刀具塗層對切削過程的影（yǐng）響

為（wéi）什麽航空航（háng）天工業所用材料比通常用於汽車工業的鑄鐵、鋼材等更難加工?金屬切除過程是（shì）工件材料由塑（sù）性變形（xíng）到斷裂並（bìng）形（xíng）成切屑的過程。由材料學的標準拉伸試（shì）驗獲得的應力—應變圖，給出（chū）了材（cái）料在達到斷裂或強度極限時的塑性（xìng）變形量，其相關數據可從標準的材料手冊中查到（dào）。各種鋼材根據其不同成分和熱處理狀態對應的可加工性分布位置。大體上可分為普通碳鋼、未淬硬的合金鋼和淬硬的合金鋼。硬度低、延（yán）伸率大的材（cái）料在加工（gōng）時產生較大的塑（sù）性變形，形成長切屑;相反，硬度高、延伸率小的材（cái）料形成短切屑（xiè）。

材料（liào）的單位斷裂能與斷裂應力和斷（duàn）裂應變的乘積成（chéng）正（zhèng）比，它是材料（liào）塑性變（biàn）形消耗（hào）的能量，並在切屑形成過程中轉變為熱量，是切削區（qū）的第一（yī）個熱源。切削區（qū）的第二個熱（rè）源是切屑與前刀（dāo）麵摩擦產（chǎn）生的熱，材（cái）料的韌性越好，與前刀麵的接觸長度越長，產生的摩擦熱（rè）也越多。

航空航（háng）天工業用的鈦合金、鎳基超級合金（jīn）(Inconel等)由於具有很高的強度和韌性，切削時需要很大（dà）的塑性變形能，並與刀刃摩擦產生大量切削熱，而（ér）它們很低的導熱（rè）係數使熱量集中在切削區和刀/屑（xiè）界麵，對刀具壽命造成不利影響。因此，如何有效加工（gōng）此類材料是 對切削（xuē）加工的極（jí）大挑戰。

刀（dāo）具塗層技術是針對切屑形成過程中產生（shēng）很高的（de）力和熱對刀具造（zào）成不利影（yǐng）響而開發的新技術，根據不同的（de）應用領域，塗層刀具比未塗層刀具的壽命可提（tí）高2～10倍。

塗層的正確選擇應與工件材料、切屑變形特性和切削條件（jiàn）相匹配，早（zǎo）期開發（fā）的TiN和TiCN塗層仍然適用於在一般切削（xuē）條件下加工碳（tàn）鋼和合金鋼。但是，隨著（zhe）切削速（sù）度的提高，就需要采用TiAlN塗層，因為這種塗層在高溫下具有（yǒu）很好的（de）穩定性。

加工難（nán）切削的航（háng）空航天材（cái）料時，要求刀具有最佳的切削刃設計，包括與（yǔ）切削刃鋒利性相關（guān）的微（wēi）觀幾何形狀。例如，切削刃的倒棱或鈍化，鈍化程度在切削刃全長上有的要求均勻一致，有的要求有（yǒu）所變化。典型的鈍化圓弧半（bàn）徑（jìng）為0.025mm，以降低刃口應力的集中程度，更好地保（bǎo）護PVD塗層。

為（wéi）了更好地加工難（nán）加工材料，材料科學家（jiā）已（yǐ）經開發了（le）新的塗（tú）層牌號，包括添加Si到TiN中形成的TiSiN塗層，或（huò）在AlTiN塗層中增加Al含量，或用Cr代（dài）替Ti開發出AlCrN塗層，以（yǐ）及具有更高硬度、韌性和抗高溫氧化性（xìng）能的納米結構（gòu）塗（tú）層。與未塗層刀具相比，塗層刀具可以在其它條件相同的情況（kuàng）下采用更高的切削速度和（hé）獲得更長的刀具壽命。一些研究成果解釋（shì）了在不同切削條件下塗層的工作機理，開（kāi）發了耐磨粒磨損、抑（yì）製微觀裂（liè）縫、降低（dī）摩擦係數、形成穩定的AlCr氧化膜和更好耐熱性（xìng）等多樣化的塗層功能。