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刀具涂层技术

刀具涂层技术，为你的运用技术加冕

切削刀具表面涂层技术是近几十年应市场需求展开起来的材料表面改性技术。选用涂层技术可有用前进切削刀具运用寿数，使刀具获得尤秀的归纳机械功用，然后大幅度前进机械加工功率。

涂层的效果

1、前进硬质合金的耐磨性功用；

2、前进抗痒化功用；

3、减小抵触；

4、前进抗金属疲劳功用；

5、添加抗热冲击性。

涂层的特色

1、力学和切削功用好。

涂层刀具将基体材料和涂层材料的尤秀功用结合起来，既坚持了基体出色的耐性和较高的强度，又具有涂层的高硬度、高耐磨性和低抵触系数。因而，涂层刀具的切削速度与未涂层的比较，切削速度可前进2~5倍，运用涂层刀具可以获得明显的经济效益。

2、通用性强。

涂层刀具通用性广，加工规模明显扩展，一种涂层刀具可以代替数种非涂层刀具运用，因而可以大大减少刀具的种类和库存量，简化刀具处理，下降刀具和设备本钱。

涂层的分类

依据涂层方法不同，涂层刀具可分为化学气相堆积,涂层刀具、物***相堆积,涂层刀具及混合工艺及组合技术。CVD涂层原理如图a所示，PVD涂层原理如图b所示。混合工艺是等离子辅助CVD技术与传统的PVD技术进行有用的结合。比方先堆积传统的CrN硬质涂层，再在上面堆积一层用于减少抵触的DLC涂层。组合技术是涂层前对东西或零部件的表面层进行氮化，可以前进涂层的成效。

CVD涂层，堆积温度在1 000℃左右，可以涂覆耐磨损性优异的TiCN、耐热性非常优异的Al2O3厚膜，因而在发生高温的高速、高功率切削加工中能显示出长寿数，CVD涂层如图a所示。

PVD涂层，堆积温度在500℃左右，一般用在与无涂层硬质合金、高速钢相同或较高速的切削速度条件下，以延伸刀具寿数为政策。对基体限制少、损害小，因而特别合适用于要求耐磨损性、耐崩刃性的刀具，也适用于要求尖锐刃口的低进给加工与精加工或螺纹加工东西等，PVD涂层如图b所示。

金刚石涂层选用CVD（化学蒸镀法）在硬质合金基体上组成。组成的涂层具有与天然金刚石相匹敌的硬度与导热系数，在非铁材料的加工中发挥着优异的功用。金刚石涂层刀具因为其出色的切削功用，在切削加工范畴具有宽广的运用前景，是加工石墨、金属基复合材料、高硅吕合金及许多其他耐磨蚀材料的志向刀具，目前其主要运用范畴是轿车和航空航天工业。金刚石涂层刀具的安排如下图所示。

金刚石涂层刀具安排

依据涂层材料的性质，涂层刀具又可分为两大类，即“硬”涂层刀具和“软”涂层刀具。“硬”涂层刀具寻求的主要政策是高的硬度和耐磨性，其主要长处是硬度高、耐磨性好，典型的是TiC和TiN涂层。“软”涂层刀具是选用固体润滑剂如MoS2、WS2等制备的刀具，“软”涂层寻求的政策是低抵触系数，也称为自润滑刀具，它与工件材料的抵触系数很低，只要0.1左右，可减小粘、减轻抵触、下降切削力和切削温度。

涂层的结构

经过多年的展开，涂层的结构已经发生了许多改动，有了很大的改进。在涂层技术中，通常有以下五种不同的结构：

1、单层结构

望文生义，这种结构只要一层涂层。当我们在显微镜下观察这种结构时，可以看见一些长柱形涂层结构。这种涂层很简单涂覆，但也很简单发生裂纹和破损。想象一下，当一个球击中一束柱体时，这些柱体就会开始倒下，而裂纹简单就能贯穿涂层，抵达基体。

2、多层结构

多层结构是由许多不同的单层结构互相堆叠在一起构成的。表面花纹钢就是历使上此类结构的一个比如。多层结构涂层可将几种涂层材料的特性结合在一起，形成耐性与硬度俱佳的表面。

3、纳米多层结构

纳米多层结构与多层结构本质上相同，但其层厚却要薄得多：涂层厚度仅为原子级水平。

4、纳米复合涂层结构

纳米复合涂层选用了与硬质合金刀具相似的技术。这种纳米结构将粘结相（例如硬质合金中的钴）的耐性与纳米复合涂层的硬度结合在一起。

5、梯度结构

该结构的涂层功用具有渐变性：涂层中心部分较软而赋有弹性，而在接近表层时则变得坚固而耐磨。

涂层的选用

为了更好地挑选和展开刀具及零部件的蕞佳成效，需求区分其主要及特定的磨损性和失效机理。磨损、粘附、腐蚀和疲劳都视为磨损机理，而且都取决于实践的运用。经历指出，材料的抵触和磨损都不是材料的原因，而是整个体系的原因。因而，在挑选涂层前就必须剖析整个抵触体系，包含零部件的技术功用、抗压力规模以及磨损机理的类型。

硬质合金涂层的运用举例

1、切削东西：钻头、刀片等。

2、耐磨东西，包含各种金属模具、冲头、轧辊、切开刀具等

涂层展开前景

其时切削工业依然面临着各种问题，其间用户要求越来越高以及要切削的材料特性这两方面问题尤为杰出。

来历：《硬质合金刀具涂层的现状及展开方向》

涂层是处理这些新难题的有用手段，涂层对硬质合金寿数的影响程度远超过基体本身对寿数的影响程度，涂层技术的展开方向将是：

1、下降涂层工艺温度

2、增强模基结合力

3、研发更强韧的涂层材料

4、更加简单易控的涂层工艺装备

刀具涂层技能知识大盘点，读懂成刀具达人！

一、刀具涂层

经过化学或物理的方法在刀具外表构成某种薄膜，使切削刀具取得尤秀的综合切削功能，从而满足高速切削加工的要求；自20世纪70年代初硬质涂层刀具面世以来，化学气相堆积(CVD)技能和物***相堆积(PVD)技能相继得到开展，为刀具功能的进步开创了历史的新篇章。涂层刀具与未涂层刀具比较，具有显着的优越性：它可大幅度进步切削刀具寿数；有用地进步切削加工效率；进步加工精度并显着进步被加工工件的外表质量；有用地削减刀具资料的消耗，下降加工成本；削减冷却液的使用，下降成本，利于环境保护。

二、刀具涂层的特色

1、选用涂层技能可在不下降刀具强度的条件下，大幅度地进步刀具外表硬度，现在所能到达的硬度已接近100GPa；

2、随着涂层技能的飞速开展，薄膜的化学安稳性及高温抗痒化性更加出色，从而使高速切削加工成为或许。

3、光滑薄膜具有良好的固相光滑功能，可有用地改善加工质量，也适合于干式切削加工；

4、涂层技能作为刀具制作的终究工序，对刀具精度简直没有影响，并可进行重复涂层工艺。

三、常用的涂层

1、氮化钛涂层：

氮化钛（TiN）是一种通用型PVD涂层，能够进步刀具硬度并具有较高的氧化温度。该涂层用于高速钢切削刀具或成形东西可取得很不错的加工效果。

2、氮化铬涂层：CrN涂层良好的抗粘结性使其在简单发作积屑瘤的加工中成为手选涂层。涂覆了这种简直无形的涂层后，高速刚刀具或硬质合金刀具和成形东西的加工功能将会大大改善。

3、金刚石涂层CVD：金刚石涂层可为非铁金属资料加工刀具提供蕞佳功能，是加工石墨、金属基复合资料(MMC)、高硅吕合金及许多其它高磨蚀资料的抱负涂层(留意：纯金刚石涂层刀具不能用于加工钢件，因为加工钢件时会发作很多切削热，并导致发作化学反响，使涂层与刀具之间的粘附层遭到***)。【金属加工微信，内容不错，值得重视】

4、氮碳化钛涂层：氮碳化钛（TiCN）涂层中增加的碳元素可进步刀具硬度并取得更好的外表光滑性，是高速刚刀具的抱负涂层。

5、氮铝钛或氮钛铝涂层(TiAlN/AlTiN)：TiAlN/AlTiN涂层中构成的氧化铝层能够有用进步刀具的高温加工寿数。主要用于干式或半干式切削加工的硬质合金刀具可选用该涂层。依据涂层中所含铝和钛的份额不同，AlTiN涂层可提供比TiAlN涂层更高的外表硬度，因此它是高速加工范畴又一个可行的涂层挑选。

四、涂层技能及刀具涂层知识

1、氮碳化钛(TiCN)：涂层比氮化钛(TiN)涂层具有更高的硬度。因为增加了含碳量，使TiCN涂层的硬度进步了33%，其硬度改变范围约为Hv3000——4000(取决于制作商）。

2、CVD金刚石涂层：外表硬度高达Hv9000的CVD金刚石涂层在刀具上的应用已较为老练，与PVD涂层刀具比较，CVD金刚石涂层刀具的寿数进步了10——20倍。金刚石涂层刀具的高硬度，使得切削速度可比未涂层的刀具进步2——3倍，使CVD金刚氧化温度是指涂层开端分化时的温度值。氧化温度值越高，对在高温条件下的切削加工越有利。尽管TiAlN涂层的常温硬度也许低于TiCN涂层，但事实证明它在高温加工中要比TiCN有用得多。TiAlN涂层在高温下仍能保持其硬度的原因在于可在刀具与切屑之间构成数控微信号cncdar一层氧化铝，氧化铝层可将热量从刀具传入工件或切屑。与高速刚刀具比较，硬质合金刀具的切削速度一般更高，这就使TiAlN成为硬质合金刀具的手选涂层，硬质合金钻头和立铣刀一般选用这种PVDTiAlN涂层石涂层刀具成为有色金属和非金属资料切削加工的不错挑选。金属加工微信，内容不错，值得重视。

3、刀具外表的硬质薄膜对资料有如下要求：①硬度高、耐磨功能好；②化学功能安稳，不与工件资料发作化学反响；⑧耐热耐氧化，摩擦系数低，与基体附着结实等。单一涂层资料很难全部到达上述技能要求。涂层资料的开展，已由初的单一TiN涂层、TiC涂层，阅历了

TiC—A12O3一TiN复合涂层和TiCN、TiAlN等多元复合涂层的开展阶段，现在蕞新开展了TiN／NbN、TiN／CN，等多元复合薄膜资料，使刀具涂层的功能有了很大进步。

4、在涂层刀具制作进程中，一般依据涂层的硬度，耐磨性，高温抗痒化性，光滑性以及抗粘结性等几个方面来挑选，其间涂层氧化性是与切削温度直接相关的技能条件。氧化温度是指涂层开端分化时的温度值，氧化温度值越高，对在高温条件下的切削加工越有利。尽管TiAlN涂层的常温硬度也许低于TiCN涂层，但事实证明它在高温加工中要比TiCN有用得多。TiAlN涂层在高温下仍能保持其硬度的原因在于可在刀具与切屑之间构成一层氧化铝，氧化铝层可将热量从刀具传入工件或切屑。与高速刚刀具比较，硬质合金刀具的切削速度一般更高，这就使TiAlN成为硬质合金刀具的手选涂层，硬质合金钻头和立铣刀一般选用这种PVDTiAlN涂层.

5、从应用技能角度讲：除了切削温度外，切削深度、切削速度和冷却液都或许对刀具涂层的应用效果发作影响。

五、常用涂层资料发展及超硬涂层技能

硬质涂层资猜中，工艺老练、应用广泛的是TiN。现在，工业发达***TiN涂层高速刚刀具的使用率已占高速刚刀具的50％一70％，有的不可重磨的复

杂刀具的使用率已超越90％。因为现代金属切削对刀具有很高的技能要求，TiN涂层日益不能适应。TiN涂层的耐氧化性较差，使用温度达500℃时，膜层 显着氧化而被烧蚀，并且它的硬度也满足不了需求。TiC有较高的显微硬度，因此该资料的耐磨功能较好。同时它与基体的附着结实，在制备多层耐磨涂层时，常将TiC作为与基体接触的底层膜，在涂层刀具中它是十分常用的涂层资料。

TiCN和TiAlN的开发，又使涂层刀具的功能上了一个台阶。

TiCN可下降涂层的内应力，进步涂层的耐性，增加涂层的厚度，阻止裂纹的扩散，削减刀具

崩刃。将TiCN设置为涂层刀具的主耐磨层，可显着进步刀具的寿数。TiAlN化学安稳性好，抗痒化磨损，加工高合金钢、不锈钢、钦合金、镍合金时，比

TiN涂层刀具进步寿数3—4倍。在TiAlN涂层中如果有较高的Al浓度，在切削时涂层外表会生成一层很薄的非品态A12O3，构成一层硬

质慵懒保护膜，该涂层刀具可更有用地用于高速切削加工。掺氧的氮碳化钛TiCNO具有很高的显微硬度和化学安稳性，能够发作相当于TiC十A12O3复合

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螺纹加工常见问题及解决方案

1、主要原因

（1）车刀的前角太大，机床X轴丝杆空隙较大；

（2）车刀装置得过高或过低；

（3）工件装夹不牢；

（4）车刀磨损过大；

（5）切削用量太大。

2、解决方法

（1）减小车刀前角，修理机床调整X 轴的丝杆空隙，利用数控车床的丝杆空隙主动补偿功用补偿机床X 轴丝杆空隙。

（2）车刀装置得过高或过低：过高，则吃刀到一定深度时，车刀的后刀面顶住工件，增大摩擦力，甚至把工件顶弯，构成扎刀现象；过低，则切屑不易排出，车刀径向力的方向是工件中心，加上横进丝杠与螺母空隙过大，致使吃刀深度不断主动趋向加深，从而把工件抬起，呈现扎刀。此刻，应及时调整车刀高度，使其刀尖与工件的轴线等高(可利用尾座鼎尖对刀)。在粗车和半精车时，刀尖方位比工件的中心高出1%D左右(D表明被加工工件直径)。

（3）工件装夹不牢：工件本身的刚性不能接受车削时的切削力，因而产生过大的挠度，改变了车刀与工件的中心高度(工件被抬高了)，构成切削深度突增，呈现扎刀，此刻应把工件装夹牢固，可使用尾座鼎尖等，以添加工件刚性。

（4）车刀磨损过大：引起切削力增大，顶弯工件，呈现扎刀。此刻应对车刀加以修磨。

（5）切削用量(主要是背吃刀量和切削速度)太大：依据工件5 导程巨细和工件刚性挑选合理的切削用量。

乱扣

1、毛病现象

当丝杠转一转时，工件未转过整数转而构成的。

2、主要原因

（1）机床主轴编码器同步传动皮带磨损，检测不到主轴的同步实在转速；

（2）编制输入主机的程序不正确；X轴或Y轴丝杆磨损。

3、解决方法

（1）主轴编码器同步皮带磨损

由于数控车床车削螺纹时，主轴与车刀的运动关系是由机床主机信息处理中心发出的指令来操控的，车削螺纹时，主轴转速稳定不变，X 或Y 轴能够依据工件导程巨细和主轴转速来调整移动速度，所以中心有必要检测到主轴同步实在转速，以发出正确指令操控X 或Y 轴正确移动。

如果体系检测不到主轴的实在转速，在实际车削时会发出不同的指令给X或Y，那么这时主轴转一转，刀具移动的距离就不是一个导程，第二刀车削时螺纹就会乱扣。这种情况下，咱们只有修理机床，更换主轴同步皮带。

（2）编制输入的程序不正确

车削螺纹时为了避免乱扣，有必要确保后一刀车削轨道要与前一刀车削轨道重合，在普车上咱们用倒顺车法来防备乱扣。

在数控车床上，咱们用程序来防备乱扣，就是在编制加工程序时，咱们用程序操控螺纹刀在车削前一刀后，退刀，使后一刀起点方位与前一刀起点方位重合(相当于在普车上车削螺纹时，螺纹刀退回到前一刀所车出的螺旋槽内)，这样车出的螺纹就不会乱扣。

有时，由于程序输入的导程不正确(后一段程序导程与前一段程序导程不一致)，车削时也会呈现乱扣现象。

（3）X 轴或Y 轴丝杆磨损严重：修理机床，更换X 轴或Z轴丝杆。

螺距不正确

主轴编码器传送回机床体系的数据不经确；X 轴或Y 轴丝杆和主轴的窜动过大；编制和输入的程序不正确。

（1）主轴编码器传送数据不经确：修理机床，更换主轴编码器或同步传送皮带；

（2）X 轴或Y 轴丝杆和主轴窜动过大：调整主轴轴向窜动，X 轴或Y 轴丝杆空隙能够用体系空隙主动补偿功用补偿;

（3）检视程序，务必使程序中的指令导程与图纸要求一致。

牙型不正确

车刀刀尖刃磨不正确；车刀装置不正确；车刀磨损。

（1）车刀刀尖刃磨不正确：正确刃磨和测量车刀刀尖角度，对于牙型角精度要求较高的螺纹车削，能够用标准的机械夹固式螺纹刀车削，或者把螺纹刀用磨床刃磨。

（2）车刀装置不正确：装刀时用样板对刀，或者经过用百分表找正螺纹刀杆来装正螺纹刀。

（3）车刀磨损：依据车削加工的实际情况，合理选用切削用量，及时修磨车刀。

螺纹外表粗糙度大毛病剖析

（1）刀尖产生积屑瘤；

（2）刀柄刚性不行，切削时产生轰动；

（3）车刀径向前角太大；

（4）高速切削螺纹时，切削厚度太小或切屑向倾斜方向排出，拉毛已加工牙侧外表；

（5）工件刚性差，而切削用量过大；

（6）车刀外表粗糙度差。

（1）用高速钢车刀切削时应下降切削速度，并正确挑选切削液；

（2）添加刀柄截面，并减小刀柄伸出长度；

（3）减小车刀径向前角；

（4）高速钢切削螺纹时，终一刀的切屑厚度一般要大于0.1mm，并使切屑沿笔直轴线方向排出；

（5）挑选合理的切削用量；

（6）刀具切削刃口的外表粗糙度应比零件加工外表粗糙度值小2 —— 3 层次。

螺纹加工常见问题及解决方法

总归，车削螺纹时产生的毛病形式多种多样，既有设备的原因，也有刀具、操作者等的原因，在排除毛病时要具体情况具体剖析，经过各种检测和确诊手法，找出具体的影响要素，采纳有效的解决方法。

铰孔加工

1 孔径增大、差错大

依据具体情况恰当减小铰刀外径；下降切削速度；恰当调整进给量或削减加工余量；恰当减小主偏角；校直或报废曲折的不能用的铰刀；用油石细心修整到合格；操控摆差在允许的范围内；挑选冷却性能较好的切削液；安装铰刀前必须将铰刀锥柄及机床主轴锥孔内部油污擦净，锥面有磕碰处用油石修光；修磨铰刀扁尾；调整或替换主轴轴承；重新调整浮动卡头，并调整同轴度。

2 孔径缩小

替换铰刀外径尺度；恰当进步切削速度；恰当下降进给量；恰当增大主偏角；挑选润滑性能好的油性切削液；定时互换铰刀，正确刃磨铰刀切削部分；规划铰刀尺度时，应考虑上述因素，或依据实际情况取值；作试验性切削，取适宜余量，将铰刀磨尖利。

3 铰出的内孔不圆

刚性缺乏的铰刀可选用不等分齿距的铰刀，铰刀的安装应选用刚性联接，增大主偏角；选用合格铰刀，操控预加工工序的孔方位公差；选用不等齿距铰刀，选用较长、较精细的导向套；选用合格毛坯；选用等齿距铰刀铰削较精细的孔时，应对机床主轴空隙进行调整，导向套的合作空隙应要求较高；选用恰当的夹紧方法，减小夹紧力。

4 孔的内表面有明显的棱面

减小铰孔余量；减小切削部分后角；修磨刃带宽度；挑选合格毛坯；调整机床主轴。

5 内孔表面粗糙度值高

下降切削速度；依据加工资料挑选切削液；恰当减小主偏角，正确刃磨铰刀刃口；恰当减小铰孔余量；进步铰孔前底孔方位精度与质量或添加铰孔余量；选用合格铰刀；修磨刃带宽度；依据具体情况削减铰刀齿数，加大容屑槽空间或选用带刃倾角的铰刀，使排屑顺利；定时替换铰刀，刃磨时把磨削区磨去；铰刀在刃磨、运用及运送过程中，应采纳保护措施，防止碰伤。

6 铰刀的运用寿命低

依据加工资料挑选铰刀资料，可选用硬质合金铰刀或涂层铰刀；严格操控刃磨切削用量，防止稍伤；常常依据加工资料正确挑选切削液；常常清除切屑槽内的切屑，用足够压力的切削液，通过精磨或研磨到达要求。

7 铰出的孔方位精度超差

定时替换导向套；加长导向套，进步导向套与铰刀空隙的合作精度；及时修理机床、调整主轴轴承空隙。

8 铰刀刀齿崩刃

修正预加工的孔径尺度；下降资料硬度或改用负前角铰刀或硬质合金铰刀；操控摆差在合格范围内；加大主偏角；注意及时清除切屑或选用带刃倾角铰刀；注意刃磨质量。

9 铰刀柄部折断

修正预加工的孔径尺度；修正余量分配，合理挑选切削用量；削减铰刀齿数，加大容屑空间或将刀齿空隙磨去一齿。

10 铰孔后的孔中心线不直

添加扩孔或镗孔工序校正孔；减小主偏角；调整适宜的铰刀；调换有导向部分或加长切削部分的铰刀。