jī)械物理性能，并可與其它涂層配合組成多元多層復(fù)合涂層围肥。切削試驗(yàn)及加工實(shí)踐表明剿干，TiAlN涂層刀具化學(xué)穩(wěn)定性好，抗氧化磨損能力強(qiáng)穆刻，高速加工高合金鋼置尔、不銹鋼、鈦合金籍勘、鎳合金等難加工材料時(shí)城搀，其工作壽命可比TiN涂層刀具提高3~4倍。TiAlN涂層中具有較高Al濃度挤胃，切削加工時(shí)涂層表面會(huì)生成一層極薄的非晶態(tài)Al2O3,從而形成硬質(zhì)惰性保護(hù)膜诞茶，非常適合應(yīng)用于高速切削加工纠徘。TiAlN涂層刀具的普及應(yīng)用將大大提高刀具耐用度，減少加工輔助時(shí)間哆幸，降低切削加工成本暴雕，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開(kāi)資料來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)凫体，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享豫鞭，并不代表本站贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)，也不構(gòu)成任何其他建議卿俺。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布鬓预、編輯整理上傳，對(duì)此類作品本站僅提供交流平臺(tái)颜说，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)购岗。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻、圖片门粪、文字如涉及作品版權(quán)問(wèn)題喊积，請(qǐng)第一時(shí)間告知，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容庄拇，以保證您的權(quán)益注服！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。