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五金知識:涂層刀具的優點及涂層技術的發展

發布時間:2013-08-08
   刀具涂層技術迅速發展,涂層刀具得到了廣泛應用。1969年德國克虜伯(Krupp)公司和瑞典山特維克(Sandvik)公司研發成功了化學氣相沉積(CVD)涂層技術,并向市場推出了CVDTiC涂層硬質合金刀片產品。20世紀70年代初,美國本夏(R.Runshan)和拉格胡南(A.Raghuran)研發了物理氣相沉積(PVD)工藝,并于1981年將PVDTiN高速鋼刀具產品推向市場。當時CVD涂層工藝溫度約1000℃,主要用于硬質合金刀具(刀片)的表面涂層;PVD涂層工藝溫度為500℃和500℃以下,主要用于高速鋼刀具的表面涂層。后來,CVD和PVD涂層技術不斷迅速發展,在涂層材料、涂層設備和工藝等方面都有了很大進步,而且發展了多層材料的涂覆技術,使涂層刀具(刀片)的使用性能有了很大的提高。PVD涂層技術過去主要用于高速鋼刀具,而近年來隨著PVD涂層技術飛躍發展,也成功用于硬質合金刀具(刀片),占領了硬質合金涂層刀具(刀片)的一半陣地。現在,涂層高速鋼刀具和涂層硬質合金刀具(刀片)廣泛應用,已占全部刀具使用總量的50%以上。
    涂層刀具的優越性
    在韌性較好的刀具(刀片)基體上進行表面涂層,涂覆具有高硬度、高耐磨性、耐高溫材料的薄層(如TiN、TiC等),使刀具(刀片)具有全面、良好的綜合性能。未涂層高速鋼的硬度僅為62~68HRC(760~960HV),硬質合金的硬度僅為89~93.5HRA(1300~1850HV);而涂層后的表面硬度可達2000~3000HV以上。
    ①由于表面涂層材料具有很高的硬度和耐磨性,且耐高溫。故與未涂層的刀具(刀片)相比,涂層刀具允許采用較高的切削速度,從而提高了切削加工效率;或能在相同的切削速度下,提高刀具壽命。
    ②由于涂層材料與被加工材料之間的摩擦系數較小,故涂層刀具(刀片)的切削力小于未涂層刀具(刀片)。
    ③用涂層刀具(刀片)加工,零件的已加工表面質量較好。
    ④由于涂層刀具(刀片)的綜合性能良好,故涂層硬質合金刀片有較好的通用性,一種涂層硬質合金牌號的刀片具有較寬的使用范圍。
    刀具涂層技術的發展和進步
    筆者多次參觀了國際機床工具展覽會,收集到很多資料,并聽取了各大工具公司的技術報告,從而了解到刀具產品表面涂層技術的發展和進步。
    CVD涂層技術的進展
    過去,硬質合金刀具表面涂層采用高溫化學氣相沉積(HTCVD)工藝。在常壓或負壓的沉積系統中,將純凈的H2、CH4、N2、TiCl4、AlCl3、CO2等氣體根據沉積物的成分,按一定配比均勻混和,依次涂到具備一定溫度(一般為1000~1050℃)的硬質合金刀片表面,即在刀片表面沉積TiC、TiN、TiCN、Al2O3或者它們的復合涂層。直到現在,HTCVD仍是使用最多的工藝方法,除HTCVD外,還有等離子體化學氣相沉積(PCVD)工藝,它是在硬質合金刀具(刀片)表面涂層的另一種方法,因這種涂層工藝溫度較低(700~800℃),故刀片的抗彎強度降低。因為TiC與基體材料的線膨脹系數最接近,通常用TiC薄層先涂在基體表面上,外面再涂TiN、Al2O3,如TiC/TiN、TiC/Al2O3、TiC/TiCN/TiN等。
 
  刀具涂層技術迅速發展,涂層刀具得到了廣泛應用。1969年德國克虜伯(Krupp)公司和瑞典山特維克(Sandvik)公司研發成功了化學氣相沉積(CVD)涂層技術,并向市場推出了CVDTiC涂層硬質合金刀片產品。20世紀70年代初,美國本夏(R.Runshan)和拉格胡南(A.Raghuran)研發了物理氣相沉積(PVD)工藝,并于1981年將PVDTiN高速鋼刀具產品推向市場。當時CVD涂層工藝溫度約1000℃,主要用于硬質合金刀具(刀片)的表面涂層;PVD涂層工藝溫度為500℃和500℃以下,主要用于高速鋼刀具的表面涂層。后來,CVD和PVD涂層技術不斷迅速發展,在涂層材料、涂層設備和工藝等方面都有了很大進步,而且發展了多層材料的涂覆技術,使涂層刀具(刀片)的使用性能有了很大的提高。PVD涂層技術過去主要用于高速鋼刀具,而近年來隨著PVD涂層技術飛躍發展,也成功用于硬質合金刀具(刀片),占領了硬質合金涂層刀具(刀片)的一半陣地。現在,涂層高速鋼刀具和涂層硬質合金刀具(刀片)廣泛應用,已占全部刀具使用總量的50%以上。
    涂層刀具的優越性
    在韌性較好的刀具(刀片)基體上進行表面涂層,涂覆具有高硬度、高耐磨性、耐高溫材料的薄層(如TiN、TiC等),使刀具(刀片)具有全面、良好的綜合性能。未涂層高速鋼的硬度僅為62~68HRC(760~960HV),硬質合金的硬度僅為89~93.5HRA(1300~1850HV);而涂層后的表面硬度可達2000~3000HV以上。
    ①由于表面涂層材料具有很高的硬度和耐磨性,且耐高溫。故與未涂層的刀具(刀片)相比,涂層刀具允許采用較高的切削速度,從而提高了切削加工效率;或能在相同的切削速度下,提高刀具壽命。
    ②由于涂層材料與被加工材料之間的摩擦系數較小,故涂層刀具(刀片)的切削力小于未涂層刀具(刀片)。
    ③用涂層刀具(刀片)加工,零件的已加工表面質量較好。
    ④由于涂層刀具(刀片)的綜合性能良好,故涂層硬質合金刀片有較好的通用性,一種涂層硬質合金牌號的刀片具有較寬的使用范圍。
    刀具涂層技術的發展和進步
    筆者多次參觀了國際機床工具展覽會,收集到很多資料,并聽取了各大工具公司的技術報告,從而了解到刀具產品表面涂層技術的發展和進步。
    CVD涂層技術的進展
    過去,硬質合金刀具表面涂層采用高溫化學氣相沉積(HTCVD)工藝。在常壓或負壓的沉積系統中,將純凈的H2、CH4、N2、TiCl4、AlCl3、CO2等氣體根據沉積物的成分,按一定配比均勻混和,依次涂到具備一定溫度(一般為1000~1050℃)的硬質合金刀片表面,即在刀片表面沉積TiC、TiN、TiCN、Al2O3或者它們的復合涂層。直到現在,HTCVD仍是使用最多的工藝方法,除HTCVD外,還有等離子體化學氣相沉積(PCVD)工藝,它是在硬質合金刀具(刀片)表面涂層的另一種方法,因這種涂層工藝溫度較低(700~800℃),故刀片的抗彎強度降低。因為TiC與基體材料的線膨脹系數最接近,通常用TiC薄層先涂在基體表面上,外面再涂TiN、Al2O3,如TiC/TiN、TiC/Al2O3、TiC/TiCN/TiN等。
 
PVD涂層新技術在超硬材料涂層方面的應用
    武漢大學物理系用直流反應磁控濺射法在刀具表面沉積出氮化碳(CxNy)超硬涂層薄膜,厚度只有幾個微米,硬度可達40~50GPa。CxNy涂層刀具能切削黑色和有色金屬。
    實驗數據
    筆者對涂層高速鋼和硬質合金刀具(刀片)的切削性能進行了長期的研究,進行了很多科學實驗。茲介紹部分實驗數據如下:
    ①在相同的切削條件下,涂層刀具刀片的使用壽命比未涂層刀具(刀片)提高3~5倍。在相同的切削條件下,相同刀具壽命時,涂層刀具的切削速度比未涂層刀具提高20~30%。
    ②在相同的切削條件下,涂層刀具(刀片)的切削力小于未涂層者。筆者用涂覆TiC硬質合金刀片車削鋼材與未涂層刀片對比,主切削力Fc可減小3%~4%,TiN或TiC/TiN涂層刀片的Fc約可減小6%,進給力Ff與切深力Fp的減小尤為顯著。Al2O3涂層刀片與切削力的減小效果與TiN涂層刀片接近。
    ③筆者曾用CVD涂層金剛石厚膜刀具,加工過硅鋁合金、各種硬鋁、鉛黃銅、無氧銅、碘化鈦以及纖維增強和顆粒增強的復合材料等,均取得較好效果。但用作超精密切削的刀具,其效果不如天然金剛石刀具。
    ④筆者曾用CxNy涂層高速鋼鉆頭在高強度鋼上鉆孔,與未涂層鉆頭相比,涂層鉆頭的使用壽命提高7~9倍。在其他高速鋼刀具上涂覆CxNy,亦有顯著效果。又曾在硬質合金刀片上涂覆CxNy,用以車削鋼料,效果尚不夠理想,其使用壽命不超過普通TiC涂層硬質合金刀片。
    中國的刀具涂層技術與工業發達國家相比尚有很大差距,涂層刀具的數量也差得很遠,大致只占全部刀具的20%。其中數控機床和加工中心上使用得多一些,在普通的非數控機床上則少得可憐,原因是認識問題和價格等因素。我們應該努力提高刀具涂層技術和應用技術的水平,大力推廣應用涂層刀具,促進切削加工和機械制造水平的提高。
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刻字刀,刀座

RO-羅蘭Roland刻字刀,刀座
RO(A)-羅蘭(進口)Roland刻字刀
MI-米馬克Mimaki刻字刀,刀座
MI(A)-米馬克(進口)Mimaki刻字刀
PC-皮卡Pcut刻字刀,刀座
PC(A)-皮卡(進口)Pcut刻字刀
GT15-大圖王Grapthec刀,刀座
GT15(A)-大圖王(進口)Grapthec刀
GT09-小圖王Grapthec刀,刀座
GT09(A)-小圖王(進口)Grapthec刀
SG-圣馬Summa刻字刀,刀座
SG(A)-圣馬(進口)Summa刻字刀
BR-大頭羅蘭Roland刻字刀,刀座
LO-奧來Ioline刻字刀,刀座
RH-45度卡簧刀(Roland45度)
CB-軸承刀(CraftRobo blade)
MU-武藤刻字刀(Mutoh blade)
AAAAA級進口刻字刀
刻字刀,刀片
安娜刻字刀
壓條,壓輪
GCC捷豹刀座
U刀切割刀
PE-筆座

石材刀具

PCD石材刀
金剛砂石材刀
纖焊石材刀

金剛石鉆石刀具

DA-金剛石平底尖刀
DB-金剛石圓底尖刀
DC-金剛石3D刀
DD-金剛石四棱刀
DE-大理石浮雕刀
DF-大理石切割刀
DG-花崗巖3D刀
DH-PCD復合刀
DI-鉆石高光刀(倒角)
DJ-鉆石高光刀(雕刻)
DK-花崗巖浮雕刀
DL-花崗巖切割刀
DM-釬焊石材刀(規格齊全)
DN-石墨專用金剛石球刀
DO-天然鉆石批花刀
DP-金剛石木工刀具
DQ-PCD金剛石亞克力刀
DR-金剛石燒結雕刻刀
DS-新金剛石釬焊雕刻刀
DT-鎢鋼石材尖刀

木工常用刀具

WA-TCT直刀
WB-直齒直刀
WD-深圓底刀
WH-木工盒裝刀
WJ-進口TCT雙刃螺旋銑刀
WK-金剛石木工鑼刀
WL-木工非標鑼刀
WM-新型門板刀
WO-立軸刀
WP-金剛石櫥柜門板組合刀
WQ-金剛石花邊槽刀
WR-假百葉組合刀
WS-臺灣機常用外牙三角樣刀
WT-金剛石門板倒角切割刀
WU-軟硬包倒角雕刻刀
WV-移門雕刻刀
WW-金剛石圓底刀
WY-金剛石直刀

木工標準鑼刀

A-直鉆切削刀類
B-帶軸承修邊刀類
C-不帶軸承作導向修邊刀類
D-直鉆形態刀類
E-圓底線型刀類
F-凸半圓弧刀類
G-弓型弧狀刀類
H-古典線型裝飾刀類
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J-皇冠曲線裝飾刀類
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Q-T型榫刀組合類
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U-其它系列
鋸片

夾具|螺母|刀套配件|圓棒

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