刀具壽命延長三倍： 新一代ISO車削刀片
2019-7-23 來源：瓦爾特 作者：-
HIPIMS PVD涂層可轉位刀片
更小、更輕——各個不同行業都朝著小型化或者輕量化的方向發展。對于機械工程及其供應商來說，這種趨勢給金屬加工帶來了全新的挑戰。瓦爾特公司推出HIPIMS PVD刀具材料，為其客戶提供了這一應用領域的解決方案。這些材料能夠保證卓越的工藝穩定性和高于平均水平的刀具壽命，給許多客戶留下了深刻印象。
圖：表面對比
說明：采用HIPIMS PVD工藝生產的表面非常光滑，減小了摩擦，因此刀刃上的積屑瘤和熱量產生也得以減少。
上圖：標準PVD工藝：液滴明顯
中圖：HIPIMS PVD工藝（WNN10）：非常光滑的表面
下圖：HIPIMS表面與發絲表面的直接對比
小型化的趨勢在通信和娛樂電子領域最為明顯，但它同時也在逐漸改變許多行業領域：從醫療行業到汽車行業，乃至飛機制造業。對生產商來說，這意味著他們必須調整工藝，以適應對尺寸穩定性和表面質量不斷增高的需求，甚至需要轉而使用新材料。
圖：Inconel 718 DA – 40 HRC的精加工
說明：在切削參數相同的情況下，新的HIPIMS PVD涂層DCGT11T304-FM2 WSM01可轉位刀片，相比于DCGT11T304-PF2 WXN10可轉位刀片，將刀具壽命從9分鐘延長至18分鐘，并且在整個刀具壽命期間，表面質量始終維持在Rz 2和Rz 4 之間。
超硬、但又特別有韌性的材料（如航空航天工業中洛氏硬度HRC42的Inconel 718DA，或醫療和食品工業中的Ti-6Al-4V）在ISO 車削過程中對可轉位刀片要求很復雜。這是因為難加工材料具有很高的粘附趨勢，尤其是當它們的鎳（Ni）含量比較高時。這種趨勢會導致切屑粘附并堆積在刀刃上，從而影響尺寸穩定性和表面質量。我們必須承認，到目前為止，刀刃的磨損總是比較快，尤其是在加工高強度材料的情況下。
在大切深至中等切深的ISO車削應用中，之前主導市場的CVD涂層可轉位刀片表現一直可圈可點。但是，這種刀片在諸如精加工等機加工應用中效果就差強人意，特別是對精度和刀具壽命有要求的時候。這就是瓦爾特加工專家認為主要可以進行優化的地方。
圖：Gerd Kussmaul
說明：Gerd Kussmaul，瓦爾特公司高級車削產品經理，負責ISO車削、切槽和高級材料產品部門。
瓦爾特高級車削產品經理Gerd Kussmaul是這樣描述新型HIPIMS PVD涂層可轉位刀片的設計概念的：“目前來說，對表面質量要求最高的ISO M、ISO S、ISO P和ISO N材料，雖然精加工都是比較特殊或小范圍的應用，但是目前市場的動態增長，我們從中看到了巨大的潛力。精加工用以獲得均勻且良好的表面質量的。在可轉位刀片的整個使用壽命中，工件表面質量范圍需要維持在Rz 1.6 µm至Rz 6.3 µm之間。這就是為什么一段時間以來瓦爾特一直在尋找適當的槽型和刀具材料，以實現這方面的工藝可靠性。新的PVD HIPIMS涂層表現出能夠滿足這一目標的理想性能，其表面極其光滑，在鋒利的刀刃上有很強的層附著力。”
創新的涂層技術確保最佳性能
瓦爾特是為數不多的能夠獨立生產新的PVD HIPIMS工藝、并通過專門的PVD開發團隊不斷拓展應用可能性的可轉位刀片制造商之一。HIPIMS的意思是“大功率脈沖磁控濺射”。與傳統的DC濺射工藝相比，HIPIMS工藝要求將加工對象置入幾千瓦功率的短脈沖中。這道工序會產生每立方厘米1013個離子的等離子體密度，其目標金屬離子含量很高。涂層與基材之間的結合也很好。
這種涂層工藝對具有極其鋒利槽型的可轉位刀片，例如FN2或MN2“鋁加工槽型”非常有益，主要是因為它能形成極其穩定的切削刃。即使在高負荷加工下，涂層也不會剝落，刀刃也不會斷裂。此外，高的刃口穩定性還能確保刀刃受到的磨損小而且均勻。均勻的磨損甚至能夠保證即使刀片即將到達最終壽命也能維持尺寸穩定性和工件表面質量。HIPIMS工藝的另一個優點是涂層非常光滑，非常適合加工粘性如鋁合金等材料；對機加工過程中易于粘附在刀刃上的材料也能夠做到可靠切削。從而基本消除一些常見的磨損形式，例如與粘附材料發生化學和物理反應而引起積屑瘤或明顯的后刀面磨損等。瓦爾特的新HIPIMS PVD級 WNN10和WSM01同時還具備很長的使用壽命。
刀具壽命長，機加工體量增加
圖：瓦爾特 MS3 WSM01和MN2 WNN10可轉位刀片
說明：瓦爾特 HIPIMS PVD材質WNN10和WSM01表面非常光滑，同時具備出色的涂層附著與極高的硬度。
上圖：瓦爾特 MS3 WSM01
下圖：瓦爾特 MN2 WNN10
HIPIMS PVD可轉位刀片的銷售量穩定增長，很多已經將原先的WXN10或者WK1刀具更換為PVD涂層的WNN10或者WSM01可轉位刀片的客戶都給出了不錯的反饋。瓦爾特的產品經理Gerd kussmaul說：“要在既定流程中更換刀具材料必須要有充分的理由。拋開其他各種因素不說，新HIPIMS材質在刀具壽命和表面質量方面表現不俗，非常有利于其推廣。我們從對比測試中可以清楚地看出這一點。例如，在洛氏硬度為54的工具鋼X40CRMoV5-1（DIN1.2344）上進行精加工操作時，刀具壽命可以延長275%。整個刀具壽命期間均可達到Ra 0.8 µm的表面值，工藝可靠。另一項應用是用新材質的WSM01以80 m/min的切削速度對Inconel 718DA進行精加工，加工時間達到18分鐘。相比之下，原等級的WXN10只能達到9分鐘。此外，在整個刀具壽命期間，表面質量均良好，維持在Rz 2 µm到Rz 4µm 之間。
圖：應用范例——葉輪
說明：在對比試驗中，瓦爾特使用WNN10可轉位刀片（與以前的刀具材料相比）加工紅銅，刀具壽命增加了73%。
工藝可靠性和成本降低
瓦爾特的新HIPIMS PVD可轉位刀片在任何要求最大精度、最佳表面質量和工藝可靠性的應用市場具有很大的潛力。與此同時，這種刀片還能夠降低成本，因為HIPIMS PVD涂層與硬質合金基材組合形成的刀具材料能夠延長刀具壽命，并始終保證加工質量。在精加工等較為困難的加工工序以及硅含量高的鋁合金等粘性大的材料加工中尤為重要。事實上，這種刀具的壽命和表面質量與原來的可轉位刀片相比差異非常明顯，從而使得生產成本顯著降低。
有關信息：
優化精加工和粗加工的表面質量
瓦爾特為鋁、銅和鎂基合金等ISO N材料開發了新的WNN10等級。可轉位刀片有兩種槽型：18°前角的FN2槽型非常適合精加工和易于振動的細長軸；25°前角的MN2槽型可普遍用于有色金屬的半精加工。
新材質WSM01包括正型刀片FM2、MM4和MN2，以及負型刀片MS3、NMS和NRS。其主要應用領域是鎳基和鈷基高溫合金的精加工和半精加工，但也用于不銹鋼材料，如奧氏體不銹鋼1.4301、1.4404或雙相不銹鋼1.4462。例如，它在航空航天工業中用于加工發動機部件、在醫療行業中用于生產外科器械等。其應用還包括加工不銹鋼或高硬度的工具鋼，如洛氏硬度為54的X40CrMoV5-1。總之，可以說：新的HIPIMS PVD級WSM01是硬材料精加工的理想解決方案。
瓦爾特網址鏈接： www.walter-tools.com
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