使用PVD涂層刀具和刀片來提高切削速度

使用PVD涂層刀具和刀片來提高切削速度，縮短加工周期。

　　物理涂層（PVD） 是可在刀具和刀片上覆蓋薄薄涂層的真空涂層技術(shù)。實質(zhì)上它往往是在等離子（例如帶電氣體）的幫助下將金屬或金屬合金等固體材料蒸發(fā)。金屬蒸汽中所含的金屬原子和離子沉積在基體上形成涂層。以氮化鈦（TiN）涂層為例，金屬鈦在氮氣環(huán)境中汽化，便在刀具和刀片上形成氮化鈦涂層。

　　PVD涂層可提高刀具的壽命和效率，每年為企業(yè)節(jié)省數(shù)十億美元。這是怎樣實現(xiàn)的呢？首先，PVD涂層刀具可提升切削速度，減少加工周期，從而能在更短時間內(nèi)加工更多工件。其次，PVD涂層能降低磨損和對生產(chǎn)的干擾，從而減少更換刀具造成的停機(jī)時間。*后，PVD涂層減少了對切削液的需求，因為它能在沒有或只有很少切削液的情況下工作，而與切削液相關(guān)的成本可占總生產(chǎn)成本的15%。

　　PVD主要用于需要使用鋒利刃口的應(yīng)用場合，比如螺紋加工、切槽、切斷、立銑和鉆孔等加工。對整體硬質(zhì)合金刀具來講（例如立銑刀和鉆頭），主要采用PVD涂層技術(shù)。而對于鈦合金、高溫合金和不銹鋼等難加工材料來講，PVD涂層刀具是*佳選擇，因為這些材料要求更鋒利的刃口以便降低切削力，同時還需要高溫下的穩(wěn)定性以保持切削刃的完整性。涂層的功用*終取決于它減輕構(gòu)成切削刃的基體材料在不同切削條件下的熱－機(jī)械損傷的能力。

　　PVD能滿足大批量涂層的挑戰(zhàn)，并能在整個批量中讓每個刀片都具有均勻的涂層厚度。此外，PVD是通過采用大約500℃的較低沉積溫度來實現(xiàn)的，這能讓刀具保持鋒利的刃口而不影響刃口強(qiáng)度，而另一種主要的涂層技術(shù)——化學(xué)涂層（CVD）， 則需要大約1,000℃的高溫，雖然較低溫度的工藝也逐漸變得可行。對PVD來講，有多種方法來獲得正確的涂層厚度及組織構(gòu)成，從而適應(yīng)目標(biāo)應(yīng)用區(qū)間和涂層材料的不同要求。

　　在刀具應(yīng)用方面，目前主要有三種PVD工藝：離子鍍膜、電弧蒸發(fā)沉積和磁控管濺射。PVD本質(zhì)上是一種使用固體金屬蒸發(fā)源的低壓、環(huán)保、低溫、可視的沉積工藝。PVD使用固體金屬靶材，材料從固體靶材被汽化后，再沉積在被涂層的基體上。PVD工藝可產(chǎn)生只有幾微米厚的硬度高、粒度細(xì)、表面光滑的涂層，而且由于涂層受壓應(yīng)力，所以涂層不會出現(xiàn)裂紋。與此形成對照的是，CVD涂層更適合磨損嚴(yán)重的場合，因為其涂層可更厚，從而具有更好的耐磨性。

　　**種投入商業(yè)應(yīng)用的PVD涂層是TiN。山特維克可樂滿于1982年推出了**種TiN涂層刀具，即大名鼎鼎的Delta鉆頭，首個PVD刀片牌號GC1020則于1990年面世。

　　PVD一直處于涂層技術(shù)發(fā)展的前沿。隨著可用于PVD的 新 型 涂 層（ 例如TiCN、TiAlN和AlCrN；以及氧化物涂層Al2O3和(AlCr)2O3和新涂層材料TiAlSiCrN，甚至各種碳基材料涂層等）的紛紛涌現(xiàn)，PVD應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷擴(kuò)展。涂層系統(tǒng)工藝的種種創(chuàng)新（例如結(jié)合射頻或脈沖直流電）解決了沉積絕緣涂層材料的難題。而復(fù)合涂層大大增強(qiáng)了刀片性能。而PVD硬件方面的發(fā)展（例如新蒸發(fā)源）則將進(jìn)一步推動涂層技術(shù)向前發(fā)展。

　　總結(jié)

　　刀具和刀片上的PVD涂層一直作為可不斷顯著提升生產(chǎn)效率的工具而得到開發(fā)，因為它能夠提高加工速度，減少加工周期，能在更短時間內(nèi)加工更多工件。另外PVD涂層還降低了刀具磨損和對生產(chǎn)的干擾，通過減少換刀次數(shù)縮短了停機(jī)時間，同時亦減少了對切削液的需求。