“高速加工刀具涂層技術(shù)”專題序言

“高速加工刀具涂層技術(shù)”專題序言

高速加工是采用超硬材料刀具，通過高精度、高自動化和高柔性的制造設(shè)備提高切削速度，從而提高加工效率、加工精度和工件表面質(zhì)量的一種先進制造加工技術(shù)，被譽為21世紀(jì)機械制造業(yè)的一場技術(shù)革命。與傳統(tǒng)加工相比，高速加工的金屬切除率可提高3～6倍，切削力減小30%，低階切削振動幾乎消失，同時由于切削熱大部分被切屑帶走，工件熱變形小，可用于薄壁件和易變形材料的加工，已廣泛應(yīng)用于航空航天、國防軍工、汽車、模具等制造業(yè)中。

在高速加工工況下，刀具常面臨切削力大、切削溫度高、工件加工硬化嚴(yán)重、切削變形大、易磨損和壽命短等難題。常用的刀具材料以硬質(zhì)合金為主，但在高溫下，工件與刀具易發(fā)生互擴散，削弱硬質(zhì)合金中硬質(zhì)相與粘接劑的結(jié)合，引發(fā)粘結(jié)磨損和擴散磨損。陶瓷刀具比硬質(zhì)合金具有更高的紅硬性和耐磨性，但其脆性大、熱導(dǎo)率低、易產(chǎn)生裂紋。金剛石刀具硬度極高，但熱穩(wěn)定性較差，在高溫下易與鐵互溶，不適合加工黑色金屬。立方氮化硼刀具有高硬度和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，但其韌性差，且制造成本高。涂覆高性能刀具涂層是一種既經(jīng)濟又可行的延長刀具使用壽命、提高加工效率的方法。刀具涂層技術(shù)發(fā)明于20世紀(jì)60年代末，是在刀具表面涂覆一層硬度高、耐磨性好和化學(xué)性能穩(wěn)定的薄膜，作為化學(xué)屏障和熱屏障減少刀具與工件之間的擴散和化學(xué)反應(yīng)，既能減少刀具磨損，還能耐熱耐氧化，從而提高刀具服役壽命。目前，發(fā)達(dá)國家已超過80%的刀具上均使用涂層，我國涂層技術(shù)近年來取得迅猛發(fā)展，但與國外仍有較大差距。

目前刀具涂層市場以TiAlN、AlTiN和CrAlN涂層為主流產(chǎn)品，在高速加工各種難切削材料時，常發(fā)生明顯氧化和燒蝕，且硬度也無法滿足需要，而國外先進刀具涂層技術(shù)及工藝對我國長期封鎖，高價壟斷刀具市場。21世紀(jì)以來，隨著物理氣相沉積技術(shù)的突飛猛進，極大克服了傳統(tǒng)磁控濺射技術(shù)離化率低和離子鍍技術(shù)大顆粒污染的問題。新型涂層技術(shù)包括高功率磁控濺射技術(shù)、離子束輔助沉積技術(shù)、電弧離子鍍/磁控濺射復(fù)合技術(shù)等，可大幅度提高靶材離化率和涂層表面質(zhì)量，通過規(guī)避單一鍍膜技術(shù)的固有缺陷，使生產(chǎn)結(jié)構(gòu)致密、硬度高、膜基結(jié)合牢固的高性能刀具涂層成為可能，研發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的系列化先進刀具涂層產(chǎn)品，為我國重點領(lǐng)域關(guān)鍵材料/件提供加工利器。

在《表面技術(shù)》編輯部的精心策劃下，本期選取“高速加工刀具涂層技術(shù)”作為專題，選題主要包括新型刀具涂層制備技術(shù)、涂層力學(xué)性能、摩擦學(xué)行為、耐腐蝕性能、涂層刀具切削性能等相關(guān)研究領(lǐng)域，旨在為國內(nèi)同行分享刀具涂層領(lǐng)域最新研究成果，助力我國高速加工刀具涂層技術(shù)及理論的發(fā)展與創(chuàng)新，加速制造業(yè)結(jié)構(gòu)升級，全面推進制造強國戰(zhàn)略。

本期專題在征文、約稿和評審過程中，得到了國內(nèi)同行們的積極響應(yīng)和大力支持，在此謹(jǐn)對各位同行及專家學(xué)者致以最誠摯的謝意。