瑞典山特維克公司的新型GC1030硬質(zhì)合金牌號(hào)是全球率先開發(fā)的TiAlN超多層涂層硬質(zhì)合金刀具材料,它在模具材料的加工中,發(fā)揮出了提高加工效率袄秩、延長(zhǎng)刀具壽命的卓越性能。
(1)模具材料變化帶來的問題
近年來逢并,隨著模具材料的性能不斷提高播揪,模具的壽命不斷延長(zhǎng),但同時(shí)模具材料的可加工性(切削和磨削)也越來越差筒狠。近年來猪狈,模具的加工方法發(fā)生了很大變化箱沦,正從機(jī)械加工→淬火→精加工的傳統(tǒng)加工方式向直接切削加工淬硬材料的方式轉(zhuǎn)變,從而減少了加工工序雇庙,降低了加工成本谓形。對(duì)于SKD61等淬硬材料,直接切削加工不會(huì)出現(xiàn)太大問題穆惩;但對(duì)于近年來新開發(fā)的跨世紀(jì)的新型模具材料柒谈,則既無法提高切削條件,也難以保證刀具壽命咖自。這是一個(gè)不能忽視的大問題胖辨。
(2)可切削性惡化的原因
當(dāng)前,對(duì)應(yīng)于各種不同的使用目的逼渤,對(duì)模具材料的性能進(jìn)行了最優(yōu)化讹毁,其共同追求的性能特點(diǎn)是高硬度、高韌性焙厂、高耐蝕性让多、已加工表面光潔美觀、質(zhì)量?jī)?yōu)良等扫钝。為了滿足這些特性要求顶食,需要采取添加各種合金元素、控制材料結(jié)晶組織刁祸、清除雜質(zhì)等措施熄阻。但是,從切削刀具的角度來看待這些性能改進(jìn)倔约,就會(huì)發(fā)現(xiàn)它給刀具帶來了比切削抗力上升饺律、因粘結(jié)導(dǎo)致刀尖損壞的危險(xiǎn)性增大、易切削成分減少等難題跺株。為了解決這些問題,就必須開發(fā)耐熱性脖卖、抗粘結(jié)性等切削性能優(yōu)異的刀具材料乒省。
(3)開發(fā)新型刀具材料的必要性
為了解決上述問題,山特維克公司開發(fā)了銑削模具用涂層硬質(zhì)合金材料畦木。在銑削一般硬度材料時(shí)袖扛,可采用具有較高的耐熱性、耐磨性十籍、化學(xué)穩(wěn)定性的涂層硬質(zhì)合金刀具蛆封。而在銑削SKD61淬硬鋼時(shí),使用以K類(GC3040)硬質(zhì)合金作為基體勾栗、涂有M2O3涂層的刀具是最好的選擇惨篱。但是盏筐,這些刀具對(duì)于跨世紀(jì)的新型模具材料并不適用。用CVD法涂覆的涂層硬質(zhì)合金刀具不能保持鋒利的切削刃令掠,在涂層內(nèi)部殘留有拉應(yīng)力规学,在銑削粘而硬的模具材料時(shí),在切削刃的涂層上容易產(chǎn)生微崩刃辫扯,并會(huì)逐步擴(kuò)展為較大崩刃橡周。
用2種PVD涂層刀具材料和3種CVD涂層刀具材料做了銑削DAC55(硬度HRC47)模具材料的刀具壽命對(duì)比試驗(yàn)。3種CVD涂層材料是在不同基體材料表面涂覆不同厚度的TiN-Al2O3-TiCN三元涂層材料侄突;2種PVD涂層材料是在不同基體材料上涂覆含Al比例不同的TiAlN涂層膊向。觀察切屑厚度與刀具壽命的關(guān)系,可以看出涎狐,PVD-TiAlN涂層材料排在第1和第2位糙娃,尤其是含Al量多的PVD-TiAlN涂層材料的切削壽命優(yōu)于其他四種材料。TiAlN涂層之所以能獲得高耐熱性但雨,是由于在涂覆過程中蕉妇,Al與空氣中的氧反應(yīng)生成氧化鋁的結(jié)果。但是螺谅,由于PVD涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度有一定限度腹忽,因此對(duì)于粘性材料的加工就不大適應(yīng)。在切削DAC55工件材料(HRC47)的加工實(shí)例中(試驗(yàn)刀具:R210-063Q22-14M砚作;切削速度:Vc=50m/min窘奏;刀齒數(shù):z=1;軸向切削余量:ap=1mm葫录;徑向切削余量:ae=1mm着裹;順銑;干切削米同;刀具壽命判斷標(biāo)準(zhǔn):VB=0.2mm)骇扇,最長(zhǎng)的刀具壽命也只有25分鐘。因此面粮,需要開發(fā)高性能的新型涂層材料少孝。
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