為了延長刀具壽命或者提高其的工作效率,改善表面摩擦條件就尤為重要,因此越來越多高效率切削材料的應用出現(xiàn)。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)在這種作用也遠遠沒有窮盡。利用現(xiàn)代分析技術,可以清楚觀察到刀具表面的微觀結構,更好地起到優(yōu)化作用。刀具的表面結構都是通過預定的工藝程序來實現(xiàn)的,如今可根據(jù)最優(yōu)化的工具性能進行功能設計。
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合化,可以調整單種化合物的性能,特別是在提高抗磨性、抗氧化磨損、擴散磨損和粘結磨損等的能力方面。當然,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理除了機械性咬合,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)來實現(xiàn)。拋光是一種傳統(tǒng)的、通過機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。
周期性的表面結構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構元素。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,微觀結構化可降低在切屑與工具之間的熱傳遞,并減少刀具的熱負荷。
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構。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”的結構。這些液滴的作用就象河床中的石頭,阻礙著切屑的排除進程,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。拋光的質量取決于拋光方法的選擇和工藝參數(shù)的調節(jié)。
拋光工序能夠延長工具的壽命,就拿一個麻花鉆頭來舉例。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。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。