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涂层高速钢

(2020-03-29 05:58:53) 百科综合
涂层高速钢

涂层高速钢

高速钢刀具的表面涂层是採用物理气相沉积(PVD)方法,在刀具表面涂覆TiN等硬膜,以提高刀具性能的新工艺。涂层的高速钢是一种複合材料,基体是强度、韧性较好的高速钢,而表面层是高硬度、高耐磨性的材料。TiN有较高的热稳定性,与钢的摩擦係数较低,而且与高速钢涂层结合牢固。表面硬度可达2200HV,呈金黄色。

涂层高速钢刀具切削力、切削温度约下降25%,切削速度、进给量约提高一倍左右,刀具寿命显着提高。即使刀具重磨后其性能仍优于普通高速钢。已在钻头、丝锥、成型铣刀、切齿刀具上广泛套用。除TiN涂层外,新开发的TiC、TiAIN涂层在切削不鏽钢、铸铁时性能更好。

基本介绍

  • 中文名:涂层高速钢
  • 外文名:Coated high speed steel
  • 表面涂层方法:是採用物理气相沉积(PVD)方法
  • 特点:切削速度、进给量高
  • 表面硬度:可达2200HV
  • 套用:钻头、丝锥、成型铣刀、切齿刀具

涂层高速钢性能特点

高速钢刀具的硬度为62HRC-70HRC(766HV-1037HV),採用物理气相沉积法(PVD)涂覆2μm-6μm的TiC或TiN涂层,可使刀具表层硬度提高到2000HV-3200HV(83HRC以上),超过硬质合金的硬度,使刀具表层的耐热性达到1000℃以上,切削速度可提高50%~100%,刀具耐用度可提高2倍~10倍。如果涂层后再刃磨前刀面或后刀面后,其刀具耐用度还可以提高2倍左右。涂层高速钢刀具的切削力可减小20%~40%,切削热可降低20%,涂层后可减小摩擦和抗磨料磨损与黏结磨损。还可以採用PCVD涂层工艺方法,在高速钢刀具表面涂金刚石或CBN。因为PCVD工艺涂层温度高于PVD,低于CVD,并低于高速钢的回火温度(5500℃)。

高速钢刀具的选用

高速钢刀具在强度、韧性及工艺性等方面具有优良的综合性能,而且製造工艺较简单,成本低,易于磨出锋利的切削刃,对工具机专用性要求不高,因此,在複杂刀具、成形刀具,尤其是孔加工刀具、铣刀、螺纹刀具、拉刀、齿轮刀具等一些刃形複杂刀具製造中,高速钢仍占据重要地位。高速钢刀具材料的发展主要表现于两个方面:一是高性能高速钢的套用面扩大;从製造複杂刀具扩大到钻头、丝锥、立铣刀等通用刀具;二是粉末冶金高速钢性能进一步提高,性价比提高,使用量也增加,从而使高速钢刀具在套用领域的切削效率也相应提高。新型高性能高速钢製成的各种成形拉刀、高速滚刀、剃齿刀、丝锥、立铣刀及滚压刀具已大量套用于轿车、机车、航空发动机、汽轮机等製造行业,用于各种高强度钢和铸铁、合金结构钢、耐热合金钢、不鏽钢、整体铝合金等材料的加工。

选用原则

高速钢的牌号很多,且各自具有特点及其套用範围。用它作为刀具材料,应根据加工材料的性能、製造刀具的类型、加工方式和工艺系统刚性等条件合理选择。其选用原则如下:
1)普通高速钢价格较低,主要用于加工普通钢、合金钢和铸件。高性能高速钢主要用于加工不鏽钢、高强度钢、耐热钢等难加工材料。
2)通用刀具与複杂刀具相比其製造工艺简单,製造精度也较低。考虑到刀具成本中材料消耗费用所占比例较大,所以常用普通高速钢製造。数控工具机和自动线上所使用的刀具,要求稳定可靠地切削,以及拉刀、齿轮刀具等複杂刀具的製造精度和技术要求较高,在刀具成本中加工费用所占比例较大,故套用高硬度、高耐磨的高性能高速钢和粉末冶金高速钢製造。
3)含钴的高性能高速钢有较高的高温硬度,在切削条件平稳的情况下,刀具寿命可显着提高,这类高速钢的韧性较差,因此,它不适于断续切削或在工艺系统刚性不足的条件下使用,否则容易打刀或崩刃。
4)高钒高速钢,因其磨削性能较差,切削刃容易烧伤退火,故不宜用于製造小模数插齿刀、螺纹刀具等複杂刀具。

高速钢涂层製造刀具优点

1)较高的刀具寿命和切削加工生产率。涂层高速钢刀具的寿命一般可比未涂层刀具提高2~3倍。例如,涂层钻头的寿命可提高3~10倍;涂层丝锥可提高5~10倍;涂层齿轮刀具可提高3~6倍;涂层挤压模具可提高6~10倍。当刀具的寿命不变时,切削速度可提高20%~30%,甚至1~2倍。此外,涂层高速钢刀具的进给量可以提高10%~20%,因而切削加工效率一般可提高50%~100%。生产实践表明,TiN涂层齿轮刀具的切削速度可提高30%~50%,进给量提高10%~20%,并且对刀具的寿命并无多少不利影响。
2)较小的切削力和切削扭矩,较少的刀具破损。用涂层钻头和丝锥加工时,由于摩擦因数降低,切屑粘接减少,可使钻头轴向力及钻削或攻螺纹时的转矩降低20%~40%,大大减少刀具的崩刃现象。
3)较高的加工精度和加工表面质量。用涂层钻头钻孔时,由于积屑瘤得以减少或消除,使得孔径的扩大量显着减小,孔的精度得以提高(1~2级),表面粗糙度可比未涂层钻头加工件大约小50%,钻孔时常常可以省去铰孔和去毛刺等工序。用涂层钻头可加工软钢、耐腐蚀的镍合金、高温合金等难加工材料。
用涂层铰刀加工时,不仅可以显着减小表面粗糙度,而且随着切削速度和进给量的增大,涂层铰刀的表面粗糙度仅略有增加,而未涂层刀具在加工的过程中,表面粗糙度却急剧增大。涂层铰刀在加工像铝、软钢、不鏽钢、灰铸铁及容易产生积屑瘤的高合金工具钢时效果很好。用涂层丝锥攻螺纹时,螺纹表面粗糙度值大约可减小50%,同时,由于积屑瘤的减少,使得螺纹表面擦伤的可能性降低,可延长丝锥加工标準螺孔的寿命。

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