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刀具的涂层技术

刀具的涂层技能，有用，要转发收藏！

1.刀具涂层的特点

　　（1）力学和切削功用好。涂层刀具将基体资料和涂层资料的优良功用结合起来，既坚持了基体良好的韧性和较高的强度，又具有涂层的高硬度、高耐磨性和低冲突系数。因而，涂层刀具的切削速度与未涂层的相比，切削速度可进步2~5倍，运用涂层刀具能够获得明显的经济效益。

　　（2）通用性强。涂层刀具通用性广，加工范围明显扩展，一种涂层刀具能够替代数种非涂层刀具运用，因而能够大大削减刀具的品种和库存量，简化刀具管理，下降刀具和设备本钱。

2.涂层的分类

　　依据涂层办法不同，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能。CVD涂层原理如图1a所示，PVD涂层原理如图1b所示。混合工艺是等离子辅助CVD技能与传统的PVD技能进行有用的结合。比如先堆积传统的CrN硬质涂层，再在***上面堆积一层用于削减冲突的DLC涂层。组合技能是涂层前对东西或零部件的外表层进行氮化，能够进步涂层的成效。

　　CVD能够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、***率切削加工中能显示出长寿命，CVD涂层如图2a所示。

　　PVD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，以延常刀具寿命为方针。对基体制约少、损伤小，因而特别适合用于要求耐磨损性、耐崩刃性的刀具，也适用于要求锋利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2b所示。

　　依据涂层刀具基体资料的不同，涂层刀具可分为硬质合金涂层刀具、高速钢涂层刀具以及在陶瓷和超硬资料（金刚石和立方氮化硼）上的涂层刀具等。涂层硬质合金刀具一般选用化学气相堆积法，堆积温度在1 000℃左右。涂层高速刚刀具一般选用物***相堆积法，堆积温度在500℃左右。

　　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，在非铁资料的加工中发挥着优异的功用。金刚石涂层刀具由于其良好的切削功用，在切削加工范畴具有广阔的使用前景，是加工石墨、金属基复合资料、高硅吕合金及许多其他耐磨蚀资料的理想刀具，目前其主要使用范畴是轿车和航空航天工业。金刚石涂层刀具的***如图3所示。

　　依据涂层资料的性质，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方针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，各种涂层刀具如图4所示。“软”涂层刀具是选用固体润滑剂如MoS2、WS2等制备的刀具，“软”涂层寻求的方针是低冲突系数，也称为自润滑刀具，它与工件资料的冲突系数很低，只有0.1左右，可减小粘、减轻冲突、下降切削力和切削温度。

　　对刀具进行涂层处理是进步刀具功用的重要途径之一，涂层刀具的出现，使刀具切削功用有了较大的进步，使用范畴不断扩展，涂层刀具在数控加工范畴有巨大潜力，将是往后数控加工范畴中***重要的刀具品种。目前国外硬质合金可转位刀片的涂层份额在70%以上，欧洲齿轮刀具的涂层份额高达90%。涂层技能已使用于立铣刀、铰刀、复合孔加工东西、齿轮滚刀、剃齿刀、成形拉刀及各种机夹可转位刀片，满意高速切削加工各种钢和铸铁、耐热合金和有色金属等资料的需求。

3.涂层刀具的制备

　　精密东西、零部件和功用件的新式高功用涂层都是由涂层炉出产出来的。由于不同的使用需求不同品种的涂层，且需求快速的交货期，因而涂层炉有必要要有满足的灵活性，以保证出产不同系列的涂层都能有蕞佳的本钱效益。现代化的涂层设备能够在金属、陶瓷乃至是塑料的外表进行快速、稳定且全自动的涂层。现代涂层设备有必要满意以下原则：①单炉时间短。②日常运营本钱低。③灵活性高。④设备***和备件费用本钱规划低。⑤出产可靠性高。⑥全自动操作。⑦CE认证，工作安全标准高。

4.涂层的选用

　　为了更好地挑选和开展刀具及零部件的蕞佳成效，需求辨别其主要及特定的磨损性和失效机理。磨损、粘附、腐蚀和疲惫都视为磨损机理，而且都取决于实践的使用。经历指出，资料的冲突和磨损都不是资料的原因，而是整个系统的原因。因而，在挑选涂层前就有必要分析整个冲突系统，包括零部件的技能功用、抗压力范围以及磨损机理的类型。

5.结语

　　正确选用涂层是合理运用涂层刀具和充分发挥涂层功用的前题。现在的涂层主要是以TiN和CrN为主。当然DLC涂层和用于铝压铸模具的新式微合金涂层的使用也越来越广泛。在曩昔几十年间，为了满意对功用涂层不断的要求，工业等离子外表技能获得了十分迅猛的开展。面向未来，新的挑战也会推进现行的涂层技能和新涂层概念及其使用向更***的方向开展。经过使用新的蒸发设备和溅射理念以及脉冲技能，电弧PVD和溅射工艺也将愈加***。经过选用超高密度的等离子体和优化的电弧蒸发技能能够生成微合金涂层和专用规划的多结构涂层。涂层的纳米规划也将成为东西开展方向之一。

高温合金

一、高温合金的概念、原理和分类

高温合金一般是指能在600~1200℃的高温下抗痒化、抗腐蚀、抗蠕变，并能在较高的机械应力效果下长期作业的合金资料。

高温合金强调的不是耐受温度指标，耐受温度比高温合金高的资料有很多，比如难熔合金、陶瓷及碳碳复合资料等。高温合金***底子的特性在于必定温度下所具有的高强度。以一般的修建用钢材为例，它在室温下强度很高，但在修建***焚烧时强度会急剧下降，从而导致修建坍塌。高温合金的长处是，在600~1200℃的高温下，它仍然能坚持极高的强度和硬度以接受较高的载荷。因而俄罗斯将其称为热强合金，而欧美称之为超合金（superalloy）。

一般钢材含有十多种化学元素，而高温合金一般含有超越30-40种元素，高温合金之所以能在高温下坚持较高的强度和硬度首要原因在于这些元素在安排中发挥着强化金属功能的效果。

高温合金的分类有多种：1）按制造工艺分为变形高温合金、铸造高温合金和粉末高温冶金三类。2）按合金的首要元素分为铁基高温合金、镍基高温合金和钴基高温合金三类。3）按强化办法分为固溶强化、时效强化、氧化物弥散强化和晶界强化等。

以工艺分类来看，变形高温合金运用规划***广，占比达70%，其次是铸造高温合金，占比20%。以合金首要元素来看，镍基高温合金运用规划***广，占比达80%，其次为镍-铁基，占比14.3%，钴基占比***少，占比5.7%。

二、高温合金展开进程及概略

高温合金***早诞生于20世纪初期的美国，被用作车站的防腐支架。从***开端，高温合金的研发进入了高速展开时期，镍基高温合金、钴基高温合金、铁基高温合金纷纷研发成功，并大量运用。现在镍基高温合金是现代航空发起机、航天器和火箭发起机以及舰船和工业燃气轮机的要害热端部件资料（如涡轮叶片、导向器叶片、涡轮盘、焚烧室等），也是核反应堆、化工设备、煤转化技能等方面需求的重要高温结构资料。

高温合金的展开首要阅历了几个阶段：二十世纪40时代以前提出概念，40-50时代实现在喷气发起机的运用，50-60时代在真空熔炼技能取得重大进展，60-70时代会集在合金化方面，70时代后首要在工艺研讨方面，定向凝结、单晶合金、粉末冶金、机械合金化和陶瓷过滤等新工艺成为高温合金展开的首要动力，其间定向凝结工艺制备的单晶合金尤为重要，在航空发起机涡轮叶片中运用尤为广泛。二十世纪80时代以来，国内外广泛展开数值模仿研讨，取得了重要进展，并在此基础上展开了显微安排及冶金缺点猜测研讨。

三、镍基高温合金

在整个高温合金领域中，镍基高温合金占有特别重要的地位，与铁基和钴基合金比较，镍基合金具有更好的高温功能、良好的抗痒化和抗腐蚀功能。镍基高温合金是高温合金中运用***广、高温强度蕞高的一类合金。其首要原因，一是镍基合金中能够溶解较多合金元素，且能坚持较好的安排安稳性；二是能够构成共格有序的A3B型金属间化合物[Ni3(Al,Ti)]相作为强化相，使合金得到有用强化，获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度；三是含铬的镍基高温合金具有比铁基高温合金更好的抗痒化和抗燃气腐蚀才能。能够说，镍基高温合金的展开决定了航空涡轮发起机的展开，也决定了航空工业的展开。选用定向凝结技能制备出的镍基单晶合金，其运用温度已接近合金熔点的90%，成为今世***航空发起机热端部件不行替代的重要结构资料。

镍基高温合金含有十多种元素，增加合金元素对高温合金的功能起要害的效果。以铸造镍基高温合金为例，铸造镍基高温合金以γ相为基体，增加铝、钛、铌、钽等构成γ’相进行强化，γ’相数量较多，有的合金高达60%；参加钴元素能前进γ’相溶解温度，前进合金的运用温度；钼、钨、铬具有强化固溶体的效果，铬、钼、钽还能构成一系列对晶界发生强化效果的碳化物；铝、铬有助于抗痒化才能，但铬下降γ’相的溶解度和高温强度，因而铬含量应低些；铪改进合金中温塑性和强度；为了强化晶界，增加适量的硼、锆等元素。研讨标明，GMR235铸态合金的含碳量为0.18%时，高温耐久寿数和抗拉强度蕞大，且具有较好的塑性，增加硼和锆的合金耐久性明显改进，合金的枝晶距离削减，碳化物的析出量削减且碳化物颗粒细化，从而改进各方面功能。

镍基高温合金是20世纪30时代后期开端研发的。英国于1941年首先出产出镍基高温合金Nimonic75；为了前进蠕变性又增加了铝，研发出Nimonic80。美国于40时代中期，苏联于40时代后期，我国于50时代中期也研发出镍基合金。

镍基合金的展开包含两个方面：合金成分的改进和出产工艺的改造。50时代初，真空熔炼技能的展开，为炼制含高铝和钛的镍基合金创造了条件。初期的镍基合金大都是变形合金。50时代后期，因为涡轮叶片作业温度的前进，要求合金有更高的高温温度，可是合金的强度高了，就难以变形，乃至不能变形，于是选用熔模精细铸造工艺，展开出一系列具有良好高温强度的铸造合金。60时代中期展开出功能更好的定向结晶和单晶高温合金以及粉末冶金高温合金。为了满意舰船和工业燃气轮机的需求，60时代以来还展开出一批抗热腐蚀功能较好、安排安稳的高铬镍基合金。在从40时代初到70时代末大约40年的时间内，镍基合金的作业温度从700℃前进到1100℃，平均每年前进10°C左右。

镍基高温合金按照制造工艺，可分为变形高温合金、铸造高温合金、粉末冶金高温合金。

3.1 变形高温合金

变形高温合金是高温合金中运用***广的一类，占比到达70%。变形高温合金首要选用常规的锻、轧和揉捏等冷、热变形手段加工成材。我国镍基变形高温合金以拼音字母GH加序号表明，如GH4169、GH141等。

变形高温合金塑性较低，变形抗力大，运用一般的热加工手段变形有必定困难，因而需求采纳钢锭直接轧制、钢锭包套直接轧制和包套墩饼等新工艺来加工，也选用加镁微合金化和弯曲晶界热处理工艺来前进塑性。

变形高温合金在航空发起机中至今仍然是首要用材。其间GH4169在我国航空发起机中已得到广泛运用，被称为高温合金中的***。其材质水平和加工工艺水平近年来得到明显前进。GH4169合金的冶金产品有不同标准的锻棒、热轧棒、冷拉棒、板、带、丝、管和锻件，制造的零件有各类盘、转子、环、机匣、轴、紧固件、弹性元件、阻尼元件等。

3.2 铸造高温合金

跟着运用温度和强度的前进，高温合金的合金化程度越来越高，热加工成形越来越困难，必须选用铸造工艺进行出产。另外，选用冷却技能的空心叶片的内部杂乱型腔，只能选用精细铸造工艺才能出产，因而镍基铸造高温合金在实际出产运用中不行缺少。铸造高温合金运用也较为广泛，占比约20%。国内的铸造高温合金以“K”加序号表明，如K1、K2等。

按结晶办法，铸造高温合金又能够分为多晶铸造高温合金、定向凝结铸造高温合金、定向共晶铸造高温合金和单晶铸造高温合金等4种类型。铸造高温合金的特点是：1）具有更宽的成分规划。因为不用统筹变形加工功能，合金的规划能够会集考虑优化其运用功能。2）具有更广阔的运用领域。因为铸造办法具有的特别长处，可依据零件的运用需求，规划、制造出近终型或无余量的具有任意杂乱结构和形状的高温合金铸件。

合理选择与数控机床匹配的刀具

数控车床是一种高精度、***率的主动化机床装备多工位刀塔或动力刀塔，具有广泛的加工工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹、槽、蜗杆等杂乱工件，具有直线插补、圆弧插补各种补偿功用，并能在批量出产中发挥杰出的作用。它集通用性好的全能型车床、加工精度高的精密型车床和加工效率高的专用型一般车床的特色于一身，能很好地满意企业进步产品质量、下降出产本钱、进步经济效益的要求。所以数控车床是国内运用量蕞大、覆盖面***广的一种机床。在数控车床加工中，产品质量和劳动出产率在很大程度上遭到刀具的限制，尽管其车刀的切削原理与一般车床根本相同，可是如何依据加工零件的实际情况，合理选择和运用与数控车床匹配的刀具，是充分发挥数控车床功用和优势、确保加工精度、进步劳动效率以及操控加工本钱的关键。

1.零件剖析

客户要求加工的产品是轮轴盖（见图1），外形A、B两处现已加工好，内孔粗加工至90mm，产品的精度要求不是很高，形状也不太杂乱，但批量较大（每月8 000件）。材料为灰铸铁HT200，毛坯直径150mm，长40mm。技能要求：未注倒角为1×45°，未注公役按GB/T

1804―2000中m级加工。设备是用广州机床厂的GSK980T经济型数控车床，共6台。

2.原加工中存在的问题

原出产加工选用两把焊接式合金车刀，分别进行粗车、精车外圆、端面、内孔的加工。焊接式合金刀易磨损，一般适合于粗车，轮轴盖零件用的材料是铸铁，表皮较硬，刀具易磨损。刃磨精度得不到确保，且占用时刻长，还会使被加工轮轴盖零件的外表精度大大下降。换刀需求整刀换，添加了刀具本钱。GSK98T刀架不能按加工要求主动装、卸刀，需求人工换刀。因***销钉受力不均匀等原因，螺纹也简单损坏，并且是用两把刀，精度得不到确保，费时较多。加工过程中需求频频旋转刀架换刀，导致刀架很简单磨损，***精度出现差错，还简单出现毛病（均匀4天一台）。机床厂的修理人员多次***修理也不能处理问题，造成停产及修理费用添加。由于换刀后需从头对刀、试车、调试的辅助时刻添加，且两把刀加工、刀架主动换刀和空运行行程时刻也较长，对加工效率造成很大的影响。硬质合金刀具价格

3.改善刀具的依据

经过剖析、研讨刀具结构、工艺规划、程序编写等方面问题，以为本来所运用的刀具非常需求改善，具体考虑如下。

（1）选用标准化刀具，改为机夹可转位车刀。由于轮轴盖是批量出产，数控车刀应选用机夹可转位车刀，原因在于：①精度高。确保刀片重复***精度高，便利***，确保刀尖方位精度，这样刀尖磨损不需求换整刀而只需换刀片就行。②可靠性高。结构可靠的车刀，选用复合式夹紧结构以习惯刀架快速移动和换位以及整个主动切削过程中不会松动。迅速替换不同形式的切削部件，完结多种切削加工，进步出产效率。③刀具本钱低。由于是批量出产，且刀片可替换，尽管机夹刀可转位刀片贵一些，但刀具的本钱不会添加，反而下降，并且更经用。

（2）优化刀具结构。尽可能用少的刀具加工出工件上部分或大部分待加工外表，以减少装夹差错，进步加工外表的相互方位精度。在刀的结构上假如能把加工轮轴盖的两把刀合并成装在“一把刀”把上进行加工，则①不旋转刀架。只要“一把刀”在加工，那就不需求旋转刀架，刀架就不会由于磨损而影响精度，更不会引发停产、修理等问题。②维护***销钉。“一把刀”***只需求一组***销钉，并且假如用了标准化刀具，换刀只松、紧刀尖的***螺丝，不必松、紧刀架的***销钉装、拆刀杆，刀架的***销钉不会被损坏。

（3）若将选用标准化刀具和优化刀具结构合二为一，则不会存在占机时刻长的问题。由于：①选用标准化机夹可转位刀具，当刀片上的一个切削刃磨钝后，其刀片的装拆和转位都很便利、快捷，不需刃磨即可用新的切削刃持续加工，还大大进步了刀杆的利用率。只需快速做简单的对刀，编制程序时作恰当的处理就能够了。②选用优化刀具结构方案，两个刀尖相隔必定比本来两把刀刀尖的距离近，换刀和空运行的时刻大大缩短，再结合加工工艺、程序编写，规划***短的空行、切削进给道路，可有用进步出产效率，下降刀具损耗。

4.改善后的刀具

自己经过以上剖析、研讨，依据现有的认识和加工条件，从刀具结构的规划、工艺处理、程序的编制等方面去处理了轮轴盖零件加工中存在的问题，具体方法如下。

（1）将两把机加刀合为一把机夹刀。刀杆经热处理，用螺丝固定刀尖A、B，这样“一把刀”相同能够完结本来两把刀的工作，并且装、卸“一把刀”比本来两把刀省时一半。

（2）用改善后的刀具加工时无须转化刀架，很好地处理了由于要频频旋转刀架换刀所带来的毛病和修理问题。

（3）刀具磨损后只需求松开螺丝将不重磨刀片转过恰当视点或替换，做简单的刀补行程修正即可持续加工，大大进步了效率。

5.加工中的注意事项

（1）将不重磨刀片A、B用螺丝固定在左、右两边，要确保两刀片尖在同一平面上。

（2）编写程序时有必要要以A、B两个刀尖为两个***刀位点设两组刀补（01、02），在转化刀尖执行时刀具要离开工件必定距离，避免刀具和工件发生碰撞。

（3）刀具每班要转动一次，以确保刀架的锁紧力。

6.程序的编写

编写的程序及说明如附表所示。

程序内容及说明

程序内容 程序说明

O1212 程序名

G00X100Z100 ***到起刀点

T0101M3S200 调用地一组刀补A号刀尖

G00X150Z0

加工端面

G01X80F80

G00X150Z5 ***到（150，5）

G71U1R0.5 加工φ145mm外圆及倒角

G71P1Q2U0W0F100

N1G00X143

G01Z0

X145Z-1

Z-16

G00X100Z100T0101 回到起刀点取消地一组刀补

T0102M3S250 调用第二组刀补B号刀尖

G00X80Z5

G71U1R0.5 粗加工φ112mm与φ98mm内孔与倒角

G71P3Q4U-0.5W0F80

N3G00X114

G01Z0F50

X112Z-1

Z-11

X100

X98Z-11

N4Z-48

G70P3Q4 精加工N3-N4段内容

G00X100Z100T0102 回到起刀点取消第二组刀补

M30 程序完毕