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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

在现代工业出产中，运用数控车床加工螺纹，能大大前进出产功率、保证螺纹加工精度，减轻操作工人的劳动强度。但在高职院校的数控车床实习训练教育中普遍存在如下现象：部分教师和绝大多数学生对螺纹加工感到扎手，特别是加工多头螺纹，更加莫衷一是。下面通过螺纹零件的实践加工分析，阐述多头螺纹的加工步骤和办法。

　　一、螺纹的底子特性

　　在机械制造中，螺纹联接被广泛运用，例如数控车床的主轴与卡盘的联合，方刀架上螺钉对刀具的稳固，丝杠螺母的传动等。它是在圆柱或圆锥外表上沿着螺旋线所构成的具有规定牙型的接连凸起和沟槽，有外螺纹和内螺纹两种。按照螺纹剖面形状的不同，主要有三角螺纹、梯形螺纹、锯齿螺纹和矩形螺纹四种。按照螺纹的线数不同，又可分为单线螺纹和多线螺纹。在各种机械中，螺纹零件的作用主要有以下几点：一是用于联接、紧固;二是用于传递动力，改动运动形式。三角螺纹常用于联接、稳固;梯形螺纹和矩形螺纹常用于传递动力，改动运动形式。由于用处不同，它们的技能要求和加工办法也不一样。

　　二、加工办法

　　螺纹的加工，跟着科学技能的开展，除选用一般机床加工外，常选用数控机床加工。这样既能减轻加工螺纹的加工难度又能前进作业功率，并且能保证螺纹加工质量。数控机床加工螺纹常用G32、G92和G76三条指令。其间指令G32用于加工单行程螺纹，编程任务重，程序复杂;而选用指令G92，可以结束简略螺纹切削循环，使程序修改大为简化，但要求工件坯料事前有必要通过粗加工。指令G76，克服了指令G92的缺点，可以将工件从坯料到制品螺纹一次性加工结束。且程序简捷，可节约编程时间。

　　在一般车床上进行多头螺纹车削一直是一个加工难点：当地一条螺纹车成之后，需求手动进给小刀架并用百分表校正，使刀尖沿轴向准确移动一个螺距再加工第二条螺纹;或许打开挂轮箱，调整齿轮啮合相位，再顺次加工其他各头螺纹。受一般车床丝杠螺距过失、挂轮箱传动过失、小拖板移动过失等多方面的影响，多头螺纹的导程和螺距难以到达很高的精度。并且，在整个加工进程中，不可避免地存在刀具磨损甚至打刀等问题，一旦换刀，新刀有必要准判***在未结束的那条螺纹线上。这一切都要求操作者具有丰富的经历和高明的技能。可是，在批量出产中，单靠操作者的个人经历和技能是不能保证出产功率和产品质量的。在制造业现代化的今日，数控机床和数控系统的运用使许多一般机床和传统工艺难以操控的精度变得容易结束，并且出产功率和产品质量也得到了很大程度的保证。

　　三、实例分析

　　现以FANUC系统的GSK980T车床，加工螺纹M30×3/2-5g6g为例，阐明多头螺纹的数控加工进程：

　　工件要求：螺纹长度为25mm，两头倒角为2×45°、牙外表粗糙度为Ra3.2的螺纹。选用的材料是为45#圆钢坯料。

　　1.准备作业。通过对加工零件的分析，运用车工手册查找M30×3/2-5g6g的各项底子参数：该工件是导程为3mm纹且螺距为1.5(该参数是查表的重要根据)的双线螺;大径为30，公差带为6g，查得其标准上过失为-0.032、下过失为-0.268、公差有0.236，公差要求较松；中径为29.026，公差带为5 g，查得其标准上过失为-0.032、下过失为-0.150，公差为0.118，公差要求较紧;小径按照大径减去车削深度判定。螺纹的总背吃刀量ap与螺距的联系近经历公式ap≈0.65P，每次的背吃刀量按照初精加工及材料来判定。大径是车削螺纹毛坏外圆的编程根据，中径是螺纹标准检测的规范和调试螺纹程序的根据，小径是编制螺纹加工程序的根据。两头留有必定标准的车刀退刀槽。

　　2、正确挑选加工刀具。螺纹车刀的品种、材质较多，挑选时要根据被加工材料的品种合理选用，材料的商标要根据不同的加工阶段来判定。关于45#圆钢材质，宜选用YT15硬质合金车刀，该刀具材料既适合于粗加工也适合于精加工，通用性较强，对数控车床加工螺纹而言是比较适合的。别的，还需求考虑螺纹的形状过失与磨制的螺纹车刀的视点、对称度。车削45钢螺纹，刃倾角为10°，主后角为6°，副后角为4°，刀尖角为59°16’，左右刃为直线，而刀尖圆弧半径则由公式R=0.144P判定(其间P为螺距)，刀尖圆角半径很小在磨制时要特别仔细。

　　四、多头螺纹加工办法及程序设计

　　多头螺纹的编程办法和单头螺纹相似，选用改动切削螺纹初始位置或初始角来结束。假定毛坯已经按要求加工，螺纹车刀为T0303，选用如下两种办法来进行编程加工。

　　1.用G92指令来加工圆柱型多头螺纹。G92指令是简略螺纹切削循环指令，我们可以运用先加工一个单线螺纹，然后根据多头螺纹的结构特性，在Z轴方向上移过一个螺距，然后结束多头螺纹的加工。程序修改如图。(工件原点设在右端面中心)

　　2.用G33指令来加工圆柱型多头螺纹。用G33指令来编程时，除了考虑螺纹导程(F值)外，还要考虑螺纹的头数(P值)来阐明螺纹轴向的分度角。

　　式中：X、Z——决对标准编程的螺纹结束坐标(选用直径编程)。

　　U、W——增量标准编程的螺纹结束坐标(选用直径编程)

　　F——螺纹的导程

　　P——螺纹的头数

　　3.多头螺纹加工的操控要素。在运用程序加工多头中，要特别注意对以下问题的操控：(1)主轴转速S280的判定。由于数控车床加工螺纹是依托主轴编码器作业的，主轴编码器对不同导程的螺纹在加工时的主轴转速有一个极限识别要求，要用经历公式S 1200/P-80来判定(式中P为螺纹的导程)，S不能超过320r/min，故取S280 r/min。(2)外表粗糙度要求。螺纹加工的终一刀底子选用重复切削的办法，这样可以获得更润滑的牙外表，到达Ra3.2要求。(3)批量加工进程操控。对试件切削运转程序之前除正常要求对刀外，在FANUC数控系统中要设定刀具磨损值在0.3～0.6之间，地一次加工完后用螺纹千分尺进行精细测量并记载数据，将磨损值减少0.2，进行第2次主动加工，并将测量数据记载，今后将磨损补偿值的递减崎岖减少并查询它的减幅与中径的减幅的联系，重复进行，直至将中径标准调试到公差带的中心为止。在今后的批量加工中，标准的改动可以用螺纹环规抽检，并通过更改程序中的X数据，也可以通过调整刀具磨损值进行补偿。

合理选择与数控机床匹配的刀具

数控车床是一种、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。硬质合金刀具规格

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