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    創新的伊斯卡切削刀具材料牌號
    2022-5-9  來源:伊斯卡技術經理   作者:Andrei Petrilin  訪問量:


           前言
      
           建房始于筑基。房屋的整體強度和可靠性取決于地基的牢靠程度。對切削刀具研發制造而言,地基所指為切削刀具的材料。切削刀具材料種類多樣:硬質合金、聚晶金剛石、高速鋼、陶瓷等,每一種材料都會有多種不同等級的牌號可選。在金屬切削加工不同的歷史階段,每一種刀具新材料的引入及使用都會導致切削效能的顯著提高,繼而使工業制造生產率大幅提升。然而,如果說上世紀后半葉是以刀具材料快速的發展為標志,那么當前我們并未看見在這一領域有任何顯著的新解決方案,這是否意味著新刀具材料的發展已抵達巔峰,正陷入停滯?

           答案當然是否定的。新的研發和使用已深入到切削刀具材料的方方面面,更專注于內部結構,需要借助于掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、電子背散射衍射(EBCD)和其他復雜的方式來觀察。尤其是刀具材料涂層,盡管涂層的厚度非常薄,只能以微米來衡量,但是可以復合成非常多的種類,作用非常大。

           硬質合金是由硬質合金晶粒通過粘結劑(主要為鈷)粘結在一起的合金材料,絕大多數用于制造切削刀具的硬質合金都復合了耐磨涂層。在性能上,涂層后的硬質合金達到了在高效率、刀具壽命以及使用成本之間合理的平衡。新的發展集中于三個方向:硬質合金生產制造技術,前沿的涂層方式,技術創新的涂層后處理技術。材料組合中除了硬質合金是基本元素外,涂層和涂層后處理的選項更多,從而獲得更多的切削刀具牌號。當前領先的刀具制造商們在以上幾個發展方向上都取得了重大的成功,向市場推出的大量新的產品牌號。(圖1)(圖2)
     
     
     
     圖1 刀片由硬質合金粉末制成
     
      
     
    圖2 硬質合金混合料

           切削刀具的用戶可通過對生產率、刀具壽命及制造成本等要求來考量分析選取刀具的牌號。事實上,在更有效開發適應客戶需求的新產品的背景下,很多客戶會把刀具的通用性和高效率作為衡量加工改善的主要標準。

           直面挑戰
      
           做為金屬切削行業領先者的伊斯卡公司對所面對的挑戰非常敏銳,一直在創新升級刀具的硬質合金牌號。伊斯卡的刀具材料解決方案,開發時充分考量了現代金屬切削加工的趨勢。以被加工工件的切削材料為例,諸如鈦合金、耐熱鋼及超級合金等難加工材料,近幾年,它們在很多工業零件中的應用份額顯著增加,與這些材料的傳統消費者航空工業一樣,它們在能源工業、汽車工業、石油和天然氣工業等領域的應用也越來越多。難加工材料應用的增長對切削刀具提出了技術解決方案的需求。根據各大類切削加工所需的刀具形狀,伊斯卡公司的專家在過去數年打造出了升級的硬質合金牌號:合適的硬質合金基體,新的復合涂層以及新的涂層后處理方式。

           針對銑削加工應用,伊斯卡開發出PVD涂層的IC882牌號及CVD涂層的IC5820牌號,以上兩種巧克力色的硬質合金牌號適合加工鈦合金、高溫合金和不銹鋼。涂層后處理方法是這些牌號密不可分的部分,提高了刀具抗崩刃性、抗溝槽磨損性,抗積屑瘤性,以實現更長的刀具壽命。IC882牌號在加工工況惡劣的情況下展示出令人印象深刻的性能;IC5820牌號也在高壓冷卻的銑削加工中表現出色。

           在孔系加工應用中,伊斯卡推出IC5500牌號,一種CVD多涂層的新牌號,涂層后新的處理方式延長了刀具壽命。隨著該牌號在鉆孔應用中的極大成功,IC5500也被應用于銑削產品,如伊斯卡用于渦輪葉片三維表面加工的全新圓刀片,也是基于此牌號來開發生產。

           在車削加工應用中,PVD涂層的硬質合金牌號IC806被特別設計用于高溫超級合金的加工應用。隨著該牌號獲得了航空零部件客戶較高的認可和普及,伊斯卡也同時拓展IC806牌號應用于螺紋車削加工。

           除涂層硬質合金外,金屬切削加工還需要應用到其它硬質切削材料,如陶瓷、金剛石及立方氮化硼(CBN)。將它們應用于難加工材料的加工有助于大幅提高生產效率。最近幾年,伊斯卡通過推出多種非硬質合金牌號豐富了切削材料范圍,包括用于高溫合金切削的陶瓷牌號IS25及IS35,以及用于淬硬件車削加工的CBN牌號IB20H。(圖3)
     
     
     
     圖3 用于淬硬件車削的CBN牌號IB20H刀片
       
           當然,制造業客戶的需求并不局限于難加工超級合金或鈦合金的高效加工。各種常規鋼材類仍然是主流的工件材料。伊斯卡堅持不懈地開發最先進的最合適的解決方案,包括研發出技術創新的切削材料。例如切槽切斷加工應用中的兩種全新的PVD涂層硬質合金牌號:IC1010及IC1030,被廣泛用于加工不銹鋼件及鋼件的TANG-GRIP系列刀片及DO-GRIP系列刀片,超硬晶粒牌號IC1010推薦用于高線速度切削條件下的切槽及切斷加工,韌性更好的IC1030牌號適用于斷續加工和惡劣工況的加工條件。(圖4)
     
     
       
     圖4  裝夾IC1010牌號刀片的切斷刀
     
           結語
      
           切削牌號的不斷優化升級是刀具制造商們取得成功的重要組成部分,而切削刀具的技術創新也需要強固的基礎。這就是為什么伊斯卡以“創新不止”的座右銘為引導并激勵新刀具材料的開發。

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