为探究PVD涂层技术在高速钢刀具上的应用性能及性价比情况，我公司（山东临工工程机械有限公司技术中心工艺研究所）与某涂层公司合作进行了相关试验。
涂层刀具已成为现代切削刀具的标志，在刀具中的使用比例已超过50%。切削加工中使用的各种刀具，包括车刀、镗刀、钻头、铰刀、拉刀、丝锥、螺纹梳刀、滚压头、铣刀、成形刀具、齿轮滚刀和插齿刀等都可采用涂层工艺来提高其使用性能。
市场上涂层刀具多以硬质合金涂层为主，高速钢涂层刀具较少，这与高速钢刀具成本及基体材料性能有关。
1. 试验过程
我公司分别在丝锥和滚刀上做了PVD涂层试验。
（1）丝锥试验。刀具：高速钢机用丝锥M16-H2；涂层：PVD技术TiAlCrN，厚度2～4μm；加工工件：装载机后车架（见图1）；材质：Q345B；螺纹孔数量：8个M16-6H↓16、2个M16-6H↓12。
图 1
试验方法：分别取5支涂层丝锥与5支普通丝锥加工工件，因基体材料相同，故采用相同切削参数。研究丝锥的寿命及工件加工质量。
加工对比情况：丝锥及加工质量对比情况如图2所示。
图 2
丝锥寿命对比如表1所示。
（2）滚刀试验。刀具：高速钢齿轮滚刀m4.25；涂层：PVD技术TiAlCrN，厚度2～4μm；加工工件：变速箱一挡倒挡架（见图3）；材质：ZG310-570；齿数：57；齿宽：40.5mm。
图 3
试验方法：分别取3把新涂层滚刀与3把新的普通滚刀加工工件，采用相同切削参数。研究滚刀第一次刃磨前的寿命及工件加工质量。
加工对比情况：滚刀及加工质量对比情况如图4所示。
图 4
滚刀寿命对比如表2所示。
2. 数据及成本分析
（1）丝锥寿命、成本分析。
5 种涂层丝锥寿命总和是5 种普通丝锥寿命总和的327÷173=1.87倍。
M16丝锥市场价格约为30元，涂层价格约为15元，成本降低为
[（1－30＋15）÷（30×1.87）]×100%=20%
使用涂层丝锥与普通丝锥相比，寿命提高为原来的1.87倍，成本降低20%。
涂层丝锥加工的螺纹孔，表面粗糙度质量明显提高。
（2）滚刀寿命成本分析。
3 种涂层滚刀寿命总和是3 种普通滚刀寿命总和的110÷46=2.39倍。
该滚刀市场价格约为800元，可以刃磨约20次，涂层价格约为150元，实际成本为
（150+800/20）/（800/20×2.39）=1.99倍
使用涂层滚刀与普通滚刀相比，寿命提高为原来的2.39倍，成本提升至原来的1.99倍。
涂层滚刀与普通滚刀相比，涂层滚刀加工工件的表面质量更好，且毛刺较少。
3. 结语
根据试验对比分析，我们可以看出，PVD金属陶瓷涂层在高速钢基体材料的刀具上的应用，可使刀具寿命提高1倍左右，且工件的表面质量会有一定程度的提升。
但是， 根据刀具成本的不同，在实际应用过程中，是否能够给企业带来实质性的效益，还需要根据企业的不同情况而定。
作者：山东临工工程机械有限公司技术中心工艺研究所 徐涛
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