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国际金属加工网 2016年03月01日

挑战:解决面铣加工中的刀具寿命和与生产安全相关的崩刃、涂层剥落和热裂纹等问题。

解决方案:GC1130新材质采用了细晶粒高铬基体和Zertivo™技术PVD涂层,大幅提升了基体/涂层的附着力和切削刃完整性。

刀片涂层崩落和切削刃崩刃的情况在困难工况面铣操作中经常出现,会导致刀具寿命缩短,这些问题通常出现在复杂走刀、长悬伸、深型腔加工和湿切作业中。

山特维克可乐满开发了一种新的刀片材质GC1130,它使用了细晶粒高铬基体Zertivo™技术生产的PVD涂层。GC1130主要用于钢材(ISO-P)加工,同时,它也能很好地用于混合材料的加工。

山特维克可乐满的研发工程师接受了这项挑战——对先进的PVD钢件材质GC1030进行再次改进。在系统分析客户需求的基础上,研发人员通过进行大量的机加工测试完成了这项改进。这些测试全部在真实的机加工车间进行,研发团队得到了客户的大力支持。

研发人员对测试结果进行分析,找到三个主要问题:刀刃线附近崩刃、涂层剥落和热裂纹(见下图)。现有材质已经能充分抵御化学和磨料磨损,因此这些方面不需要改变。需要做的是优化硬质合金和涂层之间的相互作用,从而最大程度地保持刀片的完整性。

GC1130的基体十分坚硬且耐磨,这是由其成分中的高铬含量和细晶粒结构所决定的。碳化钨颗粒结构可提升刀刃强度并能实现更好、更均衡的性能。

GC1130涂层含有钛、铝和铬,既能抵抗连续磨损也能抵御化学腐蚀。其结构,尤其是涂层颗粒大小和纳米层状结构,能在最大程度上减少热裂纹和崩刃现象的产生。

刀片材质的几种成分会相互作用,一种成分可影响其他成分的属性。Zertivo技术所使用的先进控制工艺能优化涂层和基体之间的相互作用,更好地避免刀刃线附近出现的涂层剥落和小崩刃问题,从而发挥出材质的全部潜能。

GC1130是第一款Zertivo铣削材质,具有非常坚韧的切削刃。牢固的基体和经过优化的涂层能有效抵御困难加工条件下刃线的崩刃和破裂问题,例如湿切时的温度变化就是常见的困难工况。

首批GC1130产品已于2015年10月1日发布,用于CoroMill390铣刀的7毫米和11毫米刀片。GC1130尤其适合于CoroMill 390-07刀片,它们可广泛用于高加工要求的重复方肩铣和长悬伸方肩铣以及车铣等应用领域。

测试案例

操作:连杆面铣
材料:低合金钢
刀片材质:GC1130

切削参数

GC1130 现有解决方案
齿数zn 2 2
主轴转速n rev/min 2636 2636
切削速度 vc m/min 265 265
工作台进给 vf mm/min 791 791
每齿进给 fz mm 0.15 0.15
切削深度 ap mm 5 5
切削宽度 ae mm 26 26
刀具寿命, min 54 27

结论
现有刀片在使用27分钟后报废。GC1130刀具寿命是其两倍,并显著提高生产经济性。

磨损形式分布

在项目的前期研究阶段,开发人员进行了针对性的铣削加工,发现了几种主要的磨损类型。

从左至右顺时针(见上图)
涂层剥落 - 25%

磨料/化学磨损 - 15%
热裂纹 - 25%
崩刃 - 35%


CVD and PVD

CVD(化学气相沉积)涂层包含各种组合的碳氮化钛(TiCN)、氧化铝(AL2O3)和氮化钛。这一化学过程发生在700–1050 °C的高温之间。CVD涂层的主要好处是高度耐磨损并具有很好的耐热性。

PVD(物理气相沉积)涂层是通过在较低温度(400–600 °C)下发生物理反应而生成。常用涂层包括氮化物、碳氮化物、氧化物和氮氧化物。金属原料,通常是含有钛和铝的多种复合物,在氮气中蒸发,并在刀具上留下一层薄薄的氮化物。PVD材质通常用于坚韧锋利的刀刃。这种涂层方法的抗压应力能提升刀刃硬度并能阻止热裂纹的产生。

Zertivo

Zertivo是山特维克可乐满针对PVD材质研发的专有生产技术。Zertivo能通过精确控制关键工艺参数来改进整个涂层生产过程,从而获得完美匹配目标材质的涂层。

除GC1130铣削材质外,现在Zertivo技术也可适用于CoroDrill 880的钻削材质GC4344。该材质的成分和结构与GC1130有所不同,可满足客户的特殊需求。

【关于山特维克可乐满】

山特维克可乐满成立于1942年,隶属于山特维克集团,公司总部位于瑞典山特维肯(Sandviken),在瑞典基默(Gimo)拥有世界上最大的硬质合金刀片制造厂。山特维克可乐满在全球拥有8,000多名雇员,在130多个国家和地区设有代表机构。位于荷兰、美国、新加坡和中国的4个配送中心确保准确、迅速地将产品送交客户手中。

山特维克可乐满是世界上最大的金属切削刀具制造与供应商,30,000余种产品覆盖了车削、铣削、孔加工等各个金属加工应用领域。公司非常注重新产品开发,研发投入为业内平均水平的两倍,拥有600多个有效专利族。每年以CoroPak的形式,在春秋两季向市场推出2,000余种新产品。

山特维克可乐满于1985年正式进入中国,公司注册于上海,总部位于北京。经过三十年的发展,山特维克可乐满的服务网络已经相当完善,设有42个办事处,为遍及全国各地的机械加工企业提供产品和服务。山特维克可乐满建有多个效率中心、应用中心和培训中心。位于廊坊的山特维克可乐满中心,是公司继瑞典总部山特维肯中心之后投入使用的第二家世界级中心,两家中心都代表着山特维克可乐满的最高技术水平。我们的订制刀具生产厂也位于河北廊坊。

关于山特维克可乐满的更多信息,请访问:www.sandvik.coromant.com

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