优化工具设计和涂层的相互作用

PVD涂层加工能显著提高机器性能。特别是切削工具，如果它们的几何形状适合改变后的使用条件，则它们的收效最大。

为了将工具固定到夹具上，必须用到的孔、螺纹或表面应可保持无涂层。

由机械罩来盖住不应有涂层的表面。 

有内表面的工具（缸孔、螺纹、槽）可以有涂层，但这类零件的深度不能超过其宽度。

冷却通风必须处于打开状态并保持清洁。

已拧紧、胶合或按压在一起的工具不能有涂层；因为接缝表面不能得以充分地清洁并且在真空中会漏气。

焊接的工具在涂层前必须通过退火来消除应力。

焊接/铜焊接头必须能耐受高于涂层温度的温度。

几何形状、尺寸和重量

除了设计的适用性以外，还必须考虑几何形状和重量。可涂层零件的最大尺寸和最大零件重量由所选择的涂层方式来确定。最大重量约为3000kg，直径为700mm，长度为1500或1000mm。

   PVD涂层加工技术广泛应用于航天航空、汽车、机床、化工机械、船舶制造、动力设备、五金工具、医疗器械、标准件制造等领域。工具（刀具）涂层后，可提高使用寿命3-10倍，可提切削效率30%以上，模具涂层后，可大幅降低修模次数，提高模具的脱模性，保证加工精度，从而达到提高模具使用寿命的目的。采用特殊涂层的工模具具有防酸、防腐、耐高温的性能，以应对各种特殊使用环境。

   PVD涂层作为一种新型涂层材料，具有硬度高、氧化温度高、热硬性好、附着力强、摩擦系数小、导热率低等优良特性，有望部分或完全替代TiN ，尤其适用于高速切削。文中对国内外TiAlN涂层刀具的发展与应用状况进行了综合评述，并着重分析了TiAlN涂层工艺及其切削性能。 

   对刀具进行涂层处理是提高刀具性能的重要途径之一，随着涂层刀具的出现，使刀具切削性能有了重大突破。涂层刀具可以提高加工效率和加工精度，延长刀具使用寿命，降低加工成本。 

   自20世纪70年代以来，刀具涂层技术取得了飞速发展，涂层工艺越来越成熟。西方工业发达国家使用的涂层刀片占可转位刀片的比例已由1978年的26%增加到1985年的50～60%。新型数控机床所用切削刀具中有80%左右使用涂层刀具。瑞典山特维克公司和美国肯纳金属公司的涂层刀片的比例已达80～85%以上。美国数控机床上使用涂层硬质合金刀片比例为80%，瑞典和德国车削用涂层刀片已占70%以上。1981年～1985年期间，前苏联的刀具产量增加了16%、硬质合金刀具增加了29%，而涂层刀具则增加了5倍。涂层刀具己成为现代刀具的重要标志，并将是今后数控加工领域中最重要的刀具品种之一。 

   TiAlN涂层作为一种新型涂层材料，具有硬度高、氧化温度高、热硬性好、附着力强、摩擦系数小、导热率低等优良特性，尤其适用于高速切削高合金钢、不锈钢、钦合金、镍合金等材料。在要求高耐磨性的场合下，鉴于TiN涂层在高温性能方面所表现出的不足，TiAlN有望部分或完全替代TiN，因此，TiAlN涂层刀具具有极其广阔的应用前景。 

   自1985年Knotek等首次发表了关于TiAlN涂层的研究成果后，人们便对其优异的抗高温氧化能力和良好的使用性能表示了极大的关注，已经用多种PVD方法成功制备了TiAlN膜。由于TiAlN涂层的制备方法不尽相同，已见报道的TiAlN涂层的性能也有差异。TiAlN涂层具有高的硬度和氧化温度，随着涂层的多层化和纳米化，TiAlN涂层的性能正在逐渐提高。TiAlN的化学稳定性好，抗氧化磨损能力强，其硬度为3400～3600HV)，耐磨性仅低于类金刚石膜，是目前国际工具行业最为推崇的超硬涂层。当Al含量超过50%时，为了区别于TiAlN，有人称其为AlTiN。AlTiN涂层的硬度随含铝量的增加而提高，铝含量可以超过65%；当铝含量提高后也会形成较软的AlN相，使其硬度降低，但是铝含量并不是影响硬度的唯一因素。AlTiN的硬度可达4500HV。目前TiAlN/Al2O3多层PVD涂层也已研究成功，这种刀具的涂层硬度可达4000HV，涂层数为400层(厚度5nm)，切削性能优于TiC/l2O3/TiN涂层刀具。

标准的PVD涂层加工特性

1.延展性 

锻造变形阻力与低级，塑料，锻造温度范围宽，锻裂冷裂和低的倾向网状碳化物析出。 

2.所述的退火处理 

球化退火的温度范围，低退火硬度和波动范围小，球高。 

3.切削加工 

切割的大，低损耗工具，表面粗糙度低的量。 

4.抗氧化，脱碳敏感性 

抗氧化剂怀孕时高温加热能好，脱碳变慢的加热介质是不小的点蚀倾向敏感。 

5.淬透性 

后具有均匀和高的表面硬度的淬火。 

6.淬透性 

淬火可以得到更深的硬化层，用放松淬火介质后，可以固化。 

7.淬火变形开裂倾向 

常规淬火体积变化的大小，形状翘曲，变形小的，异常变形降低的倾向。常规淬火开裂敏感性低，且对工件上的淬火温度不敏感的形状。 

8.可以磨 

轮相对小的损耗，无磨削烧伤限制大量的车轮质量和冷却条件不敏感，不易发生损伤研磨机的研磨裂纹。 

（℃）满足模具的经济性要求，材料的选择是需要考虑这一原则的特定经济学，尽可能地降低制造成本。因此，要满足的前提下，以较低的价格首选的性能，请不要使用碳素钢，合金钢，不使用国产材料进口材料。此外，当选择也应考虑市场的生产和供应，所选择的钢种应尽量少而集中，易购买。