切削刀具的高科技

来源:Aerospace Manufacturing and Design

发布时间:2019年6月12日下午 05:06:06

特殊涂层技术可改善难加工材料的表面光洁度,并延长刀具寿命。

Walter高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)PVD级(MN2 WNN10顶部)和(M53 WSM01底部)提供更长的刀具寿命和高质量的表面精加工。
[图片由Walter USA LLC提供]
 

小型化和/或轻量化通常意味着更高的尺寸精度和表面光洁度,大量的高温合金,钛合金,钴基合金和镍基合金(例如:Inconel 718)成为加工中非常受欢迎的材料。对于这些难加工材料Walter提供了合适的解决方案——用于切削工具的高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)物理气相沉积(PVD)涂层。与传统的PVD工艺相比,HIPIMS使目标受到几千瓦功率的短脉冲,从而产生极其光滑的表面,较低的摩擦、边缘积聚,层与基板的良好结合和层厚度分布。

硬质且非常坚韧的材料越来越受欢迎(例如在航空航天工业中使用42HRC和Inconel 718DA或在医疗行业中使用Ti-6Al-4V),这些材料对可转位刀片有着复杂的要求。坚韧的材料具有很高的粘附倾向,特别是当它们具有高镍含量时,会导致切屑粘附在切削刃上并形成堆积。这种情况会导致尺寸稳定性和表面质量受损。到目前为止,这种高强度材料所导致的切削刃的磨损不可避免。

在具有高到中等切削深度的车削操作期间,化学气相沉积(CVD)涂覆的可转位刀片提供了优异的可能性。然而,它们在加工应用中达到了极限,例如精加工和精加工,特别是在精度和刀具寿命方面。

高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)PVD工艺表面非常光滑,减少了尖端的堆积和基于摩擦的热量产生。


上:标准PVD工艺——增加液滴形成;中:HIPIMS PVD工艺(WNN10)—— 极其光滑的表面;下:HIPIMS表面与头发结构直接比较
 

创新,潜力

Walter的高级车削产品经理Gerd Kussmaul描述了新型HIPIMS PVD涂层可转位刀片背后的概念。

“即使对表面质量要求最高的ISO M,S,P和N材料的精加工仍然是特殊的应用,我们看到由于市场目前的动态增长而具有巨大的潜力,”Kussmaul说。

精加工涉及车削操作,旨在实现始终如一的良好表面质量。

“Walter一直在寻找能够实现工艺可靠性的几何形状和切削刀具材料,”Kussmaul解释道。 “新型PVD HIPIMS涂料具有理想的性能,可以在锋利的切削刃上获得极其光滑的表面和极佳的层粘合力。”

具有极其尖锐几何形状的可转位刀片,例如FN2或MN2,将受益于这种涂层工艺,因为它能产生非常稳定的切削刃。即使在高负荷下,层也不会切断,切削刃也不会脱落。此外,高水平的边缘稳定性可确保更低水平的均匀磨损。均匀磨损可确保整个刀具的使用寿命,确保尺寸稳定性和表面质量。

在加工粘性铝合金或其他粘性合金时,材料在加工过程中会很容易粘到切削刃上。从而发生典型的磨损形式,例如由粘附工件的化学和物理反应引起的积屑瘤或明显的后刀面磨损。
 

增加加工量

正如Kussmaul指出的那样,没有充分理由,人们不一定会从一种久经考验的切削刀具材料中改变。

“新型HIPIMS牌号在刀具寿命和表面质量方面取得的优势可以从比较测试中清楚地看出。” Kussmaul说。

在54 HRC的工具钢H13上进行精加工操作时,可以将刀具寿命延长275%。并且在整个刀具寿命期间实现了Ra0.8μm的表面值,并具有工艺可靠性。
 
Kussmaul描述了另一种应用:以262fpm的切割速度完成Inconel 718DA,采用新等级WSM01,切割时间和刀具寿命为18分钟——是之前WXN10等级的两倍。
对于Inconel 718 DA的精加工,在相同的切削参数下,与WXN10可转位刀片相比,新型高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)PVD涂层WSM01可转位刀片将切削时间从9分钟提高到18分钟。

 

工艺可靠性提高,成本降低

Walter的HIPIMS PVD可转位刀片可应用于需要高精度,高表面质量和高工艺可靠性的任何应用场景,特别是在处理难加工材料时,而且成本更低,因为HIPIMS PVD涂层与硬质合金基体相结合,使切削刀具材料具有始终如一的高加工质量和较长的刀具寿命。对于诸如精加工之类的难加工以及诸如具有高硅含量的铝合金之类的粘性材料尤其如此。与以前的可转位刀片相比,刀具寿命和表面质量的提高是显着的,通常可以显著降低成本。

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