隨著近幾年競爭愈加激烈，對制造業提出了更高的要求。在切削加工領域，通過高速、大進給加工以進步加工效率，縮短加工時間；使用精密刀具實現高精度、高品質加工以進步附加價值；延長刀具壽命以降低刀具使用本錢；使用最新技術的刀具以改變加工工序（由研磨、電火花加工變更為切削加工）等各方面，機加工用戶提出了越來越高的要求，切削刀具發揮了非常大的作用。
在各種刀具材質中，PVD涂層超微粒硬質合金的進步最為明顯。其優異的性能大幅推動了模具和汽車零部件等鉆削加工技術的發展。到目前為止，CVD硬質合金材質為主流的車削加工中也發揮了出色的性能。下面對“PVD涂層超微粒硬質合金”技術及最新的加工實例進行先容。
超微粒硬質合金
硬質合金是主要成分的Wc（碳化鎢、高硬度脆性材料）分散在Co（鈷、低硬度高韌性材料）中的復合材料，是兼顧硬度與抗彎曲強度的硬質材料中的一種。目前的切削刀具用材料中，在以上的硬質合金上通過CVD（化學涂層法）PVD（物理涂層法）施加可承受高速切削的Al2O3或（Ti、Al）N等涂層的硬質合金涂層材料占據主要位置。
Co含量和Wc顆粒大小等要素決定了硬質合金的性質。Co含量越少的硬質合金的硬度、抗壓縮強度、剛性越高，但同時抗沖擊值越低；Wc顆粒越小的硬質合金的硬度、抗彎曲強度越高，但同時其韌性值越低。
超微粒硬質合金是為同時進步硬度和抗彎曲強度而開發的合金材料，與普通的硬質合金相比，在硬度相同時具有強度高、在強度相同時具有硬度高的特點。普通硬質合金的Wc顆粒為1—6μm（μ=10-6）左右，超微粒硬質合金的Wc顆粒為0.6μm左右，由于非常微小所以Wc顆粒四周起到粘結作用的Co成分的厚度薄，同時，折斷起始尺寸小使抗彎曲強度高。超微粒硬質合金最初在細徑鉆頭、立銑刀等整體硬質合金刀具使用，最近也開始用于可轉位刀片。但是，固然超微粒硬質合金在低溫下顯示優異的特性，可在高溫狀態下輕易出現慢性變形，在切削速度高的情況下使用時，有時會產生塑性變形、磨損增大等現象，請予以留意。
但隨著近幾年粉末制造企業微細WC粉末制造技術及硬質合金制造商的與合金制造相關的微粒化技術的突飛猛進，大小為0.4μm 左右的WC超細微硬質合金也出現在市場。
PVD涂層
PVD是物理氣相蒸著法（Physical Vapor Deposition）的簡稱，它與CVD的氣體在高溫下產生化學反應形成表膜不同，其采用通過電能等物理手法使金屬蒸發物產生離子進行涂層。與CVD相比PVD涂層的特點如下。
PVD與CVD相比，可在低溫下進行涂層，硬質合金母材受的損失小，因此可在涂層時對母材進行選擇；CVD的涂層膜有張力所以在耐缺損方面有不利之處。與之相比，PVD涂層產生壓縮力，有利于耐缺損，可用在鋒利切削刃的刀具制造。
PVD涂層可在充分發揮以上特長的加工形態中加以利用。具體如下：
要求有鋒利切削刃的整體硬質合金刀具；
要求耐缺損性強的平面銑刀用刀片；
輕易因熔付而出現崩刃的低速切削用刀片；
在高溫狀態下母材硬度降低的高速鋼刀具。
尤其是針對整體硬質合金立銑刀的PVD涂層研發進步明顯。以往TiN或TiCN涂層是主流產品，但在20世紀90年代前期（Ti,Al）N涂層的出現使整體硬質合金立銑刀的性能大幅進步。特別是含Al豐富的（Al,Ti）N涂層通過大幅進步表膜硬度和耐氧化性而實現了對淬火鋼的直接加工，是模具加工的技術創新。目前，針對HRC60左右的超高硬度材料加工用涂層及軟鋼加工用涂層等不同用途的專用涂層的開發呈現多樣化的趨勢。
超微粒硬質合金PVD涂層的切削加工實例
以下對最新的超微粒硬質合金PVD涂層的切削加工實例進行先容。
1．平面銑刀用刀片材種“VP15TF”
三菱公司研制的超微粒硬質合金PVD涂層“VP15TF”是采用具有優異耐磨損性和耐缺損性的超微粒硬質合金“VP15TF”和（Al,Ti）N涂層（三菱公司成為MIRACLE 涂層）的通用性高的材種。尤其在平面銑刀用刀片上擁有極高的通用性，可在多種多樣的加工中發揮高性能。圖1是VP15TF的斷面組織照片。
圖1．VP15TF的斷面組織照片
圖2中顯示VP15TF對合金鋼進行臺階面加工的實例。刀具為三菱公司最新產品--多功能臺階面銑刀APX3000。此刀具最大特點為切削阻力低，采用更重視切削鋒利性的外形，所以確保刃尖強度更為困難。因此，不僅要求刀片耐磨損性好，同時要求比以往刀具具有更好的耐磨損性。VP15TF滿足以上要求，與以往材種相比可大幅進步刀具壽命，并同時實現良好的壁面精度和表面粗糙度。
圖2 VP15TF加工合金鋼實例
VP15TF也可在大進給粗加工中發揮良好性能。圖3顯示粗加工淬火鋼實例。此加工使用我公司生產的大進給加工用圓弧頭立銑刀AJX。此刀具在加工HRC53淬火鋼時單刃進給達到過往無法想象的1mm的大進給，可大幅縮短模具加工時間。
圖3 VP15TF大進給加工淬火鋼的加工實例
VP15TF憑借通用性高，在平面加工以外的內圓車削用刀片、小型自動車床用刀片等不同領域均有產品推出，并發揮高性能。
2．螺紋切削用材種“VP10MF”
VP10MF是采用硬度極其高的超微粒硬質合金“MF10”和與VP15TF相同的（Al,Ti）N MIRACLE涂層，它是具有極高耐磨損性的優異材種。圖4是VP10MF的斷面照片。與TF15相比，MF10采用更細微的WC原料和最佳量的粘結物質從而實現了更高的硬度。
圖4 VP10MF的斷面組織照片
圖5顯示使用VP10MF進行螺紋加工的實例。刀具使用我公司最新的螺紋刀具MMT型。因螺紋加工中的被削材料多為不銹鋼等輕易出現熔付崩刃的材料，并且對螺紋部表面精度要求高，所以多使用PVD材種。VP10MF為抑止在螺紋加工中輕易出現的后刀面磨損及刀片塑性變形等現象而研制的。如圖所示可以看出，與以往材種相比，其后刀面磨損小，塑性變形也得到大幅抑止。并因以上效果使螺紋部位的表面加工質量良好。
切削條件
被削材料：JIS SCM440（297HB）
刀片：MMT16ER150ISO
切削速度：180m/min
外圓螺距：1.5mm
徑向進給
切削次數：3次（特別條件）
濕式
圖5 VP10MF進行螺紋加工的實例
VP10MF憑借其高耐磨損性，可適用于可轉位刀片式精加工用球頭立銑刀SRF，尤其在加工HRC60左右的高硬度模具鋼中發揮出類拔萃的耐磨損性。
3．加工高硬度材用整體硬質合金立銑刀“IMPACT MIRACLE”
最后先容在整體硬質合金立銑刀的使用情況。圖6顯示了三菱綜合材料神戶工具生產的“IMPACT MIRACLE立銑刀”。此立銑刀是以硬度超過HRC50的高硬度淬火鋼為目標而研制的。
圖6 IMPACT MIRACLE立銑刀
母材采用新研制的超細微硬質合金，母材硬度達到HRA93.5，尤其是為此種被削材料而研制的。涂層采用比以往（Al,Ti,Si）N涂層更先進的“單相納米結晶（Al,Ti,Si）N涂層”。表1顯示IMPACT MIRACLE立銑刀的硬質合金母材及涂層與以往產品的比較。
表１．IMPACT MIRACLE立銑刀的母材及涂層的特性
IMPACT MIRACLE立銑刀與以往產品相比在母材、涂層及外形上加以改良，在加工高硬度材料時比以往產品的壽命得以大幅進步。圖7顯示了IMPACT MIRACLE立銑刀的加工實例。在加工HRC60左右的的高硬度材料時刀具壽命大幅延長，為降低刀具本錢作出巨大貢獻。
切削條件
被削材料：JIS SKD11(HRC60)
立銑刀：直角立銑刀VF-MD（φ6mm）
切削速度：151m/min.
進給：0.045mm/tooth
切深：ap=6.0mm, ae=0.12mm
氣排屑
加工長度：100m（以往產品B為62ｍ）
圖7 IMPACT MIRACLE立銑刀的加工實例
對今后被切削材料進一步的高硬度、難切削化IMPACT MIRACLE立銑刀在削減刀具本錢方面做出貢獻。使用它還有看減少電火花加工工序而縮短工序。
以上先容了超微粒硬質合金PVD涂層的最新技術及其加工實例。我們希看超微粒硬質合金及PVD涂層的最新技術可進一步削減本錢或實現劃時代的工序革新，從而為進步制造業的競爭力做出巨大的貢獻。(end)