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刀具涂層的表面光滑技術(shù)

        目前，在全球機(jī)械加工行業(yè)中，日本的機(jī)床和切削刀具以其優(yōu)良的性能和品質(zhì)獲得了很高評(píng)價(jià)，并被廣泛使用。對(duì)于可轉(zhuǎn)位刀片而言，半數(shù)以上使用了涂層牌號(hào)，從而保證了切削刃的耐磨性與韌性之間的平衡。

　　
        雖然日本生產(chǎn)的涂層刀具進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)較晚，但由于不斷投入先進(jìn)技術(shù)，使其在世界涂層刀具領(lǐng)域已步入技術(shù)領(lǐng)先的地位。日本各工具制造廠正夜以繼日地研發(fā)新技術(shù)并投入涂層刀具生產(chǎn)中。本文以三菱材料公司開(kāi)發(fā)并運(yùn)用于產(chǎn)品中的新技術(shù)為例，介紹涂層刀具技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r。

　　
1 、從市場(chǎng)需求看涂層刀具的技術(shù)發(fā)展前景　
　　從提高產(chǎn)品精度和質(zhì)量、降低環(huán)境污染的角度出發(fā)，日本國(guó)內(nèi)的機(jī)械制造業(yè)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)展開(kāi)了一場(chǎng)轟轟烈烈的生產(chǎn)技術(shù)和加工技術(shù)革新。
　　但在加工技術(shù)的革新過(guò)程中，涂層刀具的某些性能事實(shí)上并沒(méi)有完全達(dá)到用戶的要求，影響刀具壽命的切屑粘結(jié)現(xiàn)象就是其中之一。就是說(shuō)，雖然涂層刀具在耐磨性能和耐崩刃性能上取得了飛躍發(fā)展，但在如何克服切屑粘結(jié)現(xiàn)象以提高性能方面還不夠先進(jìn)。這種切屑粘結(jié)現(xiàn)象造成的損害在以不銹鋼、球墨鑄鐵為代表的難切削材料的加工中時(shí)有發(fā)生。因?yàn)樗鼘儆诜钦Ｄp，且難以預(yù)料，所以刀具壽命的變化幅度較大。由于存在這種不穩(wěn)定因素，通常在加工時(shí)不得不把可加工工件數(shù)指標(biāo)設(shè)定得較低，這在一定程度上影響了加工成本的降低?！　?br/>　　因此，通過(guò)提高刀具切削刃的表面光滑性，防止刀具與被切削材料產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象，從而獲得加工性能改善的切削刀片就顯得尤為重要。雖然這些表面光滑技術(shù)都是以最大限度地發(fā)揮涂層材料本身的耐磨耗性能，從而提高加工穩(wěn)定性為目的，但各個(gè)公司采用的策略和方法卻各有不同，有的是采用機(jī)械方法，有的則是通過(guò)改善涂層組織來(lái)獲得表面光滑的切削刃。

　　
2 、表面光滑技術(shù)所適用的產(chǎn)品　
　　在 CVD涂層刀片常用的加工速度范圍內(nèi)，由于切削刃要承受500℃以上的高溫，因此多數(shù)基體材料上都涂覆了熱穩(wěn)定性能優(yōu)良的A12O3膜。A12O3涂層屬于結(jié)晶性陶瓷，如果為了提高耐磨性而涂得太厚，鍍膜表面的凹凸度也會(huì)隨之增加，表面粗糙度加大。在切削過(guò)程中，被切削材料容易粘結(jié)在刀具表面，且在斷續(xù)切削時(shí)難以有效地分散加工沖擊力，從而容易導(dǎo)致積屑瘤、崩刃等異常損傷的發(fā)生。 

       三菱材料公司很早就開(kāi)始進(jìn)行利用涂層刀具表面光滑技術(shù)來(lái)提高刀具切削性能的研發(fā)工作，并實(shí)施了多項(xiàng)研發(fā)成果。作為第一項(xiàng)應(yīng)用于產(chǎn)品的表面光滑技術(shù)，在用于高速車削不銹鋼的刀片牌號(hào)US7020上，經(jīng)CVD涂層后實(shí)施了機(jī)械處理的表面光滑技術(shù)。在強(qiáng)韌的硬質(zhì)合金基體材料上涂覆了以柱狀晶TiCN膜和微粒光滑的A12O3膜為主體的多層硬質(zhì)膜后，該涂層刀具在不銹鋼的切削加工中顯示出優(yōu)良的切削性能，再加上采用了如前所述的表面光滑技術(shù)，有效抑制了被切削材料對(duì)切削刃的粘結(jié)現(xiàn)象。對(duì)于不銹鋼加工而言，即使在 V＝200m/min的高速切削的條件下，也能保證穩(wěn)定的刀具壽命?！　?br/>　　另外，在用于車削鋼材的代表性刀片牌號(hào)UE6010和UE6020 上也可采用表面光滑技術(shù)。適用于上述材質(zhì)的表面光滑技術(shù)稱為“光滑涂層技術(shù)”，是采用特殊的CVD技術(shù)，通過(guò)控制涂層生長(zhǎng)來(lái)獲得光滑的涂層表面。它是一種非機(jī)械處理方式，可在不損傷涂層的情況下實(shí)現(xiàn)涂層表面的光滑性。

3 、最佳的“全黑超級(jí)光滑涂層”技術(shù)　
　　在車削加工鑄鐵用的最新刀片牌號(hào)UC5105和UC5115上，運(yùn)用了獨(dú)特的化學(xué)處理表面光滑技術(shù)與機(jī)械光滑技術(shù)有機(jī)結(jié)合的復(fù)合表面處理技術(shù)——“全黑超級(jí)光滑涂層”。這項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用可使涂層表面的光滑性達(dá)到極致?！　?br/>　　除了表面光滑技術(shù)以外，另一種全新的涂層材料高耐磨技術(shù)也適用于上述牌號(hào)。對(duì)于切削刀具而言，球墨鑄鐵屬于特別難切削的材料之一。但由于應(yīng)用了 UC5105、UC5115牌號(hào)，使刀具的異常損傷大幅度減少，解決了球墨鑄鐵加工難題。另外，以高硬度硬質(zhì)合金為基體材料的UC5105牌號(hào)的應(yīng)用，使傳統(tǒng)的涂層刀具難以完成、屬于陶瓷刀具切削領(lǐng)域的鑄鐵高速加工成為可能。