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尖端技術!解決刀具崩刃、塗層剝落、熱裂紋等問題!

作者:世界先進制造技術論壇

挑戰:解決面銑加工中的刀具壽命和與生産安全相關的崩刃、塗層剝落和熱裂紋等問題。

解決方案:GC1130新材質采用了細晶粒高鉻基體和Zertivo™技術PVD塗層,大幅提升了基體/塗層的附着力和切削刃完整性。

尖端技術!解決刀具崩刃、塗層剝落、熱裂紋等問題!

刀片塗層崩落和切削刃崩刃的情況在困難工況面銑操作中經常出現,會導緻刀具壽命縮短,這些問題通常出現在複雜走刀、長懸伸、深型腔加工和濕切作業中。

山特維克可樂滿開發了一種新的刀片材質GC1130,它使用了細晶粒高鉻基體Zertivo™技術生産的PVD塗層。GC1130主要用于鋼材(ISO-P)加工,同時,它也能很好地用于混合材料的加工。

山特維克可樂滿的研發工程師接受了這項挑戰—對先進的PVD鋼件材質GC1030進行再次改進。在系統分析客戶需求的基礎上,研發人員通過進行大量的機加工測試完成了這項改進。這些測試全部在真實的機加工工廠中的房間進行,研發團隊得到了客戶的大力支援。

研發人員對測試結果進行分析,找到三個主要問題:刀刃線附近崩刃、塗層剝落和熱裂紋(見下圖)。現有材質已經能充分抵禦化學和磨料磨損,是以這些方面不需要改變。需要做的是優化硬質合金和塗層之間的互相作用,進而最大程度地保持刀片的完整性。

GC1130的基體十分堅硬且耐磨,這是由其成分中的高鉻含量和細晶粒結構所決定的。碳化鎢顆粒結構可提升刀刃強度并能實作更好、更均衡的性能。

GC1130塗層含有钛、鋁和鉻,既能抵抗連續磨損也能抵禦化學腐蝕。其結構,尤其是塗層顆粒大小和納米層狀結構,能在最大程度上減少熱裂紋和崩刃現象的産生。

刀片材質的幾種成分會互相作用,一種成分可影響其他成分的屬性。Zertivo技術所使用的先進控制工藝能優化塗層和基體之間的互相作用,更好地避免刀刃線附近出現的塗層剝落和小崩刃問題,進而發揮出材質的全部潛能。

GC1130是第一款Zertivo銑削材質,具有非常堅韌的切削刃。牢固的基體和經過優化的塗層能有效抵禦困難加工條件下刃線的崩刃和破裂問題,例如濕切時的溫度變化就是常見的困難工況。

首批GC1130産品已于2015年10月1日釋出,用于CoroMill390銑刀的7毫米和11毫米刀片。GC1130尤其适合于CoroMill 390-07刀片,它們可廣泛用于高加工要求的重複方肩銑和長懸伸方肩銑以及車銑等應用領域。

測試案例

操作:連杆面銑

材料:低合金鋼

刀片材質:GC1130

切削參數

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結論

現有刀片在使用27分鐘後報廢。GC1130刀具壽命是其兩倍,并顯著提高生産經濟性。

磨損形式分布

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在項目的前期研究階段,開發人員進行了針對性的銑削加工,發現了幾種主要的磨損類型。

從左至右順時針(見上圖)

塗層剝落 - 25%

磨料/化學磨損 - 15%

熱裂紋 - 25%

崩刃 - 35%

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CVD and PVD

CVD(化學氣相沉積)塗層包含各種組合的碳氮化钛(TiCN)、氧化鋁(AL2O3)和氮化钛。這一化學過程發生在700–1050 °C的高溫之間。CVD塗層的主要好處是高度耐磨損并具有很好的耐熱性。

PVD(實體氣相沉積)塗層是通過在較低溫度(400–600 °C)下發生實體反應而生成。常用塗層包括氮化物、碳氮化物、氧化物和氮氧化物。金屬原料,通常是含有钛和鋁的多種複合物,在氮氣中蒸發,并在刀具上留下一層薄薄的氮化物。PVD材質通常用于堅韌鋒利的刀刃。這種塗層方法的抗壓應力能提升刀刃硬度并能阻止熱裂紋的産生。

Zertivo

Zertivo是山特維克可樂滿針對PVD材質研發的專有生産技術。Zertivo能通過精确控制關鍵工藝參數來改進整個塗層生産過程,進而獲得完美比對目标材質的塗層。

除GC1130銑削材質外,現在Zertivo技術也可适用于CoroDrill 880的鑽削材質GC4344。該材質的成分和結構與GC1130有所不同,可滿足客戶的特殊需求。

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