刀具寿命延长三倍： 新一代ISO车削刀片
2019-7-23 来源：瓦尔特 作者：-
HIPIMS PVD涂层可转位刀片
更小、更轻——各个不同行业都朝着小型化或者轻量化的方向发展。对于机械工程及其供应商来说，这种趋势给金属加工带来了全新的挑战。瓦尔特公司推出HIPIMS PVD刀具材料，为其客户提供了这一应用领域的解决方案。这些材料能够保证卓越的工艺稳定性和高于平均水平的刀具寿命，给许多客户留下了深刻印象。
图：表面对比
说明：采用HIPIMS PVD工艺生产的表面非常光滑，减小了摩擦，因此刀刃上的积屑瘤和热量产生也得以减少。
上图：标准PVD工艺：液滴明显
中图：HIPIMS PVD工艺（WNN10）：非常光滑的表面
下图：HIPIMS表面与发丝表面的直接对比
小型化的趋势在通信和娱乐电子领域最为明显，但它同时也在逐渐改变许多行业领域：从医疗行业到汽车行业，乃至飞机制造业。对生产商来说，这意味着他们必须调整工艺，以适应对尺寸稳定性和表面质量不断增高的需求，甚至需要转而使用新材料。
图：Inconel 718 DA – 40 HRC的精加工
说明：在切削参数相同的情况下，新的HIPIMS PVD涂层DCGT11T304-FM2 WSM01可转位刀片，相比于DCGT11T304-PF2 WXN10可转位刀片，将刀具寿命从9分钟延长至18分钟，并且在整个刀具寿命期间，表面质量始终维持在Rz 2和Rz 4 之间。
超硬、但又特别有韧性的材料（如航空航天工业中洛氏硬度HRC42的Inconel 718DA，或医疗和食品工业中的Ti-6Al-4V）在ISO 车削过程中对可转位刀片要求很复杂。这是因为难加工材料具有很高的粘附趋势，尤其是当它们的镍（Ni）含量比较高时。这种趋势会导致切屑粘附并堆积在刀刃上，从而影响尺寸稳定性和表面质量。我们必须承认，到目前为止，刀刃的磨损总是比较快，尤其是在加工高强度材料的情况下。
在大切深至中等切深的ISO车削应用中，之前主导市场的CVD涂层可转位刀片表现一直可圈可点。但是，这种刀片在诸如精加工等机加工应用中效果就差强人意，特别是对精度和刀具寿命有要求的时候。这就是瓦尔特加工专家认为主要可以进行优化的地方。
图：Gerd Kussmaul
说明：Gerd Kussmaul，瓦尔特公司高级车削产品经理，负责ISO车削、切槽和高级材料产品部门。
瓦尔特高级车削产品经理Gerd Kussmaul是这样描述新型HIPIMS PVD涂层可转位刀片的设计概念的：“目前来说，对表面质量要求最高的ISO M、ISO S、ISO P和ISO N材料，虽然精加工都是比较特殊或小范围的应用，但是目前市场的动态增长，我们从中看到了巨大的潜力。精加工用以获得均匀且良好的表面质量的。在可转位刀片的整个使用寿命中，工件表面质量范围需要维持在Rz 1.6 µm至Rz 6.3 µm之间。这就是为什么一段时间以来瓦尔特一直在寻找适当的槽型和刀具材料，以实现这方面的工艺可靠性。新的PVD HIPIMS涂层表现出能够满足这一目标的理想性能，其表面极其光滑，在锋利的刀刃上有很强的层附着力。”
创新的涂层技术确保最佳性能
瓦尔特是为数不多的能够独立生产新的PVD HIPIMS工艺、并通过专门的PVD开发团队不断拓展应用可能性的可转位刀片制造商之一。HIPIMS的意思是“大功率脉冲磁控溅射”。与传统的DC溅射工艺相比，HIPIMS工艺要求将加工对象置入几千瓦功率的短脉冲中。这道工序会产生每立方厘米1013个离子的等离子体密度，其目标金属离子含量很高。涂层与基材之间的结合也很好。
这种涂层工艺对具有极其锋利槽型的可转位刀片，例如FN2或MN2“铝加工槽型”非常有益，主要是因为它能形成极其稳定的切削刃。即使在高负荷加工下，涂层也不会剥落，刀刃也不会断裂。此外，高的刃口稳定性还能确保刀刃受到的磨损小而且均匀。均匀的磨损甚至能够保证即使刀片即将到达最终寿命也能维持尺寸稳定性和工件表面质量。HIPIMS工艺的另一个优点是涂层非常光滑，非常适合加工粘性如铝合金等材料；对机加工过程中易于粘附在刀刃上的材料也能够做到可靠切削。从而基本消除一些常见的磨损形式，例如与粘附材料发生化学和物理反应而引起积屑瘤或明显的后刀面磨损等。瓦尔特的新HIPIMS PVD级 WNN10和WSM01同时还具备很长的使用寿命。
刀具寿命长，机加工体量增加
图：瓦尔特 MS3 WSM01和MN2 WNN10可转位刀片
说明：瓦尔特 HIPIMS PVD材质WNN10和WSM01表面非常光滑，同时具备出色的涂层附着与极高的硬度。
上图：瓦尔特 MS3 WSM01
下图：瓦尔特 MN2 WNN10
HIPIMS PVD可转位刀片的销售量稳定增长，很多已经将原先的WXN10或者WK1刀具更换为PVD涂层的WNN10或者WSM01可转位刀片的客户都给出了不错的反馈。瓦尔特的产品经理Gerd kussmaul说：“要在既定流程中更换刀具材料必须要有充分的理由。抛开其他各种因素不说，新HIPIMS材质在刀具寿命和表面质量方面表现不俗，非常有利于其推广。我们从对比测试中可以清楚地看出这一点。例如，在洛氏硬度为54的工具钢X40CRMoV5-1（DIN1.2344）上进行精加工操作时，刀具寿命可以延长275%。整个刀具寿命期间均可达到Ra 0.8 µm的表面值，工艺可靠。另一项应用是用新材质的WSM01以80 m/min的切削速度对Inconel 718DA进行精加工，加工时间达到18分钟。相比之下，原等级的WXN10只能达到9分钟。此外，在整个刀具寿命期间，表面质量均良好，维持在Rz 2 µm到Rz 4µm 之间。
图：应用范例——叶轮
说明：在对比试验中，瓦尔特使用WNN10可转位刀片（与以前的刀具材料相比）加工红铜，刀具寿命增加了73%。
工艺可靠性和成本降低
瓦尔特的新HIPIMS PVD可转位刀片在任何要求最大精度、最佳表面质量和工艺可靠性的应用市场具有很大的潜力。与此同时，这种刀片还能够降低成本，因为HIPIMS PVD涂层与硬质合金基材组合形成的刀具材料能够延长刀具寿命，并始终保证加工质量。在精加工等较为困难的加工工序以及硅含量高的铝合金等粘性大的材料加工中尤为重要。事实上，这种刀具的寿命和表面质量与原来的可转位刀片相比差异非常明显，从而使得生产成本显著降低。
有关信息：
优化精加工和粗加工的表面质量
瓦尔特为铝、铜和镁基合金等ISO N材料开发了新的WNN10等级。可转位刀片有两种槽型：18°前角的FN2槽型非常适合精加工和易于振动的细长轴；25°前角的MN2槽型可普遍用于有色金属的半精加工。
新材质WSM01包括正型刀片FM2、MM4和MN2，以及负型刀片MS3、NMS和NRS。其主要应用领域是镍基和钴基高温合金的精加工和半精加工，但也用于不锈钢材料，如奥氏体不锈钢1.4301、1.4404或双相不锈钢1.4462。例如，它在航空航天工业中用于加工发动机部件、在医疗行业中用于生产外科器械等。其应用还包括加工不锈钢或高硬度的工具钢，如洛氏硬度为54的X40CrMoV5-1。总之，可以说：新的HIPIMS PVD级WSM01是硬材料精加工的理想解决方案。
瓦尔特网址链接： www.walter-tools.com
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