伊斯卡的IC908、IC907、IC903屬於硬塗層,它們採用具有良好抗機械衝擊和熱衝擊性能的超細晶粒硬質合金作為基體,通過具有更低摩擦係數的PVD塗層工藝塗覆耐高溫材料TiAlN,抗氧化溫度高,在切削時會產生TiAlN膜,具有較好的抗氧化性能,開始氧化溫度為700℃~800℃,高於TiC、TiN等塗層的氧化溫度。TiAlN在高溫時比TiN硬度高,熱穩定性好,其高溫時產生的氧化膜。可改善刀具與工件/切屑的摩擦,減少熱量的產生,此外,TiAlN塗層的熱導率也低於TiN等塗層,從而起到隔熱作用,使刀具在干切削時能承受更高的溫度。PVD-TiAlN塗層,硬度與TiCN、TiN相當,而熱穩定性溫度比TiCN和TiN高,達到1450℃。這種TiAlN塗層隨A1含量的提高,其硬度更高,抗高溫斷裂性更強,有很高的硬度和耐磨性能,而氧化溫度不變。
近兩年來,伊斯卡又採用超薄TiN和TiAlN對刀具進行交替塗覆,所塗覆的刀具具有粘附力強,耐熱性高和抗磨損性好等特性,聚集了TiN、TiAlN以及TiNC等塗層的優點,然後再用塗層后處理技術SUMO-TEC,進一步提高韌性和耐磨性,降低表面摩擦係數,使得切削區域溫度更低,抗崩刃性及抗積屑瘤性更佳,從而在加工絕大多數被加工材料時均能獲得更可靠持久的刀具壽命,刀片耐用度增加了20%~280%。
刀具結構的特殊設計
在刀具幾何結構方面,干切削刀具設計應力求遵循「低切削溫度」設計原則,刀具結構設計必須考慮使加工過程中產生的熱量儘可能少,也就是說刀具結構應力求做到低切削力及低摩擦。通常的刀具不能適應干切削,為此,干切削加工應優化刀具幾何參數,即要求刀具具有較大的前角,並配合適宜的切削刃形狀,如伊斯卡各種銑削刀片的-PDR和-PDR HM槽型,採用零度小菱刃和雙正前角設計,即減小了切削力又加強了刃口的強度和容熱性能。
為減少切削熱,伊斯卡在片、槽刀片和片前刀面上設置加強棱,可以在接觸區形成鱗狀切削麵,刀具與切屑的接觸面積大大減小,絕大部分熱量被切屑帶走,切削溫度比普通刀片大大降低,同時也增大了剪切角,使刀具壽命顯著提高。此外,考慮刀具表面的最大潤滑性,防止積屑瘤的產生,伊斯卡率先對刀體進行了硬鎳渡層和含Ti渡層,大大提高了刀體表面的硬度和潤滑性。刀具的排屑槽形輪廓也需考慮「低切削溫度」設計原則,保證低摩擦切屑的流動以減少加工中刀具與切屑間的摩擦,使排屑方便快捷,減少熱量堆積,為此,伊斯卡在銑刀和槽刀領域採用立裝刀片結構,避免排屑受到阻礙並增大刀體的排屑空間。
干切削的未來
干切削加工不僅涉及到刀具材料、刀具塗層、而且還涉及到刀具幾何結構、結構、加工機床、切削用量、加工方式等各個方面。這需要研發新型刀具材料,並注意刀具材料與工件材料的合理搭配以及干切削時防止對刀具材料與工件材料的擴散、粘結。
新型刀具材料研究主要集中在超硬刀具材料,金屬陶瓷、陶瓷、塗層、性能優異的高速鋼和硬質合金等方面。伊斯卡尤其重視塗層刀具的研發,因塗層刀具綜合了高的硬度及耐磨性、高的耐熱性、高的韌性、高的抗粘結性能、高的化學穩定性和低的摩擦係數,干切削技術的發展在很大程度上依賴於刀具塗層技術的開發。
除了研究刀具材料的硬度、韌性、熱穩定性問題外,還有不同刀具材料在干切削中的適應性,不同被切削材料在干切削中的作用、特點、性能等。刀具幾何參數設計,刀片形狀及幾何參數的合理確定,對充分發揮刀具干切削性能非常重要,所以伊斯卡也不斷的研發強度更高的刀片形狀和更牢靠的刀片夾緊方式;考慮刀體質量的分佈調整的合理,使得刀體膨脹均勻等等。對幾何參數而言,我們強調小切削力低切削溫度原則。
干切削是面向環境清潔的生產理念的具體體現,它不僅降低了生產成本,促進了刀具技術的進步,更帶來了一種嶄新的綠色製造技術,是製造業終將追求的目標。