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挑戰(zhàn)：解決面銑加工中的刀具壽命和與生產(chǎn)安全相關(guān)的崩刃、涂層剝落和熱裂紋等問題。
解決方案：GC1130新材質(zhì)采用了細晶粒高鉻基體和Zertivo?技術(shù)PVD涂層，大幅提升了基體/涂層的附著力和切削刃完整性。
刀片涂層崩落和切削刃崩刃的情況在困難工況面銑操作中經(jīng)常出現(xiàn)，會導致刀具壽命縮短，這些問題通常出現(xiàn)在復雜走刀、長懸伸、深型腔加工和濕切作業(yè)中。
山特維克可樂滿開發(fā)了一種新的刀片材質(zhì)GC1130，它使用了細晶粒高鉻基體Zertivo?技術(shù)生產(chǎn)的PVD涂層。GC1130主要用于鋼材（ISO-P）加工，同時，它也能很好地用于混合材料的加工。
山特維克可樂滿的研發(fā)工程師接受了這項挑戰(zhàn)—對先進的PVD鋼件材質(zhì)GC1030進行再次改進。在系統(tǒng)分析客戶需求的基礎(chǔ)上，研發(fā)人員通過進行大量的機加工測試完成了這項改進。這些測試全部在真實的機加工車間進行，研發(fā)團隊得到了客戶的大力支持。
研發(fā)人員對測試結(jié)果進行分析，找到三個主要問題：刀刃線附近崩刃、涂層剝落和熱裂紋（見下圖）。現(xiàn)有材質(zhì)已經(jīng)能充分抵御化學和磨料磨損，因此這些方面不需要改變。需要做的是優(yōu)化硬質(zhì)合金和涂層之間的相互作用，從而最大程度地保持刀片的完整性。
GC1130的基體十分堅硬且耐磨，這是由其成分中的高鉻含量和細晶粒結(jié)構(gòu)所決定的。碳化鎢顆粒結(jié)構(gòu)可提升刀刃強度并能實現(xiàn)更好、更均衡的性能。
GC1130涂層含有鈦、鋁和鉻，既能抵抗連續(xù)磨損也能抵御化學腐蝕。其結(jié)構(gòu)，尤其是涂層顆粒大小和納米層狀結(jié)構(gòu)，能在最大程度上減少熱裂紋和崩刃現(xiàn)象的產(chǎn)生。
刀片材質(zhì)的幾種成分會相互作用，一種成分可影響其他成分的屬性。Zertivo技術(shù)所使用的先進控制工藝能優(yōu)化涂層和基體之間的相互作用，更好地避免刀刃線附近出現(xiàn)的涂層剝落和小崩刃問題，從而發(fā)揮出材質(zhì)的全部潛能。
GC1130是第一款Zertivo銑削材質(zhì)，具有非常堅韌的切削刃。牢固的基體和經(jīng)過優(yōu)化的涂層能有效抵御困難加工條件下刃線的崩刃和破裂問題，例如濕切時的溫度變化就是常見的困難工況。
首批GC1130產(chǎn)品已于2015年10月1日發(fā)布，用于CoroMill390銑刀的7毫米和11毫米刀片。GC1130尤其適合于CoroMill 390-07刀片，它們可廣泛用于高加工要求的重復方肩銑和長懸伸方肩銑以及車銑等應用領(lǐng)域。
操作：連桿面銑
材料：低合金鋼
刀片材質(zhì)：GC1130
切削參數(shù)
| GC1130 | 現(xiàn)有解決方案 | 齒數(shù)zn | 2 | 2 | 主軸轉(zhuǎn)速n rev/min | 2636 | 2636 | 切削速度 vc m/min | 265 | 265 | 工作臺進給 vf mm/min | 791 | 791 | 每齒進給 fz mm | 0.15 | 0.15 | 切削深度 ap mm | 5 | 5 | 切削寬度 ae mm | 26 | 26 | 刀具壽命, min | 54 | 27 |
結(jié)論
現(xiàn)有刀片在使用27分鐘后報廢。GC1130刀具壽命是其兩倍，并顯著提高生產(chǎn)經(jīng)濟性。
磨損形式分布
在項目的前期研究階段，開發(fā)人員進行了針對性的銑削加工，發(fā)現(xiàn)了幾種主要的磨損類型。
從左至右順時針（見上圖）
涂層剝落 - 25% 磨料/化學磨損 - 15%
熱裂紋 - 25%
崩刃 - 35%
CVD and PVD
CVD（化學氣相沉積）涂層包含各種組合的碳氮化鈦(TiCN)、氧化鋁(AL2O3)和氮化鈦。這一化學過程發(fā)生在700–1050 °C的高溫之間。CVD涂層的主要好處是高度耐磨損并具有很好的耐熱性。
PVD（物理氣相沉積）涂層是通過在較低溫度（400–600 °C）下發(fā)生物理反應而生成。常用涂層包括氮化物、碳氮化物、氧化物和氮氧化物。金屬原料，通常是含有鈦和鋁的多種復合物，在氮氣中蒸發(fā)，并在刀具上留下一層薄薄的氮化物。PVD材質(zhì)通常用于堅韌鋒利的刀刃。這種涂層方法的抗壓應力能提升刀刃硬度并能阻止熱裂紋的產(chǎn)生。
Zertivo
Zertivo是山特維克可樂滿針對PVD材質(zhì)研發(fā)的專有生產(chǎn)技術(shù)。Zertivo能通過精確控制關(guān)鍵工藝參數(shù)來改進整個涂層生產(chǎn)過程，從而獲得完美匹配目標材質(zhì)的涂層。
除GC1130銑削材質(zhì)外，現(xiàn)在Zertivo技術(shù)也可適用于CoroDrill 880的鉆削材質(zhì)GC4344。該材質(zhì)的成分和結(jié)構(gòu)與GC1130有所不同，可滿足客戶的特殊需求。
來源： 山特維克可樂滿
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