刀具開發(fā)技術(shù)的改進(jìn)導(dǎo)致越來越多高效率切削材料的應(yīng)用。這種不斷的技術(shù)開發(fā)使刀具的效率在20世紀(jì)中提高了約30倍。CVD薄涂層和PVD涂層對刀具表面性能有很大的改善作用，直到現(xiàn)在這種作用也遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有窮盡。利用現(xiàn)代 分析 技術(shù)，可以清楚觀察到刀具表面的微觀結(jié)構(gòu)，從而準(zhǔn)確地認(rèn)識其顯著的優(yōu)化作用。
以前，刀具的表面結(jié)構(gòu)都是通過預(yù)定的工藝程序來實(shí)現(xiàn)的，如今可根據(jù)最優(yōu)化的工具性能進(jìn)行功能設(shè)計(jì)。
表面改性處理的目的是改善表面摩擦條件，從而有利于提高刀具壽命或加工效率，有利于提高刀具耐磨性，有利于降低摩擦熱，減少磨損。最常用的表面改性處理方法為材料的表面涂層。通過高硬度金屬的碳化物、氮化物和氧化物的復(fù)合化，可以調(diào)整單種化合物的性能，特別是在提高抗磨性、抗氧化磨損、擴(kuò)散磨損和粘結(jié)磨損等的能力方面。當(dāng)然，將其他材料引入表面(如通過注入法)也可以對材料的表面性能產(chǎn)生持久的影響。
切屑與工具之間的粘附機(jī)理除了機(jī)械性咬合，主要表現(xiàn)為摩擦。通過一種材料改性處理方法——在刀具表面沉積軟涂層—一可以有效改善摩擦性能。
此外還可以進(jìn)行表面形貌方面的改性處理，如通過拋光或有目的的打毛(為了形成潤滑油槽)來實(shí)現(xiàn)。拋光是一種傳統(tǒng)的、通過機(jī)械方式來降低摩擦的方法,特別適用于不加潤滑劑到切削區(qū)的切削刀具，拋光在大多數(shù)情況下都是一種有效降低摩擦的方法。
周期性的表面結(jié)構(gòu)可通過拋光加工形成。用平版印刷方法或激光也可獲得某種形狀的結(jié)構(gòu)元素。與金屬板材加工相比，目前這些方法在切削加工中還不常見。該方法的一個理論依據(jù)是，微觀結(jié)構(gòu)化可降低在切屑與工具之間的熱傳遞，并減少刀具的熱負(fù)荷。
PVD涂層的拋光
拋光工藝屬于表面形貌的改性處理。對磨削的或涂層的表面有各種不同的拋光方法。除了用于大批量零件的特魯瓦拋光法外，還有常用于刀具生產(chǎn)中的毛刷法和噴砂法。這些方法都不新穎，已在切削刀片生產(chǎn)中使用多年，如用于拋光CVD厚涂層的花椰菜狀表面結(jié)構(gòu)。拋光過的切削刀片在切削6分鐘時間后顯示出非常均勻的磨損。而未拋光的刀片顯示出平行的微觀裂縫，這會導(dǎo)致磨損帶迅速變寬，并使刀具提前失效。
這些拋光方法現(xiàn)在也常常用于PVD涂層。如在一個PVD涂層的孔加工刀片表面上，可以看到在PVDARC方法中被稱為“液滴”的結(jié)構(gòu)。這些液滴的作用就象河床中的石頭，阻礙著切屑的排除進(jìn)程，這在孔加工中特別不利。如果能使切屑快速并少摩擦地排除,那么切屑和工具之間的接觸時間減少，向刀具傳遞的熱量也減少。不受阻礙的切屑排除使切削力更小，避免了切屑在鉆頭、銑刀槽中產(chǎn)生咬合和堵塞。拋光的質(zhì)量取決于拋光方法的選擇和工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)。
拋光工序的好處是明顯的，我們來看一個麻花鉆頭的例子。一臺為終檢而開發(fā)的測量儀器，可測定切屑槽中的摩擦力。摩擦力的降低與表面狀況有關(guān)。拋光過的鉆頭槽摩擦系數(shù)只有未拋光的25%。處理過的鉆頭允許更高的切削用量和鉆孔深度。此外，更穩(wěn)定的切屑排除還延長了刀具的壽命。
表面宏觀處理工藝
表面的拋光避免了可能對刀具性能產(chǎn)生不利影響的跑合效應(yīng)。 研究 表明，整體硬質(zhì)合金刀具在最初所作的10次鉆孔時都是處于“跑合”狀態(tài)，并且進(jìn)給力幾乎都只有一半。拋光過的刀具顯示出非常好的如同沒有“跑合”的性能。為了保證刀具的性能，這種表面處理在干式切削中是絕對必要的。但即使是在傳統(tǒng)的濕式切削中，通過適當(dāng)?shù)谋砻鎾伖庖部娠@著延長刀具壽命，使切削更加可靠。
磨削后的表面大多呈現(xiàn)一種具有典型磨削痕跡的周期性結(jié)構(gòu)。如果立刻進(jìn)行涂層，這種形狀就會保留下來。但是，由于會對表面產(chǎn)生影響的工序如刃口倒圓(大多通過噴砂或刷拂進(jìn)行)或涂層預(yù)處理都是必需的，因此必須進(jìn)行磨削表面的改性處理。這些工序的正確進(jìn)行可以產(chǎn)生有利的影響。沿切屑排出方向的橫向磨削痕跡會對切屑的排出產(chǎn)生不利影響，應(yīng)當(dāng)將它平整，獲得一種宏觀上光滑的表面。這樣預(yù)處理過的表面可以在涂層后再次進(jìn)行拋光，這樣更為簡單和有效。
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