涂層刀具的使用效果除與涂層方法及設(shè)備、涂層工藝和涂層材料有關(guān)外,還有以下情況。
涂前刀具的表面質(zhì)量
被涂刀具表面應(yīng)是光亮的磨光面,刀具各工作表面上不得有銹斑、磨糊、氧化、崩刃等缺陷,要求刃口上無(wú)毛刺。前、后刀面上的表面粗糙度應(yīng)達(dá)到Ra<0.8~1.25μm。表面粗糙度值愈小,涂層的結(jié)合度愈好。此外,刀具表面的清洗質(zhì)量也十分重要。
刀具基體材料
涂層刀具的基體材料與涂層材料應(yīng)合理匹配,須根據(jù)不同的加工要求選用。涂層高速鋼刀具的基體,既可用W6Mo5Cr4V2(M2)的通用型高速鋼,也可用含鈷的超硬高速鋼和粉末冶金高速鋼(PM HSS)。因粉末冶金的基體均勻,故使用效果好。加工鈦合金時(shí),推薦用含鈷超硬高速鋼如W2Mo9Cr4VCo8(M42)作為刀具的基體材料。對(duì)于涂層滾刀,當(dāng)以正常切削速度(小于45m/min)加工齒輪時(shí),崩刃是滾刀磨損的主要原因,因此應(yīng)選擇韌性較好的W6Mo5Cr4V2高速鋼作為刀具的基體材料;而在高速滾齒時(shí)(切削速度大于100m/min),月牙洼磨損是滾刀磨損的主要原因,因此應(yīng)選用耐熱性和耐磨性較高的含鈷超硬高速鋼或CW9Mo3Cr4VN高速鋼為刀具的基體材料。
涂層硬質(zhì)合金刀具的基體,在加工鋼材時(shí),宜選擇加工鋼材的硬質(zhì)合金,如WC-TiC-Co或WC-TiC-TaC-Co類(lèi)合金(P30用得較多);加工鑄鐵和有色金屬時(shí),宜選擇WC-Co類(lèi)合金(K20用得較多)。
被加工材料的硬度及切削加工性,對(duì)涂層刀具的使用效果也有一定影響。試驗(yàn)證實(shí),涂層刀具最適于切削高硬度和耐磨合金一類(lèi)難加工材料。
刀具的幾何角度
由于涂層的潤(rùn)滑性好,所以涂層刀具工作時(shí)常會(huì)在工件表面上打滑,為此涂層刀具上的后角應(yīng)比未涂層刀具的后角略大。實(shí)踐表明,對(duì)鉸刀等一類(lèi)精加工刀具,加大后角后,可使刃口鋒利,切屑形成容易,打滑現(xiàn)象明顯減少,刀具的使用性能提高。
切削用量和切削液
為了充分發(fā)揮涂層刀具的性能,必須正確選用切削用量和切削液。涂層刀具由于耐熱性好,抗月牙洼磨損能力強(qiáng),故可采用較大進(jìn)給量和切削速度工作,但首先應(yīng)選取較大進(jìn)給量。通常涂層高速鋼刀具采用的進(jìn)給量比未涂層刀具提高10%~100%,提高20%~30%的切削速度是合適的。為了提高工效,涂層硬質(zhì)合金刀具也可采用比未涂層刀具高25%~70%的切削速度進(jìn)行切削。目前,用涂層硬質(zhì)合金通用刀具加工中碳結(jié)構(gòu)鋼時(shí)的切削速度,立銑刀可達(dá)100~150m/min,鉆頭可達(dá)80~100m/min;絲錐加工鑄鐵為20~40m/min。
實(shí)踐證明,使用20號(hào)機(jī)械油加10%煤油冷卻時(shí),可使涂層高速鋼鏜刀的壽命提高1~2倍。TiN涂層高速鋼滾刀加工20CrMnTi(197HBS)鋼制斜齒圓柱齒輪(模數(shù)m=5)時(shí),使用20號(hào)機(jī)械油和煤油混合潤(rùn)滑,刀具壽命可提高5倍左右,即使重磨后也可提高2~3倍,干切時(shí)壽命僅提高1倍。
涂層刀具使用時(shí)還要求機(jī)床的精度好、剛性高和振動(dòng)小,刀具或刀片的夾持也應(yīng)牢固。
涂層刀具的重磨和重涂
涂層刀具磨損后必須進(jìn)行重磨。涂層刀具重磨時(shí),須將刀具上的磨損部分全部磨掉。對(duì)于只需重磨前刀面的刀具(如拉刀、齒輪滾刀和插齒刀等)或只需重磨后刀面的刀具(如鉆頭和鉸刀等),若在其毗連切削刃的另一個(gè)刀面(如鉆頭的螺旋出屑槽)上的涂層未受損傷,刀具耐磨性即可提高。重新刃磨后的涂層刀具,其刀具壽命可達(dá)原來(lái)新涂層刀具壽命50%左右或更長(zhǎng),仍比未涂層刀具的壽命要高。
刃磨涂層硬質(zhì)合金刀具所用砂輪可采用金剛石砂輪。但刃磨涂層高速鋼刀具時(shí),用立方氮化硼(CBN)砂輪磨削有較好效果。刀具的磨損處應(yīng)全部磨去,涂層不能剝落,又不能使刀具退火。
使用涂層刀具的一個(gè)重要問(wèn)題是重磨后刀具切削性能恢復(fù)的問(wèn)題,即刀具每次刃磨(開(kāi)口)后可否再進(jìn)行重復(fù)涂層(重涂)的問(wèn)題。對(duì)于重磨的成形刀具,只有進(jìn)行重涂,才能保證刀具的總壽命提高3~5倍以上。凡重涂刀具首先必須按工藝要求將各幾何參數(shù)磨好,其磨光部分不允許存在各種質(zhì)量缺陷,如磨糊、毛刺等。重涂時(shí)可采用局部屏蔽技術(shù)只對(duì)刃磨面進(jìn)行涂層。對(duì)于不采用屏蔽技術(shù)的重涂,在重涂4~6次后,刀具的非刃磨面的涂層厚度就會(huì)過(guò)大,從而影響刀具的精度和產(chǎn)生局部剝落現(xiàn)象,此時(shí)要對(duì)刀具進(jìn)行脫膜處理后再重涂。重涂后的刀具切削性能一般不低于第一次新涂層刀具,刀具可重涂多次,直到報(bào)廢為止。
由上可知,重涂對(duì)提高刀具耐磨性和生產(chǎn)率是有很大潛力的。但重磨后是否要重涂,還要看該刀具在技術(shù)上可否重涂和在經(jīng)濟(jì)上是否合算而定。