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、物理气相堆积,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，新刀有必要准判定位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。

在批量加工如图1所示的高温合金球形轴承内球面时，原编制工艺道路为：粗加工→去应力→精车内球面→内球面开安装槽→探伤→查验→油封。

为验证工艺，实验选用如图2所示高速钢尖刀（假定刀尖圆弧半径为零），前角为0o，刃倾角为0o，调整刀尖与车床主轴反转中心线等高，在新购精细数控车床上编程精车3件45钢制内球面φ19.15+0.0130   mm。

由于通用内径量具无法实施在线丈量内球面φ19.15+0.0130   mm，所以在车床上选用改制专用测具（见图3）检测，直径合格，经三坐标丈量机复检，直径合格，球面概括度差错为0.005mm（小于直径公役一半），合格。

但将零件材料改为高温合金GH605，刀具改为YW1硬质合金尖刀后，用与高速钢尖刀同样的切削条件试车3件，经三坐标查验全部不合格，原因是球面概括度差错为0.03～0.05mm，经仔细观察发现刀尖已磨损，且编程时没有选用刀尖圆弧半径补偿程序。为此，改用如图4所示SANDEVIK菱形可转位机夹硬质合金刀具VCMW070204加工，刀尖圆弧半径为rε=0.4mm，前角为0o，刃倾角为0o，调整刀尖与车床主轴中心线等高，选用刀尖圆弧半径补偿程序编程，加工了3件，经三坐标丈量查验，3件全部不合格，原因是球面概括度差错为0.015～0.02mm。至此，证明原工艺是不现实的。为了、经济批量加工，改用了如下工艺道路：粗加工→去应力→精车内球面→内球面开装配槽→用外球面形状研磨具研磨内球面达图样要求→探伤→查验→油封。工艺改进后已成功加工出一批合格产品。

2.精车内球面概括度超差问题

早在数控车床没有普及的时代，用成型车刀精车之后再研磨的工艺办法成功地加工出如图5所示的球面上色量规（其技术要求是：环规按塞规上色修合，上色面积）。现在数控车床替代了一般车床，数字程序替代了原来成型车刀，却没有加工出图1所示的零件。现剖析如下：

（1）精细球面加工工艺基础。精细球面能够看作是精细半圆（见图6）绕经过该半圆圆心的剖分线反转一周构成的反转体。

在一般车床上用圆弧构成型样板刀加工时（见图7），样板刀圆弧半径是所车球的半径，样板刀圆弧刃的圆心有必要准确调整到车床主轴反转轴线上，且圆弧刃地点平面与车床主轴反转中心线等高共面，才干车出精细圆球面。为了完成以上条件，照顾到加工对刀便利，通常调整圆弧样板切削刃安装高度，使圆弧刃地点平面与车床主轴反转轴线等高（共面），再经过车削丈量车出球面直径，确保圆弧切削刃圆心坐落车床主轴反转中心线上。

当圆弧刃地点平面与车床主轴反转中心线共面但圆弧刃圆心与车床反转中心间隔不为零时，车出的球面就不圆，而是椭球（见图8）。

当圆弧刃平面平行于车床主轴反转中心线，但高于或低于车床反转轴线（即不共面）时，只要直径大于所车球面的水平截面圆直径，与圆弧刃构成的圆位置重合时，才有或许车成圆球，但此刻所车球面直径已大于要求直径（见图9）。

当圆弧构成型切削刃或数控刀尖车出的轨道圆弧（以下简称母线圆弧）地点平面平行于车床主轴反转中心线，但高于或低于车床主轴反转中心线（以下简称车床轴线）时，即便母线圆弧半径很准确且其圆心位置也准确坐落包括车床轴线的铅垂面内，假定图样要求球面半径为R，母线圆弧地点平面与车床轴线间隔为H，则车出的球面半径为（R2+H2）0.5mm，若为了确保球面半径R持续进刀，则车成椭球（见图10）。

总归，有必要确保母线圆弧半径和母线圆弧圆心准确调整到车床轴线上，且母线圆弧与车床轴线等高共面，才干车出预订半径的精细圆球，三者缺一不可。

（2）数控车床加工精细内球面。首要调整车刀安装高度使刀尖与数控车床轴线等高，当运用刀尖圆弧半径为零（假定理想刀尖）的车刀编程时，使刀尖走过的圆弧轨道半径等于球面半径；当运用刀尖圆弧半径不等于零的圆弧刀尖车刀加工时，运用刀尖圆弧半径补偿程序编程。对不具备刀尖圆弧半径主动补偿功用的经济型数控车床，假定图样要求球面半径为R，刀尖圆弧半径为rε，可选用刀尖圆弧圆心轨道编程，刀尖圆弧圆心编程半径为（R－rε）。这样切削球面时，圆弧切削刃逐点参加切削，母线圆弧半径R相当于半径为（R－rε）的圆等距rε后得出的（见图11）。

当刀尖与数控车床轴线不等高时，假如按母线圆弧圆心和车床轴线坐落同一铅垂面准则进刀，在不考虑其他原因的状况下车出的球面直径差错由公式（1）核算：

ΔR=(R2+H2)0.5－R （1）

式中，R为所车球面半径，H为刀尖走过的母线圆弧平面高于或低于车床轴线的间隔。当R=19.15÷2＝9.575（mm），ΔR=0.013÷2=0.006 5（mm）。由公式（1）核算出H=0.35mm。也就是说，当刀尖高于或低于车床轴线0.35mm时，车出的球面就超出公役带。在批量生产高温合金零件时，遍及运用可转位不重磨机夹刀片，经查阅SANDEVIK刀具手册，精度等级为M的刀片厚度公役为±0.13mm，假定地一次将切削刃调整到与车床轴线等高，那么，当替换刀片时，如不调整刀尖高度，坏的状况是刀尖与车床轴线间隔为0.26mm，其小于0.35mm，可见独自由刀尖高度引起的球面差错不会超出公役带。

当刀尖高度与车床轴线等高时，在不考虑机床进给空隙影响时，刀尖圆弧半径差错是影响球面加工的直接要素。肯定的尖刀是不存在的，假定刀尖圆弧半径为零的车刀耐用度很低，不适合批量加工高温合金零件，选用刀尖圆弧半径补偿程序编程时，有必要输入刀尖圆弧半径数值，经查阅SANDEVIK刀具手册，仿形加工用圆弧切削刀具刀尖圆弧直径2rε公役为±0.02mm。而SANDEVIK刀片VCMW070204，刀尖圆弧半径为rε=0.4mm，没有给出公役，查国标GB2078—87，刀片VCMW070204刀尖圆弧半径为rε=0.4±0.10mm，数控系统主动将理想刀尖圆弧半径补偿到母线圆弧加工中，刀尖圆弧半径差错以1﹕1倍率影响到加工球面半径差错。经过作图与理论核算，能够算出，在图1所示轴向长度14mm范围内，包括在公役为0.006 5mm圆度公役带内理想圆弧半径为R=9.575±0.013 9mm，当不考虑其他要素影响，按刀尖圆弧圆心R=（9.575－0.4）mm编程时，刀尖圆弧半径有必要控制在rε=0.4±0.013 9mm。由此可推理，尖刀加工，刀尖磨损后刀尖圆角半径有必要是rε≤0.013 9mm才有或许车出符合公役要求的内球面，当刀尖磨损至rε＞0.013 9mm时，将车出Z向偏长的椭圆形球面；假如运用圆弧刀尖刀具加工，刀具半径有必要控制在rε=0.4±0.013 9mm，而刀片VCMW070204的刀尖rε=0.4±0.10mm，不符合球面的精度加工要求。可见，独自由刀尖圆弧半径引起的球面加工直径差错已超出球形轴承内球面φ19.15+0.0130   mm的加工要求，假如运用刀片VCMW070204加工，有必要精修刀尖圆弧半径精度，使得rε＜0.013 9mm。

（3）进给丝杠螺母副空隙对加工球面的影响。现代数控车床遍及选用滚珠丝杠螺母副作为伺服进给执行元件，尽管滚珠丝杠螺母副进行了预紧，在受载及运转中不可避免会发生回程空隙。在编程时有必要引起注意，避免回程空隙引起形位差错。在加工图4所示零件时，能够选用一段程序从A点车到C点，但车刀在经过B点时，X轴进给由正向转换为反向，反向脉冲使丝杠反转，消除空隙所需的反转没有使车刀得到应有的X反向进给，形成AB段与BC段形状不对称（见图12），形成球面不圆。当回程空隙超越0.065mm时，车出的球面就超出

公役带。因此，当车削精细球面时，假如车床回程空隙超越零件公役1/3，有必要编两段程序，一段从A到B，另一段从C到B。这样避免了图12所示形状差错，但会发生如图13所示由Z轴进给反向形成的形状差错，尽管左右是对称的，但晦气于球形研磨东西定心。

为此，在编程时选用积极补偿的办法，使圆弧AB段、CB段Z向各少进给0.005mm（沿X向少进给0.000 001 3mm），即便AB、CB两端圆弧在B点相交，B点不再是圆的象限点，而是脱离象限点的圆上点，精车后椭球形状如图14所示。

一、前言

机械加工是指通过一种机械设备对工件的外形尺寸或性能进行改动的过程。按加工方式上的不同可分为切削加工和压力加工。

二、机械加工基本常识

以下这些机械加工常识的汇总：

对切削温度的影响：切削速度，进给率，背吃刀量；

对切削力的影响：背吃刀量，进给率，切削速度；

对刀具耐用度的影响：切削速度，进给率，背吃刀量。

当背吃刀量增大一倍时，切削力增大一倍；

当进给率增大一倍时，切削力大约增大70%；

当切削速度增大一倍时，切削力逐步减小；

可以依据铁屑排出的情况判断出切削力，切削温度是否在正常范围内。

当所量的实践数值X与图纸直径Y之大于0.8时车的凹圆弧时，副偏角52度的车刀（也就是我们常用的刀片为35度的主偏角93度的车刀）所车出的R在起点位置的当地可能会擦刀。

铁屑颜色所代表的温度：

白色小于200度

黄色220-240度

暗蓝290度

蓝320-350度

紫黑大于500度

手动刀尖R补偿公式：

从下往上车倒角：Z=R*（1-tan(a/2)）X=R(1-tan(a/2))*tan(a)从上往下车倒角将减改成加即可。

三、在数控车加工时，以下几点应特别注意：

（1）关于目前我国的经济数控车床一般选用的是一般三相异步电机通过变频器完结无级变速，假如没有机械减速，往往在低速时主轴输出扭矩不足，假如切削负荷过大，简单闷车，不过有的机床上带有齿轮档位很好的处理了这一问题；

（2）尽可能使刀具能完结一个零件或一个作业班次的加作业业，大件精加工特别要注意中心避免半途换刀确保刀具能一次加工完结；

（3）用数控车车削螺纹时因尽可能选用较高的速度，以完结，出产；

（4）尽可能运用G96；

（5）高速度加工的基本概念就是使进给超过热传导速度，从而将切削热随铁屑排出使切削热与工件阻隔，确保工件不升温或少升温，因而，高速度加工是选取很高的切削速度与高进给相匹配一起选取较小的背吃刀量；

（6）注意刀尖R的补偿。