超晶PVD涂層技術(shù)在刀工具上的應(yīng)用

1、pvd涂層技術(shù)在刀具上的應(yīng)用涂層技術(shù)在刀具上的應(yīng)用美國(guó)超晶集團(tuán)美國(guó)超晶集團(tuán)納獅涂層事業(yè)部納獅涂層事業(yè)部2002年來(lái)到中國(guó)年來(lái)到中國(guó)我們利用自主專利的我們利用自主專利的spark納米涂層技術(shù)納米涂層技術(shù) 嘉興納諾人工晶體有限公司嘉興納諾人工晶體有限公司 東莞瀚晶納米材料有限公司東莞瀚晶納米材料有限公司 臺(tái)州超晶人工晶體有限公司臺(tái)州超晶人工晶體有限公司 常州超晶人工晶體有限公司常州超晶人工晶體有限公司 重慶超晶人工晶體有限公司重慶超晶人工晶體有限公司 西安涂層中心（西安涂層中心（2011年）年） 成都涂層中心（成都涂層中心（2012年）年） 廈門涂層中心（廈門涂層中心（2012年）年）納獅涂層中國(guó)

2、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)納獅涂層中國(guó)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)納獅涂層廠房實(shí)景納獅涂層廠房實(shí)景涂層硬度計(jì)涂層硬度計(jì)附著力測(cè)試儀附著力測(cè)試儀磨耗儀磨耗儀涂層膜厚儀涂層膜厚儀實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室車削實(shí)驗(yàn)車削實(shí)驗(yàn)疲勞試驗(yàn)機(jī)疲勞試驗(yàn)機(jī)鹽霧箱鹽霧箱納獅涂層研發(fā)中心納獅涂層研發(fā)中心目目 錄錄1. 涂層刀具及其種類涂層刀具及其種類2. 刀具涂層優(yōu)點(diǎn)刀具涂層優(yōu)點(diǎn)3. 刀具涂層技術(shù)及特點(diǎn)刀具涂層技術(shù)及特點(diǎn)4. pvd涂層材料，特點(diǎn)與應(yīng)用涂層材料，特點(diǎn)與應(yīng)用5. 涂層技術(shù)及涂層材料發(fā)展涂層技術(shù)及涂層材料發(fā)展6. 刀具涂層前處理要求刀具涂層前處理要求7. 正確選擇刀具涂層正確選擇刀具涂層8. 刀具重磨，退鍍及再涂層刀具重磨，退鍍及再涂層9. 涂層刀具加工實(shí)

3、例涂層刀具加工實(shí)例10.超晶公司簡(jiǎn)介超晶公司簡(jiǎn)介1. 涂層刀具及其種類涂層刀具及其種類涂層刀具涂層刀具是在強(qiáng)度和韌性較好的是在強(qiáng)度和韌性較好的硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金或或高速鋼高速鋼(hss)基基體表面上，利用體表面上，利用氣相沉積氣相沉積方法涂覆一薄層耐磨性好的難熔方法涂覆一薄層耐磨性好的難熔金屬或非金屬化合物而獲得的。金屬或非金屬化合物而獲得的。 u高速鋼刀具，高速鋼刀具，u硬質(zhì)合金刀具硬質(zhì)合金刀具u陶瓷刀具陶瓷刀具 涂層刀具種類：涂層刀具種類：車刀片、銑刀片、立銑刀、鉆頭、鏜刀、鉸刀、拉刀、絲錐、車刀片、銑刀片、立銑刀、鉆頭、鏜刀、鉸刀、拉刀、絲錐、螺紋梳刀、滾壓頭、成形刀具、螺紋梳刀、滾壓頭、

4、成形刀具、齒輪滾刀齒輪滾刀和和插齒刀插齒刀等等 。tialnwc/co2 mtinpvd涂層刀具涂層刀具鋸片鋸片絲攻絲攻刀片刀片立銑刀立銑刀滾齒刀滾齒刀鉆頭鉆頭鉸刀鉸刀 提高刀具耐磨性，提高刀具壽命提高刀具耐磨性，提高刀具壽命3 35 5倍以上；倍以上； 減少換刀時(shí)間，提高生產(chǎn)效率；減少換刀時(shí)間，提高生產(chǎn)效率； 提高刀具抗高溫氧化性能，提高切削速度提高刀具抗高溫氧化性能，提高切削速度20%20%70%70%； 降低刀體材料與被加材料的親和，避免粘刀；降低刀體材料與被加材料的親和，避免粘刀； 精加工時(shí)，避免積屑瘤，提高加工精度精加工時(shí)，避免積屑瘤，提高加工精度0.50.51 1級(jí)；級(jí)； 降低刀具

5、表面摩擦系數(shù)，減小切削力；降低刀具表面摩擦系數(shù)，減小切削力； 減少或不用切削液，降低成本，減少環(huán)境污染。減少或不用切削液，降低成本，減少環(huán)境污染。2.刀工具涂層優(yōu)點(diǎn)刀工具涂層優(yōu)點(diǎn)涂層刀具具有表面涂層刀具具有表面硬度高、耐磨性好、耐熱耐氧化、熱導(dǎo)硬度高、耐磨性好、耐熱耐氧化、熱導(dǎo)率低、化學(xué)性能穩(wěn)定率低、化學(xué)性能穩(wěn)定和和摩擦因數(shù)小摩擦因數(shù)小等特性。等特性。3. 刀具涂層技術(shù)及特點(diǎn)刀具涂層技術(shù)及特點(diǎn)1.pvd physical vapor deposition2.cvd chemical vapor depositionpvd vs cvdno.工藝工藝pvdcvd1名稱名稱物理氣相沉積物理氣相沉積

6、化學(xué)氣相沉積化學(xué)氣相沉積2涂層種類涂層種類tin、tic、ticn、crn、tialn、craln、dlc等多種等多種tin、tic、ticn、al2o3等等3顯微硬度顯微硬度(hv)18004500210040004涂層厚度涂層厚度(um)18 3155結(jié)合力結(jié)合力良好良好良好良好6光潔度光潔度可達(dá)到鏡面可達(dá)到鏡面一般一般7處理溫度（處理溫度（）20060070010008基材影響基材影響很小很小嚴(yán)重嚴(yán)重9適和處理材料適和處理材料鋼、硬質(zhì)合金、銅等鋼、硬質(zhì)合金、銅等硬質(zhì)合金、鋼材硬質(zhì)合金、鋼材10環(huán)境影響環(huán)境影響綠色環(huán)保綠色環(huán)保污染環(huán)境污染環(huán)境tialnwc/co2 mtinpvd涂層技術(shù)涂

7、層技術(shù)physical vapor depostion （物理氣相沉積） 在高真空環(huán)境中，通過(guò)高溫加熱金屬或合金蒸發(fā)成氣相，或者通過(guò)電子、離子、光子等荷能粒子的能量把金屬或化合物靶濺射出相應(yīng)的原子、離子、分子（氣態(tài)），在固體基體表面沉積成固相膜層，其中也可能涉及到物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)。涂層涂層電焊弧光電焊弧光pvd設(shè)備設(shè)備pvd工藝的比較工藝的比較磁控濺射磁控濺射多弧離子鍍多弧離子鍍spark離化率離化率低低高高高高涂層種類涂層種類多多中中少少機(jī)械性能機(jī)械性能中中高高高高表面質(zhì)量表面質(zhì)量良良差差優(yōu)優(yōu)適用適用模具模具刀具刀具模具，刀具模具，刀具pvd涂層表面形貌對(duì)比涂層表面形貌對(duì)比 磁控濺射磁控濺射多

8、弧離子鍍多弧離子鍍超晶超晶spark4. pvd涂層的性能及應(yīng)用涂層的性能及應(yīng)用pvd涂層涂層涂層說(shuō)明涂層說(shuō)明顏顏 色色膜膜 厚厚 （um）硬硬 度度 （hv）最高最高溫度溫度 （c）摩摩 擦系擦系 數(shù)數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域tin氮化鈦氮化鈦金黃金黃2 to 320006000.23沖壓、射出、耐磨零件、刀具、沖壓、射出、耐磨零件、刀具、絲錐。絲錐。crn氮化鉻氮化鉻銀白銀白1 to 1018007000.25橡膠模具、硅膠模具、半導(dǎo)體封橡膠模具、硅膠模具、半導(dǎo)體封裝模具。銅合加工。裝模具。銅合加工。ticn氮碳化鈦氮碳化鈦灰灰1 to 335005000.2ticn表面摩擦系數(shù)低，涂層硬度表面摩

9、擦系數(shù)低，涂層硬度高。適合重切削，高。適合重切削，0.2mm不銹不銹鋼板沖壓成型。鋼板沖壓成型。tialn氮化鋁鈦氮化鋁鈦?zhàn)虾谧虾? to 334008000.35紅硬性良好，表面光潔度高，可紅硬性良好，表面光潔度高，可用于高速加工。適合模具鋼、用于高速加工。適合模具鋼、hss、硬質(zhì)合金等多種基材。、硬質(zhì)合金等多種基材。altin高鋁鈦高鋁鈦黑紫黑紫1 to 332009000.4紅硬性良好，適合硬質(zhì)合金刀具紅硬性良好，適合硬質(zhì)合金刀具高速加工。高速加工。craln氮化鉻鋁氮化鉻鋁灰白灰白2 to 8300010000.3紅硬性良好，適合高速加工，可紅硬性良好，適合高速加工，可做厚涂層。做厚涂

10、層。dlc 類金剛石類金剛石 黑灰黑灰 1-21-2 25002500 300300 0.10.1 優(yōu)良的耐磨、耐腐蝕性能，摩擦優(yōu)良的耐磨、耐腐蝕性能，摩擦系數(shù)極低，與基體結(jié)合力強(qiáng)。用系數(shù)極低，與基體結(jié)合力強(qiáng)。用于刀具時(shí)，通常以于刀具時(shí)，通常以tialntialn為基體為基體配合使用，用以加工有色金屬、配合使用，用以加工有色金屬、石墨等材料石墨等材料 pvd涂層材料的發(fā)展涂層材料的發(fā)展t t i i n n / / s s i i3 3n n4 4抗抗磨磨損損抗抗磨磨損損抗抗氧氧化化抗抗氧氧化化抗抗磨磨損損抗抗氧氧化化高高溫溫硬硬度度h hv v2 21 10 00 06 60 00 0h h

11、v v2 28 80 00 05 55 50 0h hv v3 30 00 00 07 70 00 0h hv v3 30 00 00 08 80 00 0h hv v4 41 10 00 09 90 00 0- -1 10 00 00 0更耐磨耐高溫耐沖擊 單層：?jiǎn)螌樱簍intin，crncrn，ticnticn，altinaltin，cralncraln等；等； 2-32-3層；層；tin+ticntin+ticn, , tin+altintin+altin；tin+altin+dlctin+altin+dlc，tialn+mostialn+mos2 2等；等； 周期性多層：周期性多層：t

12、in/ticntin/ticn，tin/altintin/altin等，例如等，例如extralextral plus plus是最受歡迎的涂層之一，這是一是最受歡迎的涂層之一，這是一種由種由altinaltinalticrnalticrn組成的多層涂層；組成的多層涂層； 超晶格結(jié)構(gòu)：超晶格結(jié)構(gòu)：aln/tinaln/tin； 納米復(fù)合結(jié)構(gòu)：納米復(fù)合結(jié)構(gòu)：tin/sitin/si3 3n n4 4，tialn/sitialn/si3 3n n4 4，craln/sicraln/si3 3n n4 4，tintin/a-c/a-c等，例如瑞士等，例如瑞士platitplatit公司公司nacon

13、aco納米復(fù)合涂層。納米復(fù)合涂層。6.pvd涂層在齒輪加工刀具的應(yīng)用涂層在齒輪加工刀具的應(yīng)用汽車變速箱齒輪風(fēng)電增速箱齒輪減速機(jī)齒輪出貨出貨取貨取貨清洗清洗退鍍退鍍檢驗(yàn)檢驗(yàn)鈍化鈍化 清洗清洗檢驗(yàn)檢驗(yàn)裝夾裝夾 鍍膜鍍膜 下掛下掛檢驗(yàn)檢驗(yàn)包裝包裝入庫(kù)入庫(kù)領(lǐng)刀領(lǐng)刀加工加工還刀還刀入庫(kù)入庫(kù)修磨修磨入庫(kù)入庫(kù)6.滾刀涂層流程滾刀涂層流程6.刀具涂層前處理刀具涂層前處理鈍化前鈍化前刀具制造工序的最后一道工序刀具制造工序的最后一道工序磨削工序完成后，再對(duì)磨削工序完成后，再對(duì)刀具刃口進(jìn)行一次刀具刃口進(jìn)行一次鈍化處理鈍化處理，則刀刃處將會(huì)出現(xiàn)一細(xì)微的，則刀刃處將會(huì)出現(xiàn)一細(xì)微的圓弧刃口，刃帶也將變得光滑，這就消除了豁

14、牙、鋸齒和圓弧刃口，刃帶也將變得光滑，這就消除了豁牙、鋸齒和裂紋等缺陷。裂紋等缺陷。 各類刀具都要經(jīng)過(guò)仔細(xì)的刃磨，并使加工粗糙度值達(dá)到了各類刀具都要經(jīng)過(guò)仔細(xì)的刃磨，并使加工粗糙度值達(dá)到了ra0.8um，甚至是，甚至是ra0.4um。 鈍化后鈍化后較大的刀刃半徑較大的刀刃半徑 降低應(yīng)力集中降低應(yīng)力集中 減少刀刃微崩減少刀刃微崩刃口鈍化減少微崩刃口鈍化減少微崩研磨毛刺對(duì)涂層的影響研磨毛刺對(duì)涂層的影響卷邊卷邊毛刺毛刺缺口缺口滾刀研磨后的毛刺現(xiàn)滾刀研磨后的毛刺現(xiàn)象象未做鈍化的滾刀涂層后形貌未做鈍化的滾刀涂層后形貌涂層剝落涂層剝落涂層附著在卷邊上涂層附著在卷邊上做鈍化的滾刀涂層后形貌做鈍化的滾刀涂層后形

15、貌1. 干干/濕噴砂濕噴砂2. 尼龍刷鈍化輪尼龍刷鈍化輪3. 立式旋轉(zhuǎn)鈍化立式旋轉(zhuǎn)鈍化4. 滾刀鈍化滾刀鈍化刀具鈍化技術(shù)刀具鈍化技術(shù)根據(jù)加工需要正確選擇刀具涂層有可能是一件令人困惑和費(fèi)根據(jù)加工需要正確選擇刀具涂層有可能是一件令人困惑和費(fèi)勁的工作。每一種涂層在切削加工中都既有優(yōu)勢(shì)又有缺點(diǎn)，勁的工作。每一種涂層在切削加工中都既有優(yōu)勢(shì)又有缺點(diǎn)，如果選用了不恰當(dāng)?shù)耐繉樱锌赡軐?dǎo)致刀具壽命低于未涂層如果選用了不恰當(dāng)?shù)耐繉?，有可能?dǎo)致刀具壽命低于未涂層刀具，有時(shí)甚至?xí)霰韧繉右郧案嗟膯?wèn)題。刀具，有時(shí)甚至?xí)霰韧繉右郧案嗟膯?wèn)題。7. 正確選擇刀具涂層正確選擇刀具涂層涂層的特性涂層的特性 ：（1）硬度

16、）硬度 （2）耐磨性）耐磨性 （3）表面潤(rùn)滑性）表面潤(rùn)滑性 （4）氧化溫度）氧化溫度 （5）抗粘結(jié)性）抗粘結(jié)性 加工條件：加工條件：（1）切削參數(shù)（速度，進(jìn)給）切削參數(shù)（速度，進(jìn)給）（2）被加工材料）被加工材料（3）干）干/濕，切削液濕，切削液（4）加工工藝（車、銑）加工工藝（車、銑）（5）機(jī)床）機(jī)床&涂層特性與選擇涂層特性與選擇 涂層涂層特點(diǎn)特點(diǎn)加工速度加工速度加工材料加工材料干干/濕濕tin通用通用80m/min鋼材鋼材濕濕ticn高韌性高韌性80m/min不銹鋼不銹鋼濕濕crn低親合性低親合性120m/min鋼材鋼材干干/濕濕根據(jù)刀具主要失效模式選擇涂層根據(jù)刀具主要失效模式選擇涂

17、層磨損磨損崩刃崩刃積屑瘤積屑瘤月牙洼月牙洼 塑性變形塑性變形溝槽溝槽耐磨涂層耐磨涂層耐高溫涂層耐高溫涂層低親和性涂層低親和性涂層8.刀具重磨，退鍍及再涂層刀具重磨，退鍍及再涂層硬質(zhì)合金和高速鋼刀具的重磨和再涂層是目前常見的工藝。盡硬質(zhì)合金和高速鋼刀具的重磨和再涂層是目前常見的工藝。盡管刀具重磨或再涂層的價(jià)格僅為新刀具制造本錢的一小部分，管刀具重磨或再涂層的價(jià)格僅為新刀具制造本錢的一小部分，但卻能延長(zhǎng)刀具壽命。重磨工藝是特殊刀具或價(jià)格昂貴刀具的但卻能延長(zhǎng)刀具壽命。重磨工藝是特殊刀具或價(jià)格昂貴刀具的典型處理方法。可進(jìn)行重磨或再涂層的刀具包括鉆頭、銑刀、典型處理方法。可進(jìn)行重磨或再涂層的刀具包括鉆頭

18、、銑刀、齒輪滾刀齒輪滾刀以及成形刀具等。以及成形刀具等。 刀具重磨重鍍工藝：刀具重磨重鍍工藝：1.刃口重磨：砂輪，磨削量刃口重磨：砂輪，磨削量2.涂層退除：高速鋼涂層退除：高速鋼ok，硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金ng3.刃口處理：刃口重新鈍化刃口處理：刃口重新鈍化4.重新涂層重新涂層 ：先擇合適工藝與涂層：先擇合適工藝與涂層線速度小于線速度小于80m/min的低速加工一般的低速加工一般選用選用tin涂層；速度達(dá)涂層；速度達(dá)80-100m/min的的高速加工選用高速加工選用altin或或craltin涂層。涂層。經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)超晶超晶tin涂層涂層處理的滾齒刀壽處理的滾齒刀壽命比別家涂層提高了命比別家涂層提高了1

19、0%，且磨損，且磨損量從量從0.3mm降到降到0.2mm，減少了，減少了每次修磨量，使修磨次數(shù)從原來(lái)的每次修磨量，使修磨次數(shù)從原來(lái)的18次左右增加到次左右增加到25次左右次左右 ，從而，從而使齒輪加工的單位成本大幅下降使齒輪加工的單位成本大幅下降產(chǎn)品參數(shù) 刀具參數(shù)切削參數(shù)cg125正時(shí)齒輪（m1.5 z22 20 28 左旋）材料：40cr （硬度：hrc1418）規(guī) 格：120*65*32 n1 z12 材料：m35涂層：tin 主軸轉(zhuǎn)速：330rpm（v切=67.35m/min）走刀量：1.9 竄刀量0.12mm/3件切削量：一刀切 裝夾件數(shù)：3件切削液：32#機(jī)械油刀具磨損量：0.20m

20、m9.涂層滾刀加工案例涂層滾刀加工案例tin涂層滾刀涂層滾刀切削工藝：切削工藝：滾刀：滾刀： 三凌三凌 粉末高速鋼粉末高速鋼 機(jī)床：高速干滾機(jī)機(jī)床：高速干滾機(jī) kashifuji 加工參數(shù)：轉(zhuǎn)速加工參數(shù)：轉(zhuǎn)速725r/min 刀具規(guī)格：刀具規(guī)格：80*140 線速度：線速度：137m/min 進(jìn)給量：進(jìn)給量：2.5mm切削液：無(wú)切削液：無(wú)altin涂層滾刀涂層滾刀9. 涂層滾刀加工案例涂層滾刀加工案例9. 涂層滾刀加工案例涂層滾刀加工案例切削條件：切削條件：滾刀材質(zhì)：粉末高速鋼滾刀材質(zhì)：粉末高速鋼 滾刀規(guī)格：滾刀規(guī)格：70 x 120涂層材料：涂層材料：craltin 工件材料：工件材料：20

21、crmoti主軸轉(zhuǎn)速：主軸轉(zhuǎn)速：500rpm 線速度：線速度：105m/min切削液：機(jī)械油切削液：機(jī)械油craltin涂層涂層tin涂層滾刀壽命是無(wú)涂層的涂層滾刀壽命是無(wú)涂層的8-10倍，切削速度可提高倍，切削速度可提高30%，進(jìn)給提高，進(jìn)給提高10%。 例如：插齒生產(chǎn)例如：插齒生產(chǎn)70個(gè)齒的汽車內(nèi)嚙個(gè)齒的汽車內(nèi)嚙合齒輪，有合齒輪，有tin涂層的插齒刀每刃磨一次可以生產(chǎn)涂層的插齒刀每刃磨一次可以生產(chǎn)300件，件，磨損量磨損量0.25mm；無(wú)涂層的插齒刀每刃磨一次生產(chǎn)；無(wú)涂層的插齒刀每刃磨一次生產(chǎn)75件，件，磨損量磨損量0.92mm。tin插齒加工實(shí)例插齒加工實(shí)例10.超晶集團(tuán)簡(jiǎn)介超晶集團(tuán)簡(jiǎn)介東莞東莞平湖平湖臺(tái)州臺(tái)州常州常州重慶重慶 目前超晶集團(tuán)已有目前超晶集團(tuán)已有東莞