高速干切削 涂層刀具耐高溫性優(yōu)勢明顯
現(xiàn)今昂游,切削液通常不再必要的重要原因是有了涂層莱找。它們通過抑制從切削區(qū)到刀片(刀具)的熱傳導(dǎo)來減緩溫度的沖擊湖雹。涂層的作用就象一層熱屏障赦颇,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)二鳄。
因此,這些刀具吸收的熱量較少媒怯,能承受較高的切削溫度订讼。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)扇苞,而不會降低刀具壽命欺殿。
涂層厚度在2到18m之間,它在刀具性能方面起著重要的作用鳖敷。較薄的涂層比厚的涂層在沖擊切削時脖苏,經(jīng)受溫度變化的性能要好,這是因為較薄的涂層應(yīng)力較小定踱,不易產(chǎn)生裂紋盼掘。在快速冷卻和加熱時,厚的涂層就象玻璃杯極快地加熱冷卻一樣耸颁,容易碎掉彰巫。用薄涂層刀片進行干式切削可以延長刀具壽命高達40%,這就是物理涂層常用來涂圓形刀具和銑刀片的原因舞绝。PVD涂層往往涂得比化學(xué)涂層要薄童丢,與輪廓結(jié)合得較牢固糠味。另外,PVD涂層可以在低得多的溫度下沉積在硬質(zhì)合金上择车,因此渊伐,它們更多地應(yīng)用于非常鋒利的刃口及大的正前角銑刀、車刀阀严。
雖然涂層材料氮化鈦多析,在所有涂層刀具中占有80%。然而在高速干式切削的情況下企舌,最好的PVD涂層是氮鋁鈦(TiAlN)执执,它的性能在高溫連續(xù)切削時筝野,優(yōu)于氮化鈦四倍晌姚,例如用于高速車削。TiAlN涂層對于處在較高的熱應(yīng)力條件下的刀具歇竟,也勝過其它涂層挥唠。象干式銑削及那些小直徑孔的深孔鉆削切削液難以到達的部位。
TiAlN在切削溫度下比TiN更硬焕议,且具有熱穩(wěn)定性宝磨,PVD涂層利用了它的抗化學(xué)磨損性能,它的硬度高達維氏3500度盅安,它的工作溫度高達1470°F(800℃)唤锉。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别瞭,在切屑/刀具界面上形成的窿祥。
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蝙寨,每一層僅有幾個納米厚晒衩。而一般的PVD涂層的沉積物只有幾層微米級厚度的涂層。
盡管PVD涂層有很多優(yōu)點墙歪,但是對于加工大多數(shù)黑色金屬囚缝,CVD涂層仍然是更受歡迎。在CVD加工過程中抄瀑,沉積溫度比較高有助于提高結(jié)合強度旧匈,并且允許基體中有較高的鈷含量,這樣刀刃的韌性好隆惊,提高抗塑性變形的能力闯智。由于CVD涂層比PVD涂層厚,就要求在它們的刃口處進行鈍化檬鞠,以防止涂層剝落伊肿,同時也能有助于提高刀具的抗磨損性能肆鸿。允許采用進給量可達0.035英寸/轉(zhuǎn)(0.9mm/r)。
CVD是在刀具上沉積一層有用的氧化鋁的過程炒耀,這是人們熟知的最耐熱和抗氧化的涂層瞳聊。氧化鋁是不良導(dǎo)體,它把刀具與切削變形而生成的熱量隔開名密,促使熱量流到切屑中藏估。這是一種極好的CVD涂層材料,主要用于在干切時使用的硬質(zhì)合金車刀失驶。它在高速切削時還能保護基體土居,是最好的抗磨料磨損和月牙洼磨損的涂層。
涂層刀片有較長的刀具壽命嬉探,它在干式銑削比濕式銑削更穩(wěn)定擦耀。更高切削速度會使切削溫度進一步升高。例如涩堤,在14000轉(zhuǎn)/分和1575英寸/分(40m/min)的切削速度下干式切削加工鑄鐵眷蜓,能把刀具前面的切削區(qū)加熱到600°~700℃。其金屬切除率就類似于銑削鋁胎围,這時在鑄鐵上產(chǎn)生的溫度就高于常規(guī)刀具吁系。
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