对于面临的切削加工任务,PVD涂层刀具、CVD涂层刀具还是非涂层刀具哪一种才是最佳选择呢?
化学气相沉积(CVD)涂层是始于20世纪60年代的一项成熟技术,并已广泛应用于钢和铸铁工件(尤其是汽车零部件)的车削加工。TiCN和Al2O3厚膜CVD涂层可以为钢和铸铁的车削和断续切削提供所需的耐磨性。
物理气相沉积(PVD)涂层技术的问世时间相对较晚(20世纪90年代),但在航空航天、能源、医疗、化工等行业,PVD涂层在钛合金、镍基合金、耐热超级合金、Inconel合金和其他难切削材料加工中的应用正在快速增长。

为了选用合适的涂层类型,就必须同时考虑涂层工艺和工件材料。CVD和PVD是两种主要的硬质合金刀片涂层工艺,它们各具特点和优势。例如,CVD涂层比较厚(通常为9-20µm),具有极好的耐磨性,使其非常适合切削钢和铸铁材料,并被广泛应用于车削加工。然而,遗憾的是,这种厚涂层可能不利于提高切削刃的韧性。PVD涂层比较薄(通常为2-3µm),但与CVD涂层相比,其韧性更好,表面也更光滑,因此更适合加工高温合金、钛合金和难切削的不锈钢等,这些材料通常容易引起刀具的刻划磨损或切削刃崩刃。
PVD涂层通常比较薄,因此适用于要求切削刃较为锋利的整体式刀具,如整体式钻头、整体硬质合金立铣刀和丝锥等。PVD涂层的另一个特点是会产生压应力,从而有助于提高涂层的韧性。
PVD和CVD技术并不是竞争关系,而是互补关系。目前,无论是在沉积温度上,还是在适用的工件材料上,这两种技术都已在一定程度上相互交叉重叠。航空航天工业需要加工大量难切削材料,如钛合金、Inconel合金和高温合金。在这些领域,通常主要采用PVD涂层,同时也补充使用一些CVD涂层。

如今,各种先进的涂层工艺和涂层材料令人眼花缭乱,因此,要确定适合自己加工需求的最佳刀片牌号并不总是一件容易的事。从工件材料入手是最好的出发点,因为被加工材料的类型在确定是否需要选用涂层(或非涂层)硬质合金刀片上起着关键作用。切削加工黑色金属材料(如铁、铸铁、钢或不锈钢)时,必须选用涂层硬质合金刀片。切削加工高温合金(尤其是具有中-高切削性能指数的合金)时,大部分情况下都需要选用涂层刀片。加工钛合金也可以从使用涂层中受益,尤其是在不使用高压冷却液的情况下。
非涂层刀片主要用于有色金属(如铝、黄铜和一些硬度不高的合金材料)以及不锈钢的切削加工。非涂层刀片很适合那些要求切削刃非常锋利的加工。一旦使用了涂层,就无法获得极其锋利的切削刃,因为涂层很难附着在锋利的刃口上。此外,硬质合金的精磨光洁度优于涂层,用精磨硬质合金加工铝、黄铜和粘性合金效果更好。
对于钻削加工,虽然涂层对提高切削部位的耐磨性十分重要,但对钻头的排屑槽却毫无益处。即使是最光滑的涂层,也显得过于粗糙,只会增大摩擦力、减缓切屑流动。在钻削难加工材料时,这一点尤其重要。通过在涂层时遮住排屑槽,并将排屑槽的硬质合金表面磨光,将有助于加快切屑流动。此外,钻头的几何形状,包括钻尖和排屑槽几何形状对钻头的切削性能也有很大影响。

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