新一代刀片和新工艺
九十年代,研发出了二十多种新材质,其中大部分是涂层材质,并且大多数用于车削,工件材质不同,工序要求也不同。我们还研制了新一代涂层车削材质(GC4000系列),其中可使用更厚碳化铝涂层的晶粒结构,强度大大改善,特别是GC4015材质,实现了更高切削速度的目标。
在研发涂层工艺的同时,我们的另一条思路是同时生产不同的材质。因为陶瓷材料固有的脆性,CVD涂层不能用于带有锋利切削刃的刀具。物理气相沉积(PVD)工艺涂层采用新研发的材质((GC1025和GC1125),圆满解决了这个问题。采用PVD涂层的切削刃韧度特别高,尽管这些涂层不能达到厚CVD涂层的耐磨水平,但是其耐磨性还是比非涂层刀具好很多。
从那时起,研发CVD和PVD工艺意味着两类涂层材质的应用越来越相近,从而刀片材质的程序优势互补。随着时间的推移,制造业应用场合、工况、工序、加工率、工件材料和零件质量的变化对研发这些新材质有着十分深远的影响。
我们在刀具材料方面做了大量研发工作,已取得突破性创新成果。金刚石涂层刀片便是其中之一,这种材质通过采用合理的断屑槽形,可以代替金刚石镶尖刀片,用于车削铝合金材料。此外还有用于精加工的金属陶瓷刀片,用于超硬零件精加工的立方氮化硼刀片,用于耐热合金加工的陶瓷刀片。以及一系列重要的刀片材质,用于铣削、钻削、切断和切槽、螺纹车削的可转位刀片和整体硬质合金刀具。
工艺开发
九十年代中期,中温(MT)CVD涂层工艺问世,这种工艺改善了需要涂覆的碳氮化钛内层涂层晶体取向。我们还推出了细晶粒涂层,这种涂层对刀片性能发挥至关重要的作用。这些技术可以使多层涂层刀片材质强度更大,与刀片基体附着力更好,使用寿命更长,更安全,切削速度更快。
新MT-CVD涂层工艺的另一大优势是基体不掉碳,在设计刀片基体时,选择范围更广。新刀片基体对切削刃变形和热裂不敏感——这两种现象都具有破坏性,因此需要避免。采用这种技术生产的第一种材质是用于铣削的涂层材质:GC3020,然后是用于车削的材质LC25。但是,这也是GC4000系列车削材质成功背后的秘密。
梯度烧结技术成为山特维克可乐满研发的重要源泉。这是形成功能梯度材料之处,例如富钴表面层,可满足基体性质的平衡要求。涂层刀片基体表面带的组成成分是实现不同涂层刀片材质的重要考虑因素。这些先进技术主要用于改善切削刃的抗塑性变形能力。Gamma相主要分布在切削刃上,从而改善了硬性。切削刃以外,在碳化物中加入丰富的结合剂,可抑制开裂倾向,并提高了抗切屑冲击性。
CVD涂层相对较厚,能与多种物质同时使用,达到不同效果。例如:碳氮化钛硬度大、耐磨性好,加上氧化铝的卓越性能,氮化钛形成金黄色面涂层,增加耐磨性,方便检查磨损情况。使用更薄、坚硬的PVD涂层的主要目的是通过连续或层状涂层,增加耐磨性,增加涂层层数,粒径可达纳米级。
PVD涂层系列(例如综合性能较好的氮化钛)对碳氮化钛进行了改进,具有较高的耐磨性;加入钛——铝氮化物,硬度和抗氧化性大大增加;采用氧化PVD,改善化学惰性和抗月牙洼磨损性。因此,CVD和PVD涂层刀片系列构成优势互补的应用系列,其中绝大多数性质可用于对加工工序进行全面优化——切削刃的锋利度是一个重要因素。
刀片材质研发的另一重要思路是后处理工艺的研发,主要包括涂层切削刃的喷砂和涂刷。这些工艺融入与涂层效果互补的不同刀片制造工艺中,对刀片表面具有显著积极作用。
例如:采用喷砂作为后处理,涂层形成抗压力,刀片韧度得到改善。
新世纪——新创新
始于本世纪初的硬质合金材质的研发表明涂层刀片仍然具有巨大潜力,我们还将继续大规模研发。我们通过与加工车间保持密切联系、从其加工需求中认识到这种巨大潜力。通过对材质要求的韧度和耐磨性以及抗变形能力、涂层附着力、厚度和切削刃纹路可靠性进行更加仔细的研究,加强了优化应用和推荐应用范围的准确定位。




