刀具的重磨与再涂层

http://www.mmsonline.com.cn 2007年02月13日

硬质合金和高速钢刀具的重磨和再涂层是目前常见的工艺。尽管刀具重磨或再涂层的价格仅为新刀具制造成本的一小部分，但却能延长刀具寿命。重磨工艺是特殊刀具或价格昂贵刀具的典型处理方法。可进行重磨或再涂层的刀具包括钻头、铣刀、滚刀以及成形刀具等。

刀具的重磨

在钻头或铣刀的重磨过程中，需要磨削切削刃以除去原涂层，因此所用砂轮必须具有足够的硬度。重磨对切削刃的预处理是非常关键的，不仅要保证刀具重磨后原始切削刃的几何形状能被完全准确地保留，而且要求重磨对PVD涂层刀具必须是“安全”的。因此，必须避免不合理的磨削工艺(例如：高温导致刀具表层受损的粗磨或干磨)。

图1 TiN涂层高速钢齿轮刀具

图2 涂层被去除前后的对比

图3 TiN涂层剃齿刀

涂层的去除

在刀具再涂层之前，可用化学方法去除原有的全部涂层。化学去除法常用于复杂刀具(如滚刀、拉刀)，或多次复涂的刀具以及因涂层厚度而产生问题的刀具。化学去除涂层的方法通常仅限于高速钢刀具，因为该方法会损害硬质合金基体：采用化学去除涂层法将从硬质合金基体上滤除钴，导致基体表面疏松、产生气孔以至难以进行再涂层。

“化学去除法首选用于高速钢硬涂层的腐蚀去除”巴尔查斯涂层公司的技术主管Dennis Quinto先生指出。“由于硬质合金基体中含有与涂层中类似的化学成分，因此化学去除溶剂更容易损害硬质合金基体而不是高速钢基体”。

“刀具在涂层去除溶液中停留的时间是至关重要的”金星涂层公司的副总裁Bill Langendor fer先生指出。“把刀具留在溶液中的时间越长，对刀具的腐蚀就越严重。尽管对高速钢而言，腐蚀率要低得多，但当刀具上的原涂层被去除后仍应立即将刀具取出并进行清洗”。

此外，还有一些适用于去除PVD涂层的具有专利的化学方法。在这些化学方法中涂层去除溶液与硬质合金基体仅有微小的化学反应，但目前这些方法尚未广泛使用。另外，还有其它清洗涂层的方法，如激光加工、研磨喷砂等。化学去除法是最常用的方法，因为它可以提供良好的表面涂层去除一致性。

目前典型的再涂层工艺是通过重磨工艺去除刀具原有涂层。

再涂层的经济性

最常见的刀具涂层有TiN、TiC和TiAlN。其它超硬氮/碳化物的涂层也有应用，但不太普遍。 PVD金刚石涂层刀具也可以进行重磨和再涂层。在再涂层过程中，刀具应被“保护”以避免临界表面的损伤。

常常有这种情况：用户购买了未涂层的刀具后，在刀具需要重磨时再进行涂层，或在新刀具或重磨后的刀具上进行不同的涂层。

Bill Langendorfer先生说：“在很多情况下，我们去除刀具上的TiN涂层，重新涂上TiAlN 涂层。因为用户希望提高刀具的生产效率，而TiAlN涂层工具比TiN涂层工具切削速度更高、也更耐高温。用户常常希望可以从刀具制造商那里获得性能更好的新的涂层刀具，因此‘刀具制造商可能不得不重新开发一种带有TiAlN涂层的新刀具’。但与重新开发这种新刀具相比，从旧刀具上去除TiN涂层并涂上TiAlN涂层所花的时间要短得多。”

再涂层的限制

像一把刀具可以多次重磨一样，刀具的切削刃也可以进行多次涂层。而“在已经重磨过的刀具表面获得粘着性能良好的涂层是提高刀具性能的关键。”IonBond LLC公司国内销售总监Rob Bokram先生指出。

除切削刃以外，在刀具每次修磨时，刀具表面的其余部分也许并不需要去除涂层或再涂层，这取决于刀具的类型以及加工中所使用的切削参数。滚刀和拉刀是进行再涂层时需去除所有原涂层的刀具，否则刀具性能将会降低。在应力导致的粘附问题变得突出之前，刀具可进行少量几次再涂层而不需除去旧涂层。尽管PVD涂层具有有利于金属切削的残余压应力，但这种压力会随涂层厚度的增加而增大，并且在超过某个固定的限值后涂层将开始出现分层现象。在未去除旧涂层而进行再涂层时，刀具的外径上就增加了一个厚度。对于钻头而言，就意味着所钻的孔径在变大。因此必须考虑涂层附加的厚度对刀具外径的影响，同时还要考虑这二者对被加工孔径尺寸公差的影响。

一个钻头可在不去除旧涂层的情况下再涂层 5～10次，但在此之后将面临严重的误差问题。Spec工具公司副总裁Dennis Klein则认为：在±1µm 的误差范围内，涂层厚度不会成为问题；但当误差在0.5～0.1µm范围内时，必须考虑涂层厚度带来的影响。只要涂层厚度不成为问题，那么再涂层、重磨的刀具完全可能比原来的性能更好。

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