PVD涂层硬质合金刀具与未涂层硬质合金刀具切削试验方法

    硬质合金刀具物理气相沉积涂层技术(PVD)是二十世纪八十年代发展起来的刀具涂层技术。

    由于PVD涂层的硬质合金刀具比化学气相沉积(CVD)涂层硬质合金刀具有更好的抗耐磨性和更高的刀具耐用度，且不易破损，因而PVD涂层硬质合金刀具技术的发展受到业界的高度重视。

    国外PVD高速钢刀具涂层技术经过十年的发展，已趋完善，并在八十年代中期开始了硬质合金复合涂层技术的研究工作，先后开发了TiN、TiCN 和TiAlN 等涂层工艺技术，并研制了自动化水平较高的专用涂层设备，从而保证了产品质量的稳定性和可靠性，使PVD涂层硬质合金刀具大量投入了使用，占领市场。
    近年来，国内汽车、石油、冶金工业的发展以及数控机床性能的不断提高，对硬质合金刀具尤其是涂层硬质合金刀具的需求日趋增加，因而有必要对涂层硬质合金刀具的切削性能加强研究。目前，国内对涂层硬质合金刀具的研究的主要集中在CVD涂层硬质合金刀具上，对PVD涂层刀具的研究还少有报道。本文将通过刀具PVD涂层硬质合金刀具与未涂层硬质合金刀具切削42CrMo钢工件的对比试验进行切削力方面的研究。 

切削试验 

1）试验条件 

试验所用三种刀具型号均为DNMG150608-25：一种是自贡硬质合金厂生产的牌号为ZP25的硬质合金刀具，另两种是以ZP25为基体、分别采用PVD方法涂复TiN 和TiCN 涂层的硬质合金刀具；刀具几何参数。工件材料为42CrMo钢，调质处理，材料的化学成分和机械性能。试验在CA6140普通车床上行。

2) 试验方法 

试验采用单因素法，每次切削试验时分别改变切削速度、进给量、切削深度，用KISTLER三向测力仪采集、测量每次试验时的三向切削力FX、FY、FZ；用PC386微机扩展槽中PCL-818L板把切削中产生的模拟电压信号采集转化成数字信号输入计算机，再通过计算机显示、保存、处理，得到不同切削条件下的切削力数据文件及三向切削力的各个平均值。每一种试验均做三次，以保证数据的可靠性。在切削过程中，采用JCL820074工具显微镜对刀具的磨损进行观察并分析不同刀具不同的磨损形貌。

    PVD是物理气相沉积法（Physical Vapor Deposition）的简称，它与CVD法的气体在高温下产生化学反应形成表面薄膜不同，是采用电能等物理方法使金属蒸发物产生离子进行涂层。与CVD相比，PVD涂层的特点如下：可在低温下进行涂层，硬质合金基材受损较小，因此可在涂层时对基材进行选择；CVD涂层有张力，所以在耐缺损方面有不利之处，与之相比，PVD涂层产生压缩力，有利于进步耐缺损性能，可用于具有锋利切削刃的刀具制造。

    刀具PVD涂层可在充分发挥以上特长的加工形态中加以利用。例如：要求有锋利切削刃的整体硬质合金刀具；要求耐缺损性强的平面铣刀用刀片；轻易因熔附而出现崩刃的低速切削用刀片；在高温状态下基材硬度降低的高速钢刀具。 

    针对整体硬质合金立铣刀的PVD涂层的研发进步明显。以往TiN或TiCN涂层是主流产品，但在20世纪90年代前期，（Ti，Al）N涂层的出现使整体硬质合金立铣刀的性能大幅进步，特别是含Al丰富的（Al，Ti）N涂层通过大幅进步薄膜硬度和耐氧化性而实现了对淬火钢的直接加工，是模具加工的技术创新。目前，针对HRC60左右的超高硬度材料加工用涂层及软钢加工用涂层等不同用途的专用涂层的开发呈现多样化的趋势。