消除应力:优化精心设计的涂层功能

山特维克可乐满一直在探索如何制造出能利用任何残余应力的低应力涂层,从而有益于总体刀片性能。该研究的结果是:引入了数种新的刀片牌号。这里我们主要看应力及其在刀片性能中所起的作用。

刀具涂层的主要功能是通过提高切削速度或进给率来改进生产效率。引入任何新的刀片涂层,其推动因素都是为了确定发生刀片故障的可能原因,并制定出能明确应付这些问题的涂层属性。一种精心设计的涂层,每一个方面都有不同的功能；它是涂层工艺和涂层材料的结合,以防止刀片出现故障,并促使刀片发挥更好的性能。

涂层已成为现代切削刀具材料不可分割的部分,如今出售的绝大多数刀片都采用各种涂层技术。多层涂层由数层薄涂层堆积而成,各层之间以中间层分隔。利用多层涂层,人们可以根据特定的加工作业,改变各涂层之间的特性,还能确保涂层与刀具基底和谐工作,因此正日益受到人们的欢迎。

采用多层涂层,刀片可获益于各层属性的结合,从而优化金属去除率。通过增添数层涂层,刀具制造者能依据特定的材料或应用场合,制造出具备特定性能的刀片,也可以制造出具备广泛性能的刀片,用于应对各种材料或应用场合。

现在,人们将山特维克可乐满的多层涂层用于供车削的GC4225上和供磨削的GC4240上。还用于供车削的GC3205、GC3210、GC3215和GC3220上。它们采用氮碳化钛(TiCN)、三氧化二铝(Al2O3)和氮化钛(TiN),再加上多种中间薄涂层。

一般而言,各类刀具应用场合中使用的材料要承受内外两种应力。就刀片而言,外应力是在作业中作为切削刀具的一部分所承受的应力。刀片的制造工艺也会引入内应力,主要是拉伸应力和压缩应力。在涂层温度下,涂层和基底都免受应力。涂层的膨胀系数较大,因此,冷却时,涂层的收缩会大于基底。这样就会对表面造成拉伸应力,而对基底产生压缩应力。这些表面应力会形成表面裂纹,并进一步向下扩散。通过降低拉伸应力,就会大大降低这种开裂“倾向”,刀片也能承受更多的不当使用情况。

因此,从功能角度而言,尽量消除拉伸应力是很重要的,因为拉伸应力是造成裂纹扩散的主要因素。压缩应力往往较为有利,能帮助阻遏裂纹扩散。

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