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更好的涂层材料实现更好的锯割

来源:荣格-《国际金属加工商情》 发布时间:2021-04-22 1073
工业金属加工金属加工金属切削机床金属成型机床模具及冲模焊接设备及工具其他金属材料表面处理测量及控制系统 技术前沿
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在许多生产过程中,锯割扮演着非常重要的角色,例如在切割原材料时或者在半成品下料时。

什么样的涂层材料能够提高锯割时的切削性能和企业的盈利能力?斯图加特市霍伦霍夫IPA研究所对Oerlikon Balzers公司提供的样品进行的检测试验回答了这一悬而未决的问题。

在许多生产过程中,锯割扮演着非常重要的角色,例如在切割原材料时或者在半成品下料时。而锯割效率的高低则取决于所用锯条和锯条的材料。但占主导地位的大多数锯条涂层材料一直是黄色的钛基涂层材料。因此在锯割难切割金属材料时就有必要研究、研究最佳的锯条涂层材料了,只有找到最佳的锯条涂层材料才能提高锯割加工的经济性,满足不断提高的锯割要求。


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为保证机械加工所需的生产周期和最低的加工成本,锯割技术正在步入高性能切削加工的领域。“在这方面也越来越多的用到了HSC高速加工技术。”霍伦霍夫IPA工业工程和自动化技术研究所的Mortz Kolb先生说。霍伦霍夫IPA研究所拥有近千名职工,是霍伦霍夫协会下属最大规模的研究所之一,也是德国切割和锯割技术领域中首屈一指的科研机构,因此也是表面处理技术专家Oerlikon Balzers公司理想的合作伙伴。“我们希望进行难加工材料的锯割测试,通过测试比较不同涂层材料的性能,以便能够更好的调整我们的涂层产品并向客户提出优化锯割技术的建议。我们不知道此前有谁做过这样的事情。” Oerlikon Balzers公司机加工部门经理Rico Fritzsche先生解释说道。


图2 单齿测试的三维图片:左侧图片中的黄色是圆锯的一个锯齿;

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圆锯切割过程的实验模型

实验时,IPA霍伦霍夫研究所采用的是“单齿锯割模型”,并在试验台上模拟了圆形锯片的切割过程(参见图1)。实验模拟了圆锯实际切割过程中单个锯齿的运动学过程、切削刃承受的负荷、接触比和切屑形成。实验时,单齿锯片垂直于工件,锯齿间断性地切入工件就像真实锯割时的情景一样(参见图2)。作为试验台测试的一个组成部分,模拟测试时也对锯齿的进给力和切削力以及锯齿几何形状的变化,在九个测量点处对锯齿的磨损量进行了检测。在切割各种不同金属材料时,锯齿的几何形状保持不变。试验的重点是两种难切割的合金材料:1.4501号双相钢(X2CrNi-MoWCuWN)和Inconel 718;将这两种难切割材料的锯割过程与常用的42CrMo4调质钢的锯割过程进行比较。这些材料是Oerlikon Balzers公司事先与客户一起选择的测试材料。

作为传统技术的挑战者,Oerlikon Balzers公司使用了铝基(AI)的2 × AlTiN, 2 × AlCrN涂层材料;其中就包括专门为高性能锯割而开发的基本型涂层材料Balinit Alcrona Pro(图片中牌号缩写为AICrN 1)。与其相对应的实验参考材料是TiN涂层材料。“从2018年起我们就针对锯片的生产——从涂层前的预处理到涂层工艺直至涂层后处理的全过程进行了优化。” Oerlikon Balzers公司的客户技术顾问Klaus Springer先生说。


图3 锯割X2CiNiMoWCuWN材料时的锯片磨损曲线。

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图4 锯割铬镍铁合金Inconel 718材料时的锯片磨损曲线。

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结果:铝基涂层更好

测试结果的主要评判标准是各次测试中有实际意义的极限磨损,即磨损痕迹宽度VB的测量结果以及锯片到达使用寿命极限时的总锯割长度。为了能够更加详细地检查和比较工件的锯割效果,锯片不是被用到全部蹦齿时才认为达到了使用极限。

有关测试结果的说明:在锯割难切削材料的测试时,对1.4501号双相钢的首次测试实验就看出了新涂层材料的优秀表现(参见图3)。TiN涂层锯片的总锯割长度在达到了7.5m(最大磨损痕迹宽度VBmax=207μm)时就出现了涂层脱落的现象。Balinit Alcrona Pro铝基锯片涂层的最大磨损痕迹宽度为VBmax=205μm,总锯割长度为17.5m。而铝-钛合金材料的AlTiN 2涂层得到了最佳的测试结果:VBmax=158μm,总锯割长度达到了20m。

即使在锯割Inconel 718材料的工件时,铝基涂层材料的优势也很明显:AITiN 1涂层的总锯割长度为20m,最大磨损痕迹宽度VBmax=635μm。Balinit Alcrona Pro涂层材料也是测试中表现最好的涂层材料之一:在最大磨损痕迹宽度VBmax=587μm时的总锯割长度为15m。相比之下,钛基的TiN涂层材料在最大磨损痕迹宽度VBmax=468μm时的总锯割长度只有10m。而TiN涂层仅在锯割42CrMo4材料的对比测试中得到了更好的锯割效果。在常规材料的锯割测试中,所有测试涂层材料的测试结果都非常接近,成绩最好的是Balinit Alcrona Pro涂层材料。


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图5:检测图片直观的记录了每个检测点的磨损情况:图示为Balinit Alcrona Pro涂层锯片1.4501号双相钢锯割后的图片,锯片的总锯割长度为12.5m。


Moritz Kolb先生对难切削金属材料锯割试验的结果有着30%到40%巨大差异的情况并不感到吃惊。Oerlikon Balzers公司的销售代理商也希望铝基涂层有着更好的锯割性能,尤其是已经成功上市的Balinit Alcrona Pro(参见图5)。“现在,我们对自己的产品有了更加深刻的了解。测试试验的结果就是证明了还能够更加经济、高效的完成原材料的锯割任务,证明了我们走上了一条正确的道路:客户可以利用我们的产品优化自己的锯割工艺过程。根据科学研究的结果,我们也可以进一步优化改进我们的锯割工艺,并更加精准地为客户提供锯割工艺技术的建议。” Rico Fritzsche先生说,“我们首次成功地描述了锯齿的磨损过程和锯割刀具的使用寿命等问题。这就意味着锯片生产厂家和锯片客户对TiN涂层在锯割难切削加工材料时的情况感到不满意了。” Klaus Springer先生也补充说道。


来源:荣格-《国际金属加工商情》


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