可转位刀片上的涂层在控制切削过程中的作用(2)

可转位刀片上的涂层在控制切削过程中的作用

合适的涂层，就不能进行切削加工。在常用的涂层（TiN，TiAlN，TiCN，CrN）中，隔热最好的是TiAlN涂层。

2．涂层结构对切削性能的影响

切削过程中所产生的热量是影响刀具性能的一个重要因素。使用干式高速切削已经成为现代企业的趋势，但是它会导致大量的热在刀具前刀面处耗散，因此切削热对于刀具的耐用度和表面质量有着重要的影响。在过去的三十年中，为了使基体材料与刀片的高温区域隔开，使用不同的涂层涂覆在高速钢或硬质合金刀具上，以提高基体材料的热硬度以及减小切屑和前刀面，工件和后刀面之间的摩擦系数。

TiC涂层刀具的接触温度低于未涂层刀具。但是由于高速切削时，TiC的热硬度低于WC，因此这种有利的效应仅仅可用于低于1000℃时。在高速切削，相应的切削温度也较高时，切屑-刀具界面之间的接触材料和惰性涂层（例如耐磨性好于TiC和TiN的Al2O3）发生化学反应。另外，涂层通常能减小刀具和切屑之间的摩擦系数，因此在温度较低时的切削性能要好于在相似的切削状态下的未涂层刀具。尤其是TiN涂层填补了Al2O3涂层的不平整，从而平整了刀面，同时还可作为润滑剂。

最近，Sadik and Lindström,和Gad et al.发现刀具-切屑接触长度是影响切削温度的一个因素。这种方法假设原来刀-屑接触长度受基体材料以及刀具结构和涂覆层的材料的影响。未涂层刀具和涂层刀具的对比显示，使用涂层刀具时，接触长度的减小更迅速。当用TiC、TiN、Ti(CN)和Al2O3单层涂层刀具车削含碳量为0.42%的低碳钢，切削用量为，，时，接触长度大约为0.4mm，而未涂层刀具接触长度大约为1.2mm。接触长度由原来的尺寸减小到小于或等于粘着区，将会导致切削温度的减小和刀刃上最高温度点的改变。

根据《切屑控制》可知涂层热效应对于刀具和切屑的摩擦接触有着重要的影响。首先，大量的切削热能否传入切屑取决于涂覆在刀片上涂层顶层的导热系数；第二，刀-屑的接触长度与刀具和切削过程的性能有直接的关系。因此，由于热双金属效应，对于导热系数低的刀具材料，加工过程中会产生更加卷曲的切屑。这意味着接触长度小和导热系数低的涂层材料会导致二次变形区的温度非常高。

常用涂层材料的导热系数和切削温度之间的关系如图1所示。从图中可以看出，随着温度的升高，TiC、TiN和TiCN涂料的导热系数增大，而Al2O3和Si3N4涂料的导热系数迅速减小。