【伊斯卡刀具】胜任不锈钢的加工
2020-11-30 来源：-- 作者：-
不锈钢分类
长期以来，不锈钢一直是主流工程材料。不锈钢制品随处可见，遍布于涡轮机械、厨房用具、航空航天工程、外科手术、油气工业及食品工业等领域。不锈钢得以应用得如此广泛，源于该材料非常重要的特性—防腐蚀性。 “不锈钢”及“防腐蚀钢”通常被视为同义词，还有诸如防锈钢、不锈钢及无腐蚀钢等词。不锈钢，最初的意思是“免于红色锈斑”，指铁氧化的结果。腐蚀是化学反应及物理-化学反应所导致的结果。腐蚀有不同类型。
1.依据其主要功能特征，不锈钢被划分为以下几类：耐腐蚀钢 – 在正常情况下免于腐蚀；抗氧化不锈钢或防锈不锈钢 – 在高温、不友好环境下具有耐腐蚀性；耐热不锈钢或在高温应力下不失去强度的耐高温不锈钢。因此，可将耐腐蚀钢视作不锈钢的一类。
2.以上不锈钢种类的功能特点决定了在切削刀具设计中对其材料组的选择。对从事不锈钢加工的制造商而言，关键要素是材料的机械加工性。不锈钢的机械加工性与钢的元素含量及结构相关。据此，不锈钢可分为以下几种类型：铬不锈钢（铁素体不锈钢；马氏体不锈钢及铁素体-马氏体不锈钢）；铬镍不锈钢（奥氏体不锈钢及超级奥氏体不锈钢；奥氏体-铁素体双相不锈钢）；此外，还有一种沉淀硬化不锈钢(PH)，既可以是马氏体型，也可以是半奥氏体型，是一种单独的分类。
3.判断不锈钢属于哪种类型，能帮助评估其机械加工性及挑选所需刀具。在切削刀具的设计中，不锈钢的种类是决定刀具几何形状、甄选刀具材料（尤其是硬质合金刀具），确定冷却供应的主要因素。
从机械加工性的视角来看，铁素体不锈钢及马氏体不锈钢与高合金钢非常相似。因此，ISO 513标准规约了刀具应用的主要种类，将铁素体不锈钢和马氏体不锈钢归类至ISO P材料组。然而，奥氏体不锈钢、双相不锈钢及沉淀硬化不锈钢的情况是完全不同的。以上类型不锈钢机械加工性较差，依据其加工性而归类至ISO M材料组。
机械加工性还受到热处理的影响。在加工ISO M类不锈钢时，源于这类材料的机械加工性差，刀具切削刃处于重载工况：一旦钢的热传导性开始变差，高温就会引起热裂；自硬性，源于加工过程中材料的变形，导致塑性变形及破裂；材料强度高导致疲劳磨损及破损；材料的粘附性趋势导致积屑瘤的产生。
ISO S材料组的应用主要考虑高温超级合金(HTSA)，钛及钛合金的加工。在众多的HTSA材料中，有铁基合金，事实上，也被称作耐热不锈钢，其机械加工性较不锈钢材料就差了很多。
因此，不锈钢作为一种工程材料的大类，因元素含量、性能及机械加工性而各不相同。加工不锈钢需要切削刀具，刀具具有不同的切削形状，刀具牌号，涵盖了三种主要材料组：ISO P，ISO M及ISO S。
金属加工行业对用于不锈钢加工的刀具需求呈增长态势，切削刀具制造商们一直在为工业增长的需求寻找适合的答复。尽管不锈钢的加工历时已久，切削刀具制造商们仍努力探寻能带来技术创新的进展及提高现有解决方案的新可能性。来自全球切削刀具领军企业之一伊斯卡的最新产品，恰是致力于此。
车削刀具
基于经验累积，伊斯卡研发了三种ISO车刀片断屑槽。这些断屑槽，定义了刀片前刀面的形状，被命名为R3M, M3M 及F3M，指定了主要应用领域：不锈钢的粗车加工、半精车加工及精车加工。被应用于双面负型车刀片及单面正型车刀片的断屑槽设计。该断屑槽的典型特征是具有特定形状的卷屑台以实现更佳的切屑控制，波纹状卷屑台有助于使得刀片免于受到来自切屑的破坏。在设计阶段就通过切屑流3D建模对卷屑台的形状设计做出极大的贡献。为帮助用户能识别出各断屑槽型，在刀片中心孔周边刻印了图案，每一类型的断屑槽均以不同数量的齿轮形图案做出特征标识。
在金属加工领域，瑞士自动机床非常适用于小规格不锈钢件的加工，特别是航空工业及医疗器械工业。伊斯卡最近推出带新型NX断屑槽的车削-切槽刀片，丰富了SWISSCUT INNOVAL系列，该系列是专为瑞士自动机床而特别研制的。新型断屑槽大大改善了在不锈钢加工中对切屑的控制。在前面的案例中，切屑成型的3D建模有助于找到优化的切屑形状。
在切断及切槽方面，伊斯卡发布了两种全新的硬质合金牌号用于不锈钢的加工，采用了TiAlN（PVD）涂层：IC1010用于中-高速切削；IC1030用于低-中速切削。在伊斯卡专家看来，对伊斯卡最为前沿的硬质合金牌号施予后涂层处理技术（SUMOTEC），结合新的断屑槽能使得刀具性能更佳，刀具寿命更高。
旋转刀具
切削刀具的技术性能在很大程度上取决于其特性。在不锈钢钻削加工方面，伊斯卡最新的研发都意在创生出更佳的刀具材料，顺势推出两种新型硬质合金牌号：IC806及IC5500。IC806牌号采用了PVD物理涂层，主要用于难加工的耐热不锈钢（ISO S材料组及ISO M材料组）的深孔钻削；而IC5500牌号，其特点是不仅采用了新的硬质合金基体而且采用了CVD化学涂层，确保在铁素体不锈钢及马氏体不锈钢（ISO P材料组）的钻削加工中具有高性能。
IC5500牌号在钻削加工中效果显著，对该牌号应用领域的扩张带来了直接的影响，最终被可转位铣刀系列所采纳。装夹圆刀片的铣刀系列最近扩展了新铣刀，用于轮廓表面的加工，特别是涡轮叶片表面的加工。新刀片提供两种设计版本。第一个版本由IC5820牌号制成，用于加工奥氏体不锈钢、双相不锈钢以及沉淀硬化不锈钢（ISO M材料组及 ISO S材料组）。第二个版本由IC5500牌号制成，用于加工铁素体不锈钢及马氏体不锈钢（ISO P材料组）。IC5500牌号，不仅在钻削加工中得到验证，而且作为圆刀片的牌号也显著提高了切削速度。
伊斯卡最近研发的带5个螺旋槽的整体硬质合金立铣刀系列为在奥氏体不锈钢、双相不锈钢以及沉淀硬化不锈钢（ISO M材料组及 ISO S材料组）的加工提供了有意思的解决方案。立铣刀概念利用了防振原理，具有不等螺距和不等螺旋角，被纳入伊斯卡防振产品。新增元素是副切削刃磨损控制结构。立铣刀由PVD涂层的超细晶粒硬质合金牌号IC608制成。立铣刀复合了防振式切入，副切削刃，强固的锥形芯，先进的耐磨牌号而设计，带来了显著提高的刀具寿命。
高效冷却—进阶成功之路
在难加工不锈钢材料的加工中，在诸多案例中，高效冷却是性能优化的一个因素。几年前推出的TANGSLIT槽铣刀，冷却液流经冷却通道直达每一切削刃，为用户提供了合理的解决方案。该槽铣刀，既适用于低压冷却（最高冷却压力为10bar），也适用于高压冷却（最高冷却压力为340bar），切削速度最大能提高50%，确保高效排屑，提高了被加工表面质量。
随着加工领域对高压冷却应用需求的增长，伊斯卡推出适用于螺纹加工的带冷却通道的新式刀夹。该刀夹夹持带10个切削刃的高经济性刀片。
结语
市场不断对不锈钢加工提出诉求更多高效刀具的需求，需要切削刀具制造商做出适当的反馈。高度胜任，高度专业，加上主动创新精神，是这里的决定因素，也是前进之路。伊斯卡保持决心，并将在今后秉承这一套做法持续发展。
（来源：伊斯卡刀具；作者：伊斯卡技术经理 Andrei Petrilin）
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